第1章 半导体器件基础

1.1 实训一 常用电子仪器的使用 一、实训目的 1、学习电子电路实验中常用的电子仪器－示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标性能及正确使用方法。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 二、实训原理 在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、万用电表等。可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。

×1，（×5MAG）（×10MAG）ALT MAG均弹出 1. 1、  示波器 １）使用前的准备 打开电源开关前先设定各个控制键（如表1.1）所示： 表1.1 电源（POWER） 亮度（INTENSITY） 顺时针方向旋转 聚焦（FOCUS） 中间 AC—GDN—DC 接地（GDN） 垂直移位（POSITION） 中间（×5）扩展键弹出 垂直工作方式（MODE） CH1 触发方式（TRIG MODE） 自动（AUTO） 触发源（SOURCE） 内（INT） 触发电平（TRIG LEVEL） Time/Div 0．5ms/div 水平位置 ×1，（×5MAG）（×10MAG）ALT MAG均弹出

所有的控制键设定后，打开电源。当亮度旋钮顺时针 方向旋转时，轨迹大约15秒后出现，如仍找不到光点,可调节亮度旋钮，并按下“寻迹”板键，从中判断光点位置,然后适当调节垂直（↑↓）和水平（ ）移位旋钮，将光点移至荧光屏的中心位置． 2）使用前的校正 先将示波器面板上各键置于如下位置：“显示方式”位于“X—Y”：“极性”选择位于“+”；“AC—GDN—DC”开关位于“AC”；“微调开关于“0.2V/div”挡。然后用同轴电缆将校准信号输出端与CH1的输入端相连接，示波器屏幕上应显示幅度为0.5Vp-p、周期为1ms的方波。调节“微调V/div”、“微调”使方波易于读取，调节“辉度”、“聚焦”和“辅助聚焦”各旋钮使屏幕上观察到的波形细而清析，调节亮度旋钮于适中位置。

设定AC-GND-DC开关至GND，将零电平定位到屏幕上的 最佳位置。这个位置不一定在屏幕的中心。将被测信号接入 3）信号的测量 （1）直流电压的测量 设定AC-GND-DC开关至GND，将零电平定位到屏幕上的 最佳位置。这个位置不一定在屏幕的中心。将被测信号接入 示波器CH1输入端，直流信号将会产生偏移，然 后调节触发“电平”，使波形稳定。例如，图1.1。 图1.1 如果Volts/div为50mV/div挡，示波器读数为4di（格）， 则计算方法为： 50mV/dIv×4div=200mVP—P 当然如果探头为10：1，实际信号的值就是×10为2 VP—P。

与测量直流电压一样，将垂直输入耦合选择开关置于“AC”， 根据被测信号幅度和频率对“V/div”开关和“Time/Div”开关选 （2）交流电压的测量 与测量直流电压一样，将垂直输入耦合选择开关置于“AC”， 根据被测信号幅度和频率对“V/div”开关和“Time/Div”开关选 取择适当的挡级，将被测信号接入V/div示波器CH1，如图1.2。 图1.2 如果输入端Volts/div为1V/div挡，示波器读数为5div（格）， 则计算方法为1 V/div×5 div=5VP—P，当然如果探头为10:1， 实际值为50 VP—P。

（3）频率和时间的测量 如图1.3所示，如果一个周期在屏幕上为2 div（格），扫 描时间为1ms/div，则周期为：1ms/div×2 div=2.0ms,频率为1/2 ms=500Hz 如果运用×5扩展，那么Time/div则为指示值的1/5。 （4）相位差的测量 同时按下CH1和CH2按钮，屏幕上会出现双踪并自动以断续或交替方式同时显示CH1和CH2上的信号。调CH1和CH2上的移位按钮，使两条扫描基线重合。然后读数，如图1.4所示。周期为4 div（格）两曲线相差0.5 div,则它们的相位差为  

函数信号发生器作信号源，它的输出端不允许短路。 图1.3 图1.4 2、函数信号发生器 函数信号发生器按需要可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行连续调节。输出信号电压频率可以通过频率分挡开关进行调节，并由频率计读取频率值。 函数信号发生器作信号源，它的输出端不允许短路。

3、晶体管毫伏表 晶体管毫伏表只能在其工作频率范围内，用来测量正弦交 流电压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置处，然后在测量中慢慢减小量程。 接通电源后，将输入端短接，进行调零。然后断开短路线进行测量。 三、实训仪器与设备 （１）双踪四迹示波器 YB4320 １台 （２）低频信号发生器 XJ1630 １台 （３）双路稳压电源 WYK302B2 １台 （４）晶体管毫伏表 DA­16 １台 （５）数字式（或指针式）万用表 １ 四、实训内容和步骤 1、XJ1630型信号发生器及DA­16晶体管毫伏表的使用 1)信号频率的调节方法：按下面板下方“频率范围”波段开关并配合右上方三个“频率调节”旋钮，可以输出20Hz~200KHz范围内任意的正弦信号。当“输出衰减“旋钮0dB，调节输出细调使表

头指示为1V。直接将“频率范围”、“频率调节”中“×1、 ×0. 1、×0. 01”旋钮的对应位置写入表1 头指示为1V。直接将“频率范围”、“频率调节”中“×1、 ×0.1、×0.01”旋钮的对应位置写入表1.2中。要求掌握XJ1630信号源选取输出频率的方法。 2)将XJ1630信号发生器频率调至1kHz,并调节“输出细调”旋钮使表头指示保持为满刻度（5V）。用晶体管毫伏表直接测量信号发生器，在不同“输出衰减”位置时的输出电压记入表1.3中（注意要正确连线）。 要求掌握XJ1630输出衰减的作用，及如何灵活使用它既能输出所需要大小的电压，又能调节方便可靠。

1.2表 待调频率 频率范围钮位置 各频率调节旋钮位置 ×1 ×0.1 ×0.01 20Hz   350Hz 1kHz 35kHz 200kHz

3）测量一个f=1.5kHz幅度为1mV的信号，XJ1630各旋钮应置于何位置才能做到调节方便，实验证明之。 将信号发生器输出电压调到1V位置，然后将输出衰减开关分别置于0dB、20db、40db、60dB的位置，用毫伏表测量其输出电压，从XJ1630表头指示值与实际输出的关系，体验并总结“输出衰减”的功能及其灵活应用。 总结毫伏表DA­16精确读值的正确使用方法。 表1.3 XJ1630 “输出衰减“位置/dB 10 20 30 40 50 60 70 80 输出计算值/mV   读取值/mV “测量范围”位置 相对误差

2、示波器的使用（以YB4320为例） 1）示波器的调整 示波器接通电源，待预热后顺时针调节“辉度”旋钮，将触发方式开关置AUTO，并Y轴、X轴位移旋钮置中，屏幕上显示出一条扫描基线，调“聚焦”旋钮使基线细而清晰。 2）学习并掌握下列旋钮的作用 调整XJ1630输出2V、1kHz信号，作为示波器输入信号（怎样连线？）。调节示波器有关旋钮使屏幕上显示出清晰而稳定、幅度为4格的三个完整波形，按表1.4逐一了解各旋钮功能，注意每次动一个旋钮，作完后恢复原状，再作另一个旋钮。 3)用示波器测量信号幅度 XJ1630信号发生f=1kHz,表头指示为4V。示波器“微调”旋钮至“校准”位置，适当改变V/div的位置，测试表1.5的内容。 4)示波器测量信号周期及频率 先校准TIME/div灵敏度(扫描速度“微调”旋钮置“校准”位置)，XJ1630输出２Ｖ。按表1.6记录。

注：表中结果记录能画波形的画波形，其余可简述。 XJ1630 “输出衰减”位置 0dB 10dB 20dB 30dB 40dB 实际输出计算值   实际测量值 V/div位置 Vp-p值 格数 电压值 换算成有效值 相对误差 注：表中结果记录能画波形的画波形，其余可简述。 表1.4

旋转名称 屏幕显示结记录 功能分析 逆时针旋 位置适中 顺时针旋 ↑↓ KEVEL Time/div细调 V/div细调 V/div 表1.5 旋转名称 屏幕显示结记录 功能分析 逆时针旋 位置适中 顺时针旋 ↑↓   KEVEL Time/div细调 V/div细调 V/div Time/div

注意:为保证测量精度,减少读数误差,应显示几个波形? 表1.6 信号频率kHz 0.5 1 5 50 100 500 1000 Time/div位置   一周期内水平格数 周期 理论值 实测值 信号频率 相对误差 注意:为保证测量精度,减少读数误差,应显示几个波形?

五、实训报告要求 1、根据实训记录，列表整理、计算实训数据，描绘观察到的波形图。 2、通过本实训总结如何下确使用示波器。 六、思考题 1、YB4320采用“高频”、“常态”、“自动”三种触发方式有什么区别？通过实验对它们的操作特点及适用场合加以总结。 2、预测一个1kHz、1V的信号，应选用何种仪表测量？

1.2 实训二 晶体管的测试实验 一、实训目的 1、通过用普通万用表测试二极管和三极管的特性曲线，加深理解其特性曲线的物理意义。 2、了解被测管子各极间的电压和电流在数值上的关系和特点。 二、实训原理 1、二极管伏安特性测试 用逐点法测试二极管正、反向伏安特性，逐点改变加在二极管两端电压ＵD，测出各点ＵD相对应的电流ID，即可描绘出伏安特性曲线．

2、三极管共发射极组态伏安特性测试 三极管共发射极组态的伏安特性有输入特性和输出特性． 1）输入特性可用函数式： IB＝ƒ(ＵBB)∣UCE =常数 来表示，即在UCE电压保持不变情况下，基极输入回路中ＵBE和IB之间的关系．一般当ＵCE＞２Ｖ后，输入特性基本重合． 2）输出特性可用函数： IC＝ƒ(ＵCE)∣IB =常数 来表示，即在基极电流IB保持不变情况下，在集电极输出回路中ＵCE和IC之间的关系．

三、实训仪器与设备 （１）双踪四迹示波器 YB4320 １台 （２）低频信号发生器 XJ1630 １台 （３）双路稳压电源 WYK302B2 １台 （４）晶体管毫伏表 DA ­16 １台 （５）数字式（或指针式）万用表 １块 四、实训内容和步骤 1、测量二极管正、反向特性 1)测正向伏安特性时，按图1.5相接，电源Ｅ＝３Ｖ，电流用直流毫安表挡测量。调电位器RP使UD等于表1.7之数值,测量出相对应的ID并记录表中。

图1.5 2）测反向伏安特性时，把二极管极性对调相接，电源Ｅ＝３０Ｖ，电流用直流微安挡测量。调电位器RP使UD等于表1.8之数值,测量出相对应的ID并记录表中。

3、测量三极管的输入、输出特性 1）测量三极管的输入特性 表 1.7 二极管的正向特性 UD(V) 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 ID(uA) 表 1.8二极管的反向特性 -UD(V) 2 4 8 12 16 20 24 28 32 -ID(µA) 3、测量三极管的输入、输出特性 1）测量三极管的输入特性 按图1.6接线，在开启电源前，将UBE调至３Ｖ，ＵCC置于零位，然后开启电源，仍使ＵCC＝０Ｖ，并维持不变，即ＵCE＝０Ｖ，然后调节ＲP，使ＵBE由０Ｖ开始逐渐增大，读测并记录与ＵBE各点相对应的IB，填入表1.9中。

再调节电源ＵCC＝２Ｖ，并维持不变，即ＵCE＝２Ｖ。再调节RP，使ＵBE由0Ｖ开始增大，记下与各点ＵBE相对应IB，填于表１.9中。 图1.6 再调节电源ＵCC＝２Ｖ，并维持不变，即ＵCE＝２Ｖ。再调节RP，使ＵBE由0Ｖ开始增大，记下与各点ＵBE相对应IB，填于表１.9中。

表1.9三极管的输入特性 UBE(V) 1 0 30 50 55 60 65 70 75 80 UCE=0V IB(uA) UCE=2V

2)测量三极管的输出特性 连接线路不变，调节RP使IB＝０µＡ，并维持不变，再调节稳压电源，使ＵCC由0Ｖ逐点增大，测量出相应IC，记于表1 2)测量三极管的输出特性 连接线路不变，调节RP使IB＝０µＡ，并维持不变，再调节稳压电源，使ＵCC由0Ｖ逐点增大，测量出相应IC，记于表1.10中。 调节RP使IB分别为表1.10 其它各值，重复上述测量。 表1.10三极管的输出特性 UCE(V) IC(mA) IB(uA) 0.20 0.50 1 5 10 20 40 60 80 100 120

五、实训报告要求 1、整理数据，填好表格。 2、根据测试结果，用方格坐标描绘二极管正、反向特性曲线和三极管输入、输出特性曲线。 3、通过输出特性曲线，在ＵCE＝６Ｖ，IB＝40µＡ的工作点上求取共发射极直流电流放大系数和交流电流放大系数。 六、思考题 1、如果要测试硅二极管的正向特性，应如何较合理地安排测试点，为什么？ 2、测试ＰＮＰ型三极管时，电源应如何连接？