CN113504447A - 一种半导体器件参数测试装置 - Google Patents

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梁音裔
周锐
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Abstract

本发明涉及一种半导体器件参数测试装置，包括微控制器、多路DA转换电路、功率放大电路、倍压电路、恒流电路、多路继电器线圈驱动电路、第一继电器KA1、第二继电器KA2、第三继电器KA3、第四继电器KA4、第五继电器KA5、限流电阻R1、第一取样电阻R2、第二取样电阻R3、第三取样电阻R4、第一取样电路、第二取样电路、第三取样电路、第四取样电路、多路AD转换电路、第一测试接口、第二测试接口以及第三测试接口；本发明将三极管以及二极管参数测量方案融合在一个系统之中；通过改变各个继电器线圈的通断控制相应继电开关的状态使得系统处于不同状态即可测量不同的参数，测量精度高，且在测量不同参数时共用电路结构，节约了硬件成本。

Description

一种半导体器件参数测试装置
技术领域
本发明涉及器件参数测试领域，具体涉及一种半导体器件参数测试装置。
背景技术
三极管以及二极管是构成电子设备的基本单元，其优劣决定了整体设备的质量和可靠性。因此其参数测试作为控制产品质量的手段之一具有非常重要的作用。传统的三极管参数测试常使用晶体管特性图示仪或万用表来实现，但晶体管特性图示仪价格昂贵、不便携带，并且准确度不高，万用表仅能测定三极管直流放大倍数且误差较大。现有的对二极管参数测定的方案大多比较繁杂且成本较高，且传统测量二极管反向击穿电压及反向饱和电流时通常使用电压表直接测其电压，使用电流表直接测其反向饱和电流，高压带电操作存在安全隐患且测得的数据误差较大。专利201320097645.2中使用单一系统结构对三极管的放大系数、集电极-发射极反向饱和电流和饱和电压进行测量，整个系统为模块化设计，分为三极管基极和集电极电压测量单元、反向击穿电压测量单元、反向饱和电流测量单元，没有对集电极和基极电流进行测量，模块化设计意味着各个单元硬件电路相互独立无法共用，浪费了硬件资源，此专利只能测量三极管的相关参数，不能测量二极管的相关参数，功能较为单一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体器件参数测试装置，既可以精确地测量三极管的相关参数，也可以精确地测量二极管的相关参数，将三极管以及二极管参数测量融合在一个系统之中，节约了硬件成本。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种半导体器件参数测试装置，包括微控制器、多路DA转换电路、功率放大电路、倍压电路、恒流电路、多路继电器线圈驱动电路、第一继电器KA1、第二继电器KA2、第三继电器KA3、第四继电器KA4、第五继电器KA5、限流电阻R1、第一取样电阻R2、第二取样电阻R3、第三取样电阻R4、第一取样电路、第二取样电路、第三取样电路、第四取样电路、多路AD转换电路、第一测试接口、第二测试接口以及第三测试接口；
所述微控制器通过数据总线分别与所述多路继电器线圈驱动电路的输入端、所述多路DA转换电路的输入端以及所述多路AD转换电路的输出端连接；
所述多路继电器线圈驱动电路的输出端与电源电压VCC之间电连接有所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈，且所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈并联；
所述多路DA转换电路的输出端通过所述功率放大电路与所述第一继电器KA1的转换触点的动端连接，所述第一继电器KA1的转换触点的一个静端通过所述倍压电路与所述第二继电器KA2的转换触点的动端连接，所述第一继电器KA1的转换触点的另一个静端通过非倍压线路与所述第二继电器KA2的转换触点的动端连接；所述第二继电器KA2的转换触点的一个静端通过所述限流电阻R1与所述第三继电器KA3的转换触点的动端连接，所述第二继电器KA2的转换触点的另一个静端通过非限流线路与所述第三继电器KA3的转换触点的动端连接；所述第三继电器KA3的转换触点的一个静端通过所述第一取样电阻R2连接在所述第一测试接口上，所述第三继电器KA3的转换触点的另一个静端通过所述第二取样电阻R3连接在所述第一测试接口上；所述第一取样电阻R2的阻值的数量级为10-1欧姆，所述第二取样电路R3的阻值的数量级为105欧姆；
所述多路DA转换电路的输出端还与所述第四继电器KA4的转换触点的动端连接，所述第四继电器KA4的转换触点的一个静端依次通过所述恒流电路以及所述第三取样电阻R4连接在所述第五继电器KA5的常闭触点的一端，所述第四继电器KA4的转换触点的另一个静端通过非恒流线路连接在所述恒流电路与所述第三取样电阻R4之间；所述第五继电器KA5的常闭触点的另一端连接在所述第二测试接口上；所述第三测试接口接地；
所述第一取样电路的一取样端连接在所述第三继电器KA3的转换触点的动端上，所述第一取样电路的另一取样端连接在所述第一测试接口上，所述第一取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；
所述第二取样电路的一取样端连接在所述第三取样电阻R4的一端上，所述第二取样电路的另一取样端连接在所述第三取样电阻R4的另一端上，所述第二取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；
所述第三取样电路的一取样端连接在所述第二测试接口上，所述第三取样电路的另一取样端连接在所述第三测试接口上，所述第三取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；
所述第四取样电路的一取样端连接在所述第一测试接口上，所述第四取样电路的另一取样端连接在所述第三测试接口上，所述第四取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述半导体器件参数测试装置用于测量待测二极管或待测三极管的参数；所述第一测试接口用于接入待测三极管的集电极或待测二极管的阳极，所述第二测试接口用于接入待测三极管的基极，所述第三测试接口用于接入待测三极管的发射极或待测二极管的阴极。
进一步，还包括串口，所述串口与所述微控制器连接。
进一步，还包括显示屏，所述显示屏与所述微控制器连接。
进一步，还包括按键，所述按键与所述微控制器连接。
进一步，所述多路DA转换电路具体为双极性输出的多路DA转换电路。
进一步，所述多路继电器线圈驱动电路包括位移寄存器和5个晶体管，所述位移寄存器的型号为74HC595，所述位移寄存器的数据输入端连接在所述微处理器的IO接口上，所述位移寄存器的5位并行数据输出端分别通过5个所述晶体管对应与所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈连接。
进一步，所述晶体管具体为NPN型三极管。
进一步，所述第一继电器KA1、所述第二继电器KA2、所述第三继电器KA3、所述第四继电器KA4以及所述第五继电器KA5均为5V的继电器。
进一步，所述第三取样电阻R4的阻值的数量级为10-1欧姆。
本发明的有益效果是：本发明一种半导体器件参数测试装置将三极管以及二极管参数测量方案融合在一个系统之中，可进行三极管输入特性测量、三极管输出特性测量、三极管直流放大倍数测量、三极管集电极-发射极反向击穿电压测量、三极管集电极-发射极反向饱和电流测量、二极管正向伏安特性测量、二极管反向击穿电压测量、二极管反向电流测量；通过改变各个继电器线圈的通断控制相应继电开关的状态使得系统处于不同状态即可测量不同的参数，测量精度高，且在测量不同参数时共用电路结构，节约了硬件成本。
附图说明
图1为本发明一种半导体器件参数测试装置的电路结构示意图；
图2为NPN型三极管驱动继电器线圈的电路结构示意图；
图3为待测三极管的输入特性的测量电路结构示意图；
图4为待测三极管的输出特性的测量电路结构示意图；
图5为待测三极管的输出特性曲线图；
图6为待测三极管的集电极-发射极间反向击穿电压UCEO的测量电路结构示意图；
图7为待测二极管的伏安特性曲线的测试电路结构示意图；
图8为待测二极管的反向击穿电压的测量电路结构示意图；
图9为待测二极管的反向饱和电流的测试电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种半导体器件参数测试装置，包括微控制器、多路DA转换电路、功率放大电路、倍压电路、恒流电路、多路继电器线圈驱动电路、第一继电器KA1、第二继电器KA2、第三继电器KA3、第四继电器KA4、第五继电器KA5、限流电阻R1、第一取样电阻R2、第二取样电阻R3、第三取样电阻R4、第一取样电路、第二取样电路、第三取样电路、第四取样电路、多路AD转换电路、第一测试接口、第二测试接口以及第三测试接口；所述微控制器通过数据总线分别与所述多路继电器线圈驱动电路的输入端、所述多路DA转换电路的输入端以及所述多路AD转换电路的输出端连接；所述多路继电器线圈驱动电路的输出端与电源电压VCC之间电连接有所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈，且所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈并联；所述多路DA转换电路的输出端通过所述功率放大电路与所述第一继电器KA1的转换触点的动端连接，所述第一继电器KA1的转换触点的一个静端通过所述倍压电路与所述第二继电器KA2的转换触点的动端连接，所述第一继电器KA1的转换触点的另一个静端通过非倍压线路与所述第二继电器KA2的转换触点的动端连接；所述第二继电器KA2的转换触点的一个静端通过所述限流电阻R1与所述第三继电器KA3的转换触点的动端连接，所述第二继电器KA2的转换触点的另一个静端通过非限流线路与所述第三继电器KA3的转换触点的动端连接；所述第三继电器KA3的转换触点的一个静端通过所述第一取样电阻R2连接在所述第一测试接口上，所述第三继电器KA3的转换触点的另一个静端通过所述第二取样电阻R3连接在所述第一测试接口上；所述第一取样电阻R2的阻值的数量级为10-1欧姆，所述第二取样电路R3的阻值的数量级为105欧姆；所述多路DA转换电路的输出端还与所述第四继电器KA4的转换触点的动端连接，所述第四继电器KA4的转换触点的一个静端依次通过所述恒流电路以及所述第三取样电阻R4连接在所述第五继电器KA5的常闭触点的一端，所述第四继电器KA4的转换触点的另一个静端通过非恒流线路连接在所述恒流电路与所述第三取样电阻R4之间；所述第五继电器KA5的常闭触点的另一端连接在所述第二测试接口上；所述第三测试接口接地；所述第一取样电路的一取样端连接在所述第三继电器KA3的转换触点的动端上，所述第一取样电路的另一取样端连接在所述第一测试接口上，所述第一取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；所述第二取样电路的一取样端连接在所述第三取样电阻R4的一端上，所述第二取样电路的另一取样端连接在所述第三取样电阻R4的另一端上，所述第二取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；所述第三取样电路的一取样端连接在所述第二测试接口上，所述第三取样电路的另一取样端连接在所述第三测试接口上，所述第三取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；所述第四取样电路的一取样端连接在所述第一测试接口上，所述第四取样电路的另一取样端连接在所述第三测试接口上，所述第四取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上。
在本具体实施例中：
所述半导体器件参数测试装置用于测量待测二极管或待测三极管的参数；所述第一测试接口用于接入待测三极管的集电极或待测二极管的阳极，所述第二测试接口用于接入待测三极管的基极，所述第三测试接口用于接入待测三极管的发射极或待测二极管的阴极。
本发明还包括串口，所述串口与所述微控制器连接。通过串口可以将测量得到的相关参数传输给上位机，为后续数据分析提供方便。
本发明还包括显示屏，所述显示屏与所述微控制器连接。显示屏可以显示当前所测器件、三极管管型、当前所测参数、以及当前取样值等信息，以便使用者掌握当前装置运行情况。
本发明还包括按键，所述按键与所述微控制器连接。通过按键可以控制装置的当前功能，可选择所测器件类型以及所测参数，微控制器通过读取按键的输入数据控制与用户要求相匹配的相关继电器线圈的通断，从而使系统进入不同的测试状态。按键可以包括模式调整按键(通过此按键控制系统处于手动模式或自动模式下运行)、加减按键(在手动模式下可以通过此按键控制变量(电压或者电流)大小的增减)、器件选择按键(通过此按键选择测量器件为二极管或者三极管)、参数选择按键(手动模式下可选择需要测量的参数)。
所述多路DA转换电路具体为双极性输出的多路DA转换电路。由于三极管有NPN和PNP两种极性，测量两种三极管输入输出特性时所需电压极性相反，因此上述多路DA转换电路采用双极性输出的多路DA转换电路。
所述多路继电器线圈驱动电路包括位移寄存器和5个晶体管，所述位移寄存器的型号为74HC595，所述位移寄存器的数据输入端连接在所述微处理器的IO接口上，所述位移寄存器的5位并行数据输出端分别通过5个所述晶体管对应与所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈连接。具体的，所述晶体管具体为NPN型三极管；所述第一继电器KA1、所述第二继电器KA2、所述第三继电器KA3、所述第四继电器KA4以及所述第五继电器KA5均为5V的继电器。微控制器的IO口接至74HC59型号的位移寄存器，从而控制多路继电器线圈，继电器线圈由NPN型三极管驱动。NPN型三极管驱动继电器线圈的电路结构如图2所示。晶体管用来驱动继电器，必须将晶体管的发射极接地。当NPN型三极管T基极被输入高电平时，NPN型三极管T饱和导通，集电极变为低电平，因此继电器KA线圈通电，触点吸合。当NPN型三极管T基极被输入低电平时，NPN型三极管T截止，继电器KA线圈断电，触点断开。NPN型三极管T可视为控制开关，一般选取VCBO≈VCEO≥24V，放大倍数β一般选择在120～240之间。电阻R11主要起限流作用，降低NPN型三极管T功耗，阻值为2KΩ。电阻R12使NPN型三极管T可靠截止，阻值为5.1KΩ。二极管D反向续流，抑制浪涌，一般选1N4148即可。
所述第三取样电阻R4的阻值的数量级为10-1欧姆。第一取样电阻R2在测量三极管输出特性、三极管输入特性、二极管正向伏安特性时接入，第三取样电阻R4在测量三极管输出特性、三极管输入特性时接入，第一取样电阻R2及第三取样电阻R4大小约为0.1欧姆，避免其过度分压导致电源效率低下。第二取样电阻R3在测量三极管集电极-发射极反向击穿电压、三极管集电极-发射极反向饱和电流、二极管反向击穿电压、二极管反向饱和电流时接入，大小约为100千欧，由于反向电流大小为微安级别，若第三取样电阻R3阻值过小会导致其两端电压取样值误差增大。
在本发明中，第一继电器KA1的转换触点状态决定是否接入倍压电路，第二继电器KA2的转换触点状态决定是否接入限流电阻R1，第三继电器KA3的转换触点状态决定接入第一取样电阻R2或者第二取样电阻R3，第四继电器KA4的转换触点状态决定是否接入恒流电路，第五继电器KA5的常闭触点状态决定接至第二测试接口的支路是否导通。
在本发明中，第一取样电路用于采集第一取样电阻R2两端的电压UR2或者第二取样电阻R3两端的电压UR3；第二取样电路用于采集第三取样电阻R4两端的电压UR4；第三取样电路用于采集待测三极管的基极-发射极电压UBE；第四取样电路用于采集待测三极管的集电极-发射极电压UCE或待测二极管的阴极-阳极电压。第一取样电路、第二取样电路、第三取样电路以及第四取样电路均可以采用测量电压的器件。
下面具体解释说明本发明的工作原理：
本发明的一种半导体器件参数测试装置提供两种器件的参数测定功能——三极管和二极管。系统初始化完成后，用户通过按键选择与所测器件相匹配的器件类型后，微控制器控制对该类器件的相关参数进行测定。
本多功能器件参数测试仪提供两种工作模式——自动模式和手动模式。自动工作时微控制器按照一定顺序完成对器件各项参数的测定工作；手动工作时，微控制器根据用户使用按键输入的信号来控制完成对用户特定的某一项或者多项参数的测定工作。在不同模式下系统工作相互独立。
将本发明的一种半导体器件参数测试装置接通电源，待系统初始化完成后，用户通过按键选择所测器件为三极管或二极管，器件类型选择完成后选择测量模式为自动模式或者手动模式。自动模式下，微控制器按照一定顺序对相应器件进行相关参数的测量；手动模式下，用户可通过按键控制系统对器件进行特定的某项或者多项参数测量，并且可通过按键控制变量(输入电压或者输入电流)的值在设定范围内增大或者减小。显示屏实时显示器件类型、参数名称以及取样值。
(1)测量待测三极管的管型时，将待测三极管的集电极接在第一测试接口上，将待测三极管的基极接在第二测试接口上，将待测三极管的发射极接在第三测试接口上；微控制器通过多路继电器线圈驱动电路驱动所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈通电或不通电，使第一继电器KA1的转换触点接至非倍压线路，使第二继电器KA2的转换触点接至非限流线路，使第三继电器KA3的转换触点接至第一取样电阻R2，使第四继电器KA4的转换触点接至非恒流线路，使第五继电器KA5的常闭触点闭合。
微控制器先通过多路DA转换电路输出正向电压，经功率放大电路放大后向接至待测三极管集电极端的支路输出电压，同时通过第一取样电路对第一取样电阻R2两端的电压UR2进行取样，通过欧姆定律得流经待测三极管集电极的电流为Ic＝UR3/R3。若Ic不为0，则说明基区的非平衡少子在外电场的作用下越过集电结到达集电区，形成漂移电流Ic，待测三极管管型为NPN型，反之则待测三极管管型为PNP型。第一取样电路将数据通过多路AD转换电路传送给数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏显示检测到的管型。本发明装置可以根据检测到的管型控制后续测量时输出电压的极性。
(2)测量待测三极管输入特性时，将待测三极管的集电极接在第一测试接口上，将待测三极管的基极接在第二测试接口上，将待测三极管的发射极接在第三测试接口上；微控制器通过多路继电器线圈驱动电路驱动所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈通电或不通电，使第一继电器KA1的转换触点接至非倍压线路，使第二继电器KA2的转换触点接至非限流线路，使第三继电器KA3的转换触点接至第一取样电阻R2，使第四继电器KA4的转换触点接至非恒流线路，使第五继电器KA5的常闭触点闭合；待测三极管的输入特性的测量电路如图3所示。
微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向接至待测三极管集电极的支路输出电压，经功率放大电路放大，第一次测量时使加在待测三极管集电极和发射极的电压UCE为0v(待测三极管集电极和发射极的电压UCE由第四取样电路取样)，保持UCE不变，微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向接至待测三极管基极的支路输出电压，逐渐增大加在待测三极管基极和发射极之间的电压UBE，同时通过第三取样电路对UBE进行取样，通过第二取样电路对第三取样电阻R4两端的电压UR4进行取样，由欧姆定律，可得IB＝UR4/R4，第二取样电路、第三取样电路和第四取样电路将取样数据经多路AD转换电路转换后发送至数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏实时显示UBE和IB值，完成第一组数据测量。第一组数据测量完成后，微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向接至待测三极管集电极的支路输出电压，经功率放大电路放大，使加在待测三极管集电极和发射极端的电压UCE为0.5V，控制UCE不变，逐渐增大UBE，重复上述对UBE和IB的取样操作，完成第二组数据测量。第二组数据测量完成后，微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向接至待测三极管集电极的支路输出电压，经功率放大电路放大，使加在待测三极管集电极和发射极的电压UCE为1V，控制UCE不变，逐渐增大UBE，重复上述对UBE和IB的取样操作，完成第三组数据测量。三组数据测量完成后得到UCE分别等于0v、0.5v、1v时UBE和IB的数据，可通过串口发送至上位机，方便后续对数据进行处理生成3条输入特性曲线。对于小功率三极管，可用UCE≥1V时的任何一条输入特性曲线近似UCE≥1V的所有输入特性曲线。
(3)测量待测三极管输出特性时，将待测三极管的集电极接在第一测试接口上，将待测三极管的基极接在第二测试接口上，将待测三极管的发射极接在第三测试接口上；微控制器通过多路继电器线圈驱动电路驱动所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈通电或不通电，使第一继电器KA1的转换触点接至非倍压线路，使第二继电器KA2的转换触点接至非限流线路，使第三继电器KA3的转换触点接至第一取样电阻R2，使第四继电器KA4的转换触点接至恒流电路，使第五继电器KA5的常闭触点闭合；待测三极管的输出特性的测量电路如图4所示。
微控制器由数据总线控制多路DA转换电路通过可控的恒流电路向接至待测三极管基极的支路输出电流；测量第一组数据时，使流经待测三极管基极的电流IB为0μA，保持IB不变，微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向接至待测三极管集电极的支路输出电压，逐渐增大加在待测三极管集电极和发射极之间的电压UCE，同时通过第四取样电路对UCE进行取样，通过第一取样电路对第一取样电阻R2两端的电压UR2进行取样，由欧姆定律，可得Ic＝UR2/R2，第一取样电路和第四取样电路将取样数据经多路AD转换电路转换后发送至数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏实时显示UCE和IC值，完成第一组数据测量。第一组数据测量完成后，微控制器通过数据总线控制多路DA电路并通过可控的恒流电路向接至待测三极管基极的支路输出电流，使流经待测三极管基极的电流IB分别为100μA、200μA、300μA、400μA，并依次重复第一次数据取样的操作。以上五组数据测量操作完成后可以得到IB分别为0μA、100μA、200μA、300μA、400μA时UCE和IC的数据，通过串口发送至上位机，方便后续对数据进行处理生成5条输出特性曲线，待测三极管的输出特性曲线如图5所示。
(4)根据待测三极管输出特性曲线可以求出待测三极管的直流放大倍数β，β≈IC/IB，β值在放大区基本保持不变，在输出特性曲线上，通过作垂直于X轴的直线，取直线与输出特性曲线的交点来求取IC/IB,如图5所示,直线与输出特性曲线的交点分别为a、b、c和d。
(5)测量待测三极管的集电极-发射极间反向击穿电压UCEO时，将待测三极管的集电极接在第一测试接口上，将待测三极管的基极接在第二测试接口上，将待测三极管的发射极接在第三测试接口上；微控制器通过多路继电器线圈驱动电路驱动所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈通电或不通电，使第一继电器KA1的转换触点接至倍压电路，使第二继电器KA2的转换触点接至非限流线路，使第三继电器KA3的转换触点接至第二取样电阻R3，使第五继电器KA5的常闭触点断开(使待测三极管基极开路)；待测三极管的集电极-发射极间反向击穿电压UCEO的测量电路如图6所示。
微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向接至待测三极管集电极的支路输出电压，经功率放大电路和倍压电路将电压放大后得到0-100V的可调电压，微控制器通过数据总线控制输出电压逐渐升高，同时由第一取样电路对第二取样电阻R3两端的电压UR3进行取样，由于未击穿前电路中电流极小(微安级别)，因此第二取样电阻R3为100千欧级别的取样电阻，方便对其两端电压进行取样并减小误差；由第四取样电路对待测三极管集电极和发射极两端的电压UCE进行取样。由欧姆定律，可得IC＝UR3/R3，第一取样电路和第四取样电路将取样数据经多路AD转换电路转换后发送至数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏实时显示UCE和IC值，并通过串口传输至上位机保存。当流经待测三极管集电极的电流IC值发生突变时，此时UCE的值即为待测三极管集电极-发射极间反向击穿电压U(BR)CEO。倍压电路输出电流极小，即使在高压情况下发生误操作也不会对电路造成损害或者发生危险。
(6)测量待测三极管集电极-发射极反向饱和电流时，各个继电器通断状态与测量待测三极管集电极-发射极间反向击穿电压时相同，如图6所示。
微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向接至待测三极管集电极的支路输出电压，经功率放大电路和倍压电路将电压放大后得到0-100V的可调电压，微控制器通过数据总线控制输出电压逐渐升高且使待测三极管集电极与发射极两端的电压小于集电极-发射极间反向击穿电压U(BR)CEO的二分之一。同时由第一取样电路对第二取样电阻R3两端的电压UR3进行取样，由于反向饱和电流电流极小(微安级别)，因此R3为100千欧级别的取样电阻，方便对其两端电压进行取样并减小误差。由欧姆定律，可得IC＝UR3/R3，第一取样电路将取样数据经多路AD转换电路转换后发送至数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏实时显示IC值，并通过串口将数据传输至上位机保存。
(7)测量待测二极管的伏安特性曲线时，将待测二极管的阳极接在第一测试接口上，将待测二极管的阴极接在第三测试接口上；微控制器通过多路继电器线圈驱动电路驱动所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈通电或不通电，使第一继电器KA1的转换触点接至非倍压线路，使第二继电器KA2的转换触点接至限流电阻R1，使第三继电器KA3的转换触点接至第一取样电阻R2，使第五继电器KA5的常闭触点断开；待测二极管的伏安特性曲线的测试电路如图7所示。
微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路经功率放大电路放大后向接至待测二极管阳极的支路输出电压，控制输出电压Uin逐渐增大，同时由第一取样电路对第一取样电阻R2两端的电压取样，由第四取样电路对待测二极管阳极和阴极两端的电压U取样，由欧姆定律可得，I＝UR2/R2，即可求得流经待测二极管的电流I，第一取样电路和第四取样电路将取样数据经多路AD转换电路转换后发送至数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏实时显示U和I值，并通过串口传送至上位机，经上位机对数据进行处理后生成待测二极管正向伏安特性曲线。当I从零随电压U的增大按指数规律增大时，U的值即为待测二极管的开启电压Uon。
(8)测量待测二极管的反向击穿电压时，将待测二极管的阳极接在第一测试接口上，将待测二极管的阴极接在第三测试接口上；微控制器通过多路继电器线圈驱动电路驱动所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈通电或不通电，使第一继电器KA1的转换触点接至倍压电路，使第二继电器KA2的转换触点接至非限流线路，使第三继电器KA3的转换触点接至第二取样电阻R3，使第五继电器KA5的常闭触点断开；待测二极管的反向击穿电压的测量电路如图8所示。
微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向待测二极管两端输出反向电压，经功率放大电路和倍压电路将电压放大，微控制器通过数据总线控制输出电压逐渐升高，同时由第一取样电路对第二取样电阻R3两端的电压UR3进行取样，由于未击穿前电路中电流极小(微安级别)，因此第二取样电阻R3为100千欧级别的取样电阻，方便对其两端电压进行取样并减小误差；由第四取样电路对待测二极管阳极与阴极两端的电压U进行取样。由欧姆定律，可得I＝UR3/R3，第一取样电路和第四取样电路将取样数据经多路AD转换电路转换后发送至数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏实时显示UCE和IC值，并通过串口传输至上位机保存。当流经待测二极管的电流发生突变时，表明待测二极管被击穿，此时待测二极管两端电压U的值即为待测二极管的反向击穿电压。
(9)系统测量待测二极管反向饱和电流时，将待测二极管的阳极接在第一测试接口上，将待测二极管的阴极接在第三测试接口上；微控制器通过多路继电器线圈驱动电路驱动所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈通电或不通电，使第一继电器KA1的转换触点接至非倍压线路，使第二继电器KA2的转换触点接至非限流线路，使第三继电器KA3的转换触点接至第二取样电阻R3，使第五继电器KA5的常闭触点断开；由于反向饱和电流值非常小(微安级别)，所以接入较大的第二取样电阻R3，便于取样第二取样电阻R3两端的电压，减小误差；待测二极管反向饱和电流的测试电路如图9所示。
微控制器通过数据总线控制多路DA转换电路向待测二极管两端输出反向电压，经功率放大电路放大电压，微控制器控制输出电压逐渐升高。此时，第一取样电路对第二取样电阻R3两端的电压UR3进行取样，同时第四取样电路对待测二极管两端的电压U进行取样，由欧姆定律，流经待测二极管的反向电流I＝UR3/R3，第一取样电路和第四取样电路将取样数据通过多路AD转换电路转换后传输给数据总线，由微控制器接收并处理后通过显示屏实时显示U和I的值，并通过串口将数据发送至上位机保存。
本发明一种半导体器件参数测试装置将三极管以及二极管参数测量方案融合在一个系统之中，可进行三极管输入特性测量、三极管输出特性测量、三极管直流放大倍数测量、三极管集电极-发射极反向击穿电压测量、三极管集电极-发射极反向饱和电流测量、二极管正向伏安特性测量、二极管反向击穿电压测量、二极管反向电流测量；通过改变各个继电器线圈的通断控制相应继电开关的状态使得系统处于不同状态即可测量不同的参数，测量精度高，且在测量不同参数时共用电路结构，节约了硬件成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体器件参数测试装置，其特征在于：包括微控制器、多路DA转换电路、功率放大电路、倍压电路、恒流电路、多路继电器线圈驱动电路、第一继电器KA1、第二继电器KA2、第三继电器KA3、第四继电器KA4、第五继电器KA5、限流电阻R1、第一取样电阻R2、第二取样电阻R3、第三取样电阻R4、第一取样电路、第二取样电路、第三取样电路、第四取样电路、多路AD转换电路、第一测试接口、第二测试接口以及第三测试接口；
所述微控制器通过数据总线分别与所述多路继电器线圈驱动电路的输入端、所述多路DA转换电路的输入端以及所述多路AD转换电路的输出端连接；
所述多路继电器线圈驱动电路的输出端与电源电压VCC之间电连接有所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈，且所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈并联；
所述多路DA转换电路的输出端通过所述功率放大电路与所述第一继电器KA1的转换触点的动端连接，所述第一继电器KA1的转换触点的一个静端通过所述倍压电路与所述第二继电器KA2的转换触点的动端连接，所述第一继电器KA1的转换触点的另一个静端通过非倍压线路与所述第二继电器KA2的转换触点的动端连接；所述第二继电器KA2的转换触点的一个静端通过所述限流电阻R1与所述第三继电器KA3的转换触点的动端连接，所述第二继电器KA2的转换触点的另一个静端通过非限流线路与所述第三继电器KA3的转换触点的动端连接；所述第三继电器KA3的转换触点的一个静端通过所述第一取样电阻R2连接在所述第一测试接口上，所述第三继电器KA3的转换触点的另一个静端通过所述第二取样电阻R3连接在所述第一测试接口上；所述第一取样电阻R2的阻值的数量级为10-1欧姆，所述第二取样电路R3的阻值的数量级为105欧姆；
所述多路DA转换电路的输出端还与所述第四继电器KA4的转换触点的动端连接，所述第四继电器KA4的转换触点的一个静端依次通过所述恒流电路以及所述第三取样电阻R4连接在所述第五继电器KA5的常闭触点的一端，所述第四继电器KA4的转换触点的另一个静端通过非恒流线路连接在所述恒流电路与所述第三取样电阻R4之间；所述第五继电器KA5的常闭触点的另一端连接在所述第二测试接口上；所述第三测试接口接地；
所述第一取样电路的一取样端连接在所述第三继电器KA3的转换触点的动端上，所述第一取样电路的另一取样端连接在所述第一测试接口上，所述第一取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；
所述第二取样电路的一取样端连接在所述第三取样电阻R4的一端上，所述第二取样电路的另一取样端连接在所述第三取样电阻R4的另一端上，所述第二取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；
所述第三取样电路的一取样端连接在所述第二测试接口上，所述第三取样电路的另一取样端连接在所述第三测试接口上，所述第三取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上；
所述第四取样电路的一取样端连接在所述第一测试接口上，所述第四取样电路的另一取样端连接在所述第三测试接口上，所述第四取样电路的输出端连接在所述多路AD转换电路的输入端上。
2.根据权利要求1所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：所述半导体器件参数测试装置用于测量待测二极管或待测三极管的参数；所述第一测试接口用于接入待测三极管的集电极或待测二极管的阳极，所述第二测试接口用于接入待测三极管的基极，所述第三测试接口用于接入待测三极管的发射极或待测二极管的阴极。
3.根据权利要求1所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：还包括串口，所述串口与所述微控制器连接。
4.根据权利要求1所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：还包括显示屏，所述显示屏与所述微控制器连接。
5.根据权利要求1所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：还包括按键，所述按键与所述微控制器连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：所述多路DA转换电路具体为双极性输出的多路DA转换电路。
7.根据权利要求1至5任一项所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：所述多路继电器线圈驱动电路包括位移寄存器和5个晶体管，所述位移寄存器的型号为74HC595，所述位移寄存器的数据输入端连接在所述微处理器的IO接口上，所述位移寄存器的5位并行数据输出端分别通过5个所述晶体管对应与所述第一继电器KA1的线圈、所述第二继电器KA2的线圈、所述第三继电器KA3的线圈、所述第四继电器KA4的线圈以及所述第五继电器KA5的线圈连接。
8.根据权利要求7所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：所述晶体管具体为NPN型三极管。
9.根据权利要求1至5任一项所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：所述第一继电器KA1、所述第二继电器KA2、所述第三继电器KA3、所述第四继电器KA4以及所述第五继电器KA5均为5V的继电器。
10.根据权利要求1至5任一项所述的半导体器件参数测试装置，其特征在于：所述第三取样电阻R4的阻值的数量级为10-1欧姆。
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