CN2100635U - 程控多功能晶体管测量筛选仪 - Google Patents

Abstract

一种晶体管快速筛选仪，是在手控电压源前增设 了光电隔离器和D/A变换器构成双向程控电压 源，在手控电流源前增设了另一个D/A变换器构 成双向程控电流源。该筛选仪对晶体管直流参数的 自动测量和快速筛选能一次完成。实现了继电器无 负载通断，提高了可靠性，使用高电压大电流的电源 对计算机无干扰。对测量NPN型和PNP型晶体管 可转换。能测量大中小功率晶体管。并能自动识别 二极管极性。性能稳定，操作简便，是筛选仪的更新 换代产品。

Description

本实用新型是用于对晶体管的直流参数综合测试及快速筛选的测量仪器。

目前的晶体管快速筛选仪，是由壳体、电源变压器、计算机、数码显示报警装置、键盘、手控电压源、手控电流源、被测管座组成。计算机由单板机、控制电路、电压采样放大器、电流采样放大器等组成。该筛选仪在测量晶体管热敏参数时，要用开关切换和调节电位器来获得需要的电压和电流。测量不同热敏参数时，因需要的电压和电流不同，就需要多组电源或用多个电位器调节。为了使仪器不太复杂，一般只测量三个热敏参数：V_BE、I_CEO、h_FE。当计算机控制电路中的继电器把被测管接成不同的测量回路时，继电器在负载情况下工作，存在以下问题：继电器通断时要拉弧打火，容易损坏；继电器产生的火花要干扰计算机的正常工作，因此一般使用的电压电流在250V与3A以下，否则干扰更大。同时对测量NPN型和PNP型晶体管不能互相转换；对大中小功率晶体管筛选也不能兼顾；对其它直流参数的测量不能进行，所以工作效率较低。

本实用新型的目的是提供一种晶体管直流参数自动测量和快速筛选的仪器。同时使继电器实现无负载通断，对测量NPN型和PNP型晶体管可以转换，对测量大中小功率晶体管可以兼顾。

本实用新型的设计方案是：测量电源是双向程控电压源装置和双向程控电流源装置。双向程控电压源装置是在手控电压源前面与计算机之间，增设了一个光电隔离器和一个D／A变换器，使其与手控电压源构成双向程控电压源装置。通过计算机控制电路实现双向程控。光 电隔离器和D／A变换器可以互相调换位置。双向程控电流源装置是在手控电流源前面与计算机之间增设了另一个D／A变换器，使其与手控电流源构成双向程控电流源装置。通过计算机控制电路改变电流源输入电压V_1N的极性实现双向程控。

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图2是图1的结构方框图。

图3是图1的电原理图。

图4是低压大电流程控电压源G₁的电原理图。

图5是高压小电流程控电压源G₂的电原理图。

图6是程控电流源G₃的电原理图。

参照图1，筛选仪壳体1内装有计算机2印刷电路插板、双向程控电压源3印刷电路插板、双向程控电流源4印刷电路插板、电源变压器5。壳体1上装有数码显示报警装置6、键盘7，被测管座8。

参照图2，键盘7有20个按键，通过计算机2控制双向程控电压源3，或双向程控电流源4接通被测管座8的集电极C或基极B，再由计算机2的电压采样放大器或电流采样放大器，将采集到的电压电流信号送给计算机2处理，其结果送给数码显示报警装置6显示或同时报警，也可打印出来。

参照图3，计算机2可用商品微机IBM－PC、Applell等，也可用单板机TP801，为了使结构和性能适合仪器的需要，也可用自制以8031为核心部件的单片机。其控制电路是由继电器J₁～J₉、三极管BG₁～BG₉、电阻R₂₁～R₂₉对应组成。光电隔离器是由10个光电耦合器TIL117组成。设置了两路独立的10位D／A变换器和八个通道的10位A／D变换器。根据需要计算机2分别通过电阻和相应的三极管来控制1个或几个继电器的接通或断开的。继电器J₁控制低压大电流程控电压源G₁，继电器J₂控制高压小电流程控电压源G₂；继电器J₃控制程控电压源3换向，从而达到双向程控的目的；继电器J₄控制给被测管基极B或集电极C加双向程控电压；继电器J₅控制被测管基极B或集电极C与计算机2的电压采样放大器接通；继电器J₆用于把被测管集电极接地；继电器J₇控制双向程控电流源4与被测管基极B的接通或断开；继电器J₈和J₉控制被测管基极B或发射极E与计算机2的电流采样放大器接通。电压采样放大器和电流采样放大器将采集到的电压电流信号输送给A／D变换器。然后由数码显示报警装置6以数字显示出来。在测量和筛选中有不合格的晶体管就以数字显示和声光报警。电压采样放大器是由运算放大器A₁和电阻R₃₀～R₃₃组成。电流采样放大器是由运算放大器A₂和电阻R₃₄～R₃₇组成。运算放大器A₁、A₂是LF356。增加继电器切换电阻R₃₀和R₃₅可扩展测量范围：切换电阻R₃₀电压采样范围为1mV～2000V，误差不大于±1％；切换电阻R₃₅电流采样范围为10nA～10A，误差不大于±2.5％。

参照图4，二极管D₂～D₅、电解电容C₁组成桥式整流滤波器9，电阻R₄₀、R₄₁和三端可调集成稳压器LM317、经三极管BG₁₁扩流后组成低电压大电流调整器10，取样电阻R₄₂、R₄₃和运算放大器A₃组成由D／A变换器控制的取样放大器11。运算放大器A₃为LM324。低压大电流程控电压源G₁可输出电压25V、电流10A。来自计算机2的控制信号经光电隔离器后，再通过D／A变换器加到运算放大器A₃的同相端，经取样放大后去控制三端可调集成稳压器LM317的调节端。从而在输出端获得所需的电压。这可测量晶体管在25V低电压范围内的各种直流参数和快速筛选。

参照图5，二极管D₆为半波整流电路，电解电容C₂、C₃和电阻R₄₄为π型滤波器，再和电阻R₄₅一起构成辅助电源12，这为调整管BG₁₂提供一个基极电流；二极管D₇、D₈，电解电容C₄、C₅，构成倍压整流器13，整流所得的高压加到调整管BG₁₂的集电极，调整管BG₁₂，电阻R₄₆、R₄₇，稳压管D₉，三端可调集成稳压器LM317组成高电压调整器14；三极管BG₁₃，运算放大器A₄，电阻R₄₈～R₅₀组成由D／A变换器控制的高压取样放大器15。运算放大器A₄为LM324。高压小电流程控电压源G₂可输出电压1000V，电流10mA。来自计算机2的控制信号经光电隔离器后，再经过D／A变换器加到运算放大器A₄的反向端。经取样放大后再去控制三端可调集成稳压器LM317的调节端，以达到控制输出电压的目的。双向程控电压源3也可以是低压大电流程控电压源G₁和高压小电流程控电压源G₂，各自独立的、由控制电路中的继电器J₁、J₂切换使用的并立程控电压源。这种程控电压源不仅可测量25V低电压范围的、又可测量晶体管在1000V高电压范围内的各种直流参数和快速筛选。

参照图6，运算放大器A₅，电阻R₅₁～R₅₃、R₆₂组成加法器16。运算放大器A₆，电阻R₅₄～R₅₆组成反向器17。运算放大器A₇，电阻R₅₇、R₅₈组成电压跟随器18。三极管BG₁₄、BG₁₅，电阻R₆₀、R₆₁、R₆₃、R₆₄组成扩流电路19。电阻R₅₉为取样电阻。运算放大器A₅、A₆、A₇为LF356。为了扩大双向程控电流源4输出电流的范围，可增加继电器切换不同阻值的取样电阻R₅₉，可获得0.1μA～3A电流输出，误差不超过±1％。三极管BG₁₄、BG₁₅用于扩展运算放大器A₅的输出电流。因为运算放大器A₇的输入阻抗很高，几乎不取电流，所以输出电流Iout全部流过取样电阻R₅₉。根据欧姆定律：V_F－V_out＝R₅₉·I_out。根据加法器原理：I₁＝I₂＋I₃，即V₁N／R₅₁＝V_F／R₅₂－Vout／R₅₃，取R₅₁＝R₅₂＝R₅₃，则V₁N＝V_F－V_out＝R₅₉·I_out，即I_out＝V_1N／R₅₉。可见输出电流I_out是一个只与输入电压V_1N和取样电阻R₅₉有关的电流，而与负载无关。由此可见改变输入电压V_1N的极性，就可改变输出电流I_out的极性。输入电压V_1N是由计算机2控制另一个D／A变换器提供的，从而达到了双向控制的目的。

从前面所述，通过增加继电器切换电压采样放大器中的电阻R₃₀、电流采样放大器中的电阻R₃₅、程控电流源4中的电阻R₅₉，使其电阻值改变，便能使该仪器满足大中小功率晶体管的测量需要。

对晶体管各种参数测量过程的详细说明：

①晶体管发射极开路，集电极与基极之间的反向截止电流I_CBO的测量：首先键盘7输入测量条件和失效判据，然后由计算机2发出信号给光电隔离器，再通过D／A变换器控制双向程控电压源3，使其输出电压为零。接着计算机控制电路中的继电器J₈接通，把电流采样放大器与被测管座8的基极B接通，组成标准测量回路。然后计算机2根据设定的测量条件，使双向程控电压源3加到被测晶体管的集电极C上，使其电流信号输入电流采样放大器，计算机2根据输入的电流信号，显示反向截止电流I_CBO，接上打印机也可打印出来。

②晶体管基极开路，集电极与发射极之间的反向截止电流I_CEO的测量：同①的操作测量规程，接通继电器J₉，使电流采样放大器与被测管座8的发射极E接通。即测得反向截止电流I_CEO。

③晶体管集电极开路，发射极与基极之间的反向截止电流I_EBO的测量：同①的操作测量规程，接通继电器J₄，把双向程控电压源3与被测管座8的基极B接通，接通继电器J₃，使双向程控电压源3反向。控制程控电压源3获得所需测量条件，即测得反向截止电流I_EBO。

④晶体管发射极开路，集电极与基极之间的反向击穿电压BV_CBO、基极开路，集电极与发射极之间的反向击穿电压BV_CEO、集电极开路，发射极与基极之间的反向击穿电压BV_EBO的测量：在①、②、③的测量中，只要调节程控电压源3的输出，使电流采样放大器采得的电流满足规定的测量条件，则在电压采样放大器中分别采得反向击穿电压BV_CBO、BV_CEO、BV_EBO。

⑤测量晶体管基极与发射极之间的正向压降V_BE：同①的操作测量规程，接通继电器J₇，计算机通过另一个D／A变换器控制程控电流源4，使被测晶体管获得所需的基极电流I_B。同时计算机2经光电隔离器，再根据测量条件通过D／A变换器控制双向程控电压源3，使被测晶体管获得所需的集电极与发射极之间的电压V_CE。接通继电器J₅，由电压采样放大器获得被测管的基极电压V_B，从电流采样放大器的信号中获得被测管的发射极电压V_E，则基极与发射极之间的正向压降V_BE＝V_B－V_E。

⑥测量晶体管基极与集电极之间的正向压降V_BC：继电器J₆接通，继电器J₁、J₂断开，把被测晶体管的集电极C接地、继电器J₈、J₉断开，则发射极E断开，按测量V_BE的方法，可测得基极与集电极之间的正向压降V_BC。

⑦测量晶体管基极与集电极之间的饱和压降V_CES、基极与发射极之间的饱和压降V_BES：同①的操作测量规程，接通继电器J₇，使被测晶体管获得规定的基极电流I_B。根据电流采样放大器采集的信号调节双向程控电压源3，使被测晶体管满足发射极电流I_E等于集电极电流I_C与基极电流I_B的和，再分别采出被测管集电极电压V_C、基极电压V_B、发射极电压V_E，则V_CES＝V_C－V_E，V_BES＝V_B－V_E。

⑧测量晶体管直流放大倍数h_FE：同①的操作测量规程，控制双向程控电压源3获得需要的集电极C与发射极E之间的电压V_CE，根据电流采样放大器采集的发射极电流，调节双向程控电流源4即调节I_B，使被测晶体管集电极电流I_C满足条件，则h_FE＝I_C／I_B。

⑨测量晶体管集电极与发射极之间的反向击穿电压BV_CER：在被测管座8的基极B和发射极E之间接入一个电阻，按测量BV_CEO的方法就可测得其结果。

⑩测量二极管的方法：在被测管座8的基极B和发射极E间接入被测二极管，按测量V_BE的方法，可测得二极管的正向压降V_F；在被测管座8的集电极C和发射极E间接入被测二极管，按测量I_CEO、BV_CEO的方法，可分别测得二极管的反向漏电流I_R和反向击穿电压V_R。

按测量三极管的直流放大倍数h_FE的方法，使被测三极管获得规定的加温电压V_CE和加温电流I_C，并保证设定时间，使被测三极管温度升高，然后再重新测量I_CBO、I_CEO、V_BE、h_FE。再与加温前测得的数据相比较，即得到热敏参数的变化量ΔI_CBO、ΔI_CEO、ΔV_BE和变化率Δh_FE％，剔除变化大的三极管，即达到快速筛选的目的。

在测量二极管正向压降V_F时，双向程控电流源4分别输出不同方向的电流，根据测得的电压降，可识别二极管的极性。

本实用新型由于测量使用了程控电源，这使控制电路实现了无负载通断，使继电器的寿命取决于机械寿命，从而提高了可靠性；同时使双向程控电压源可做得较高，双向程控电压源可做得较大，也不会使继电器产生打火，对计算机不会产生干扰；因为测量电源实现了程控，把晶体管十多种直流参数的自动测量和快速筛选结合在一起，提高了测量效率；同时对测量NPN型和PNP型晶体管可互相转换。

Claims (4)

1、一种晶体管快速筛选仪，包括壳体[1]、电源变压器[5]、计算机[2]、数码显示报警装置[6]、键盘[7]、被测管座[8]，其特征在于手控电压源前面增设了光电隔离器和D/A变换器，与其构成双向程控电压源装置[3]；手控电流源前面增设了D/A变换器，与其构成双向程控电流源装置[4]。

2、根据权利要求1所述的筛选仪，其特征在于所述双向程控电压源装置〔3〕的光电隔离器和D／A变换器可以互相调换位置。

3、根据权利要求1或2所述的筛选仪，其特征在于所述双向程控电压源装置〔3〕的手控电压源是低压大电流电压源G₁。

4、根据权利要求1或2所述的筛选仪，其特征在于所述双向程控电压源装置〔3〕的手控电压源，是并立可切换使用的低压大电流电压源G₁和高压小电流电压源G₂。

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