專利名稱：程控多功能晶體管測量篩選儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是用于對晶體管的直流參數綜合測試及快速篩選的測量儀器。
目前的晶體管快速篩選儀，是由殼體、電源變壓器、計算機、數碼顯示報警裝置、鍵盤、手控電壓源、手控電流源、被測管座組成。計算機由單板機、控制電路、電壓采樣放大器、電流采樣放大器等組成。該篩選儀在測量晶體管熱敏參數時，要用開關切換和調節電位器來獲得需要的電壓和電流。測量不同熱敏參數時，因需要的電壓和電流不同，就需要多組電源或用多個電位器調節。為了使儀器不太復雜，一般只測量三個熱敏參數VBE、ICEO、hFE。當計算機控制電路中的繼電器把被測管接成不同的測量回路時，繼電器在負載情況下工作，存在以下問題繼電器通斷時要拉弧打火，容易損壞；繼電器產生的火花要干擾計算機的正常工作，因此一般使用的電壓電流在250V與3A以下，否則干擾更大。同時對測量NPN型和PNP型晶體管不能互相轉換；對大中小功率晶體管篩選也不能兼顧；對其它直流參數的測量不能進行，所以工作效率較低。
本實用新型的目的是提供一種晶體管直流參數自動測量和快速篩選的儀器。同時使繼電器實現無負載通斷，對測量NPN型和PNP型晶體管可以轉換，對測量大中小功率晶體管可以兼顧。
本實用新型的設計方案是測量電源是雙向程控電壓源裝置和雙向程控電流源裝置。雙向程控電壓源裝置是在手控電壓源前面與計算機之間，增設了一個光電隔離器和一個D／A變換器，使其與手控電壓源構成雙向程控電壓源裝置。通過計算機控制電路實現雙向程控。光電隔離器和D／A變換器可以互相調換位置。雙向程控電流源裝置是在手控電流源前面與計算機之間增設了另一個D／A變換器，使其與手控電流源構成雙向程控電流源裝置。通過計算機控制電路改變電流源輸入電壓V1N的極性實現雙向程控。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型的立體結構示意圖。
圖2是圖1的結構方框圖。
圖3是圖1的電原理圖。
圖4是低壓大電流程控電壓源G1的電原理圖。
圖5是高壓小電流程控電壓源G2的電原理圖。
圖6是程控電流源G3的電原理圖。
參照圖1，篩選儀殼體1內裝有計算機2印刷電路插板、雙向程控電壓源3印刷電路插板、雙向程控電流源4印刷電路插板、電源變壓器5。殼體1上裝有數碼顯示報警裝置6、鍵盤7，被測管座8。
參照圖2，鍵盤7有20個按鍵，通過計算機2控制雙向程控電壓源3，或雙向程控電流源4接通被測管座8的集電極C或基極B，再由計算機2的電壓采樣放大器或電流采樣放大器，將采集到的電壓電流信號送給計算機2處理，其結果送給數碼顯示報警裝置6顯示或同時報警，也可打印出來。
參照圖3，計算機2可用商品微機IBM－PC、Applell等，也可用單板機TP801，為了使結構和性能適合儀器的需要，也可用自制以8031為核心部件的單片機。其控制電路是由繼電器J1～J9、三極管BG1～BG9、電阻R21～R29對應組成。光電隔離器是由10個光電耦合器TIL117組成。設置了兩路獨立的10位D／A變換器和八個通道的10位A／D變換器。根據需要計算機2分別通過電阻和相應的三極管來控制1個或幾個繼電器的接通或斷開的。繼電器J1控制低壓大電流程控電壓源G1，繼電器J2控制高壓小電流程控電壓源G2；繼電器J3控制程控電壓源3換向，從而達到雙向程控的目的；繼電器J4控制給被測管基極B或集電極C加雙向程控電壓；繼電器J5控制被測管基極B或集電極C與計算機2的電壓采樣放大器接通；繼電器J6用于把被測管集電極接地；繼電器J7控制雙向程控電流源4與被測管基極B的接通或斷開；繼電器J8和J9控制被測管基極B或發射極E與計算機2的電流采樣放大器接通。電壓采樣放大器和電流采樣放大器將采集到的電壓電流信號輸送給A／D變換器。然后由數碼顯示報警裝置6以數字顯示出來。在測量和篩選中有不合格的晶體管就以數字顯示和聲光報警。電壓采樣放大器是由運算放大器A1和電阻R30～R33組成。電流采樣放大器是由運算放大器A2和電阻R34～R37組成。運算放大器A1、A2是LF356。增加繼電器切換電阻R30和R35可擴展測量范圍切換電阻R30電壓采樣范圍為1mV～2000V，誤差不大于±1％；切換電阻R35電流采樣范圍為10nA～10A，誤差不大于±2.5％。
參照圖4，二極管D2～D5、電解電容C1組成橋式整流濾波器9，電阻R40、R41和三端可調集成穩壓器LM317、經三極管BG11擴流后組成低電壓大電流調整器10，取樣電阻R42、R43和運算放大器A3組成由D／A變換器控制的取樣放大器11。運算放大器A3為LM324。低壓大電流程控電壓源G1可輸出電壓25V、電流10A。來自計算機2的控制信號經光電隔離器后，再通過D／A變換器加到運算放大器A3的同相端，經取樣放大后去控制三端可調集成穩壓器LM317的調節端。從而在輸出端獲得所需的電壓。這可測量晶體管在25V低電壓范圍內的各種直流參數和快速篩選。
參照圖5，二極管D6為半波整流電路，電解電容C2、C3和電阻R44為π型濾波器，再和電阻R45一起構成輔助電源12，這為調整管BG12提供一個基極電流；二極管D7、D8，電解電容C4、C5，構成倍壓整流器13，整流所得的高壓加到調整管BG12的集電極，調整管BG12，電阻R46、R47，穩壓管D9，三端可調集成穩壓器LM317組成高電壓調整器14；三極管BG13，運算放大器A4，電阻R48～R50組成由D／A變換器控制的高壓取樣放大器15。運算放大器A4為LM324。高壓小電流程控電壓源G2可輸出電壓1000V，電流10mA。來自計算機2的控制信號經光電隔離器后，再經過D／A變換器加到運算放大器A4的反向端。經取樣放大后再去控制三端可調集成穩壓器LM317的調節端，以達到控制輸出電壓的目的。雙向程控電壓源3也可以是低壓大電流程控電壓源G1和高壓小電流程控電壓源G2，各自獨立的、由控制電路中的繼電器J1、J2切換使用的并立程控電壓源。這種程控電壓源不僅可測量25V低電壓范圍的、又可測量晶體管在1000V高電壓范圍內的各種直流參數和快速篩選。
參照圖6，運算放大器A5，電阻R51～R53、R62組成加法器16。運算放大器A6，電阻R54～R56組成反向器17。運算放大器A7，電阻R57、R58組成電壓跟隨器18。三極管BG14、BG15，電阻R60、R61、R63、R64組成擴流電路19。電阻R59為取樣電阻。運算放大器A5、A6、A7為LF356。為了擴大雙向程控電流源4輸出電流的范圍，可增加繼電器切換不同阻值的取樣電阻R59，可獲得0.1μA～3A電流輸出，誤差不超過±1％。三極管BG14、BG15用于擴展運算放大器A5的輸出電流。因為運算放大器A7的輸入阻抗很高，幾乎不取電流，所以輸出電流Iout全部流過取樣電阻R59。根據歐姆定律VF－Vout＝R59·Iout。根據加法器原理I1＝I2＋I3，即V1N／R51＝VF／R52－Vout／R53，取R51＝R52＝R53，則V1N＝VF－Vout＝R59·Iout，即Iout＝V1N／R59。可見輸出電流Iout是一個只與輸入電壓V1N和取樣電阻R59有關的電流，而與負載無關。由此可見改變輸入電壓V1N的極性，就可改變輸出電流Iout的極性。輸入電壓V1N是由計算機2控制另一個D／A變換器提供的，從而達到了雙向控制的目的。
從前面所述，通過增加繼電器切換電壓采樣放大器中的電阻R30、電流采樣放大器中的電阻R35、程控電流源4中的電阻R59，使其電阻值改變，便能使該儀器滿足大中小功率晶體管的測量需要。
對晶體管各種參數測量過程的詳細說明①晶體管發射極開路，集電極與基極之間的反向截止電流ICBO的測量首先鍵盤7輸入測量條件和失效判據，然后由計算機2發出信號給光電隔離器，再通過D／A變換器控制雙向程控電壓源3，使其輸出電壓為零。接著計算機控制電路中的繼電器J8接通，把電流采樣放大器與被測管座8的基極B接通，組成標準測量回路。然后計算機2根據設定的測量條件，使雙向程控電壓源3加到被測晶體管的集電極C上，使其電流信號輸入電流采樣放大器，計算機2根據輸入的電流信號，顯示反向截止電流ICBO，接上打印機也可打印出來。
②晶體管基極開路，集電極與發射極之間的反向截止電流ICEO的測量同①的操作測量規程，接通繼電器J9，使電流采樣放大器與被測管座8的發射極E接通。即測得反向截止電流ICEO。
③晶體管集電極開路，發射極與基極之間的反向截止電流IEBO的測量同①的操作測量規程，接通繼電器J4，把雙向程控電壓源3與被測管座8的基極B接通，接通繼電器J3，使雙向程控電壓源3反向。控制程控電壓源3獲得所需測量條件，即測得反向截止電流IEBO。
④晶體管發射極開路，集電極與基極之間的反向擊穿電壓BVCBO、基極開路，集電極與發射極之間的反向擊穿電壓BVCEO、集電極開路，發射極與基極之間的反向擊穿電壓BVEBO的測量在①、②、③的測量中，只要調節程控電壓源3的輸出，使電流采樣放大器采得的電流滿足規定的測量條件，則在電壓采樣放大器中分別采得反向擊穿電壓BVCBO、BVCEO、BVEBO。
⑤測量晶體管基極與發射極之間的正向壓降VBE同①的操作測量規程，接通繼電器J7，計算機通過另一個D／A變換器控制程控電流源4，使被測晶體管獲得所需的基極電流IB。同時計算機2經光電隔離器，再根據測量條件通過D／A變換器控制雙向程控電壓源3，使被測晶體管獲得所需的集電極與發射極之間的電壓VCE。接通繼電器J5，由電壓采樣放大器獲得被測管的基極電壓VB，從電流采樣放大器的信號中獲得被測管的發射極電壓VE，則基極與發射極之間的正向壓降VBE＝VB－VE。
⑥測量晶體管基極與集電極之間的正向壓降VBC繼電器J6接通，繼電器J1、J2斷開，把被測晶體管的集電極C接地、繼電器J8、J9斷開，則發射極E斷開，按測量VBE的方法，可測得基極與集電極之間的正向壓降VBC。
⑦測量晶體管基極與集電極之間的飽和壓降VCES、基極與發射極之間的飽和壓降VBES同①的操作測量規程，接通繼電器J7，使被測晶體管獲得規定的基極電流IB。根據電流采樣放大器采集的信號調節雙向程控電壓源3，使被測晶體管滿足發射極電流IE等于集電極電流IC與基極電流IB的和，再分別采出被測管集電極電壓VC、基極電壓VB、發射極電壓VE，則VCES＝VC－VE，VBES＝VB－VE。
⑧測量晶體管直流放大倍數hFE同①的操作測量規程，控制雙向程控電壓源3獲得需要的集電極C與發射極E之間的電壓VCE，根據電流采樣放大器采集的發射極電流，調節雙向程控電流源4即調節IB，使被測晶體管集電極電流IC滿足條件，則hFE＝IC／IB。
⑨測量晶體管集電極與發射極之間的反向擊穿電壓BVCER在被測管座8的基極B和發射極E之間接入一個電阻，按測量BVCEO的方法就可測得其結果。
⑩測量二極管的方法在被測管座8的基極B和發射極E間接入被測二極管，按測量VBE的方法，可測得二極管的正向壓降VF；在被測管座8的集電極C和發射極E間接入被測二極管，按測量ICEO、BVCEO的方法，可分別測得二極管的反向漏電流IR和反向擊穿電壓VR。
按測量三極管的直流放大倍數hFE的方法，使被測三極管獲得規定的加溫電壓VCE和加溫電流IC，并保證設定時間，使被測三極管溫度升高，然后再重新測量ICBO、ICEO、VBE、hFE。再與加溫前測得的數據相比較，即得到熱敏參數的變化量ΔICBO、ΔICEO、ΔVBE和變化率ΔhFE％，剔除變化大的三極管，即達到快速篩選的目的。
在測量二極管正向壓降VF時，雙向程控電流源4分別輸出不同方向的電流，根據測得的電壓降，可識別二極管的極性。
本實用新型由于測量使用了程控電源，這使控制電路實現了無負載通斷，使繼電器的壽命取決于機械壽命，從而提高了可靠性；同時使雙向程控電壓源可做得較高，雙向程控電壓源可做得較大，也不會使繼電器產生打火，對計算機不會產生干擾；因為測量電源實現了程控，把晶體管十多種直流參數的自動測量和快速篩選結合在一起，提高了測量效率；同時對測量NPN型和PNP型晶體管可互相轉換。
權利要求1.一種晶體管快速篩選儀，包括殼體[1]、電源變壓器[5]、計算機[2]、數碼顯示報警裝置[6]、鍵盤[7]、被測管座[8]，其特征在于手控電壓源前面增設了光電隔離器和D/A變換器，與其構成雙向程控電壓源裝置[3]；手控電流源前面增設了D/A變換器，與其構成雙向程控電流源裝置[4]。
2.根據權利要求1所述的篩選儀，其特征在于所述雙向程控電壓源裝置〔3〕的光電隔離器和D／A變換器可以互相調換位置。
3.根據權利要求1或2所述的篩選儀，其特征在于所述雙向程控電壓源裝置〔3〕的手控電壓源是低壓大電流電壓源G1。
4.根據權利要求1或2所述的篩選儀，其特征在于所述雙向程控電壓源裝置〔3〕的手控電壓源，是并立可切換使用的低壓大電流電壓源G1和高壓小電流電壓源G2。
專利摘要一種晶體管快速篩選儀，是在手控電壓源前增設了光電隔離器和D/A變換器構成雙向程控電壓源，在手控電流源前增設了另一個D/A變換器構成雙向程控電流源。該篩選儀對晶體管直流參數的自動測量和快速篩選能一次完成。實現了繼電器無負載通斷，提高了可靠性，使用高電壓大電流的電源對計算機無干擾。對測量NPN型和PNP型晶體管可轉換。能測量大中小功率晶體管。并能自動識別二極管極性。性能穩定，操作簡便，是篩選儀的更新換代產品。
文檔編號G01R31/26GK2100635SQ9022467
公開日1992年4月1日 申請日期1990年12月7日 優先權日1990年12月7日
發明者沈朗然, 鄭平, 史紅兵, 莫善正, 張知廉, 沈怡然 申請人:浙江大學, 蕭山市戴村鎮儀器廠