余廷義

摘 要：本文主要針對(duì)元件精度的問(wèn)題，以及元器件老化問(wèn)題，提出相關(guān)解決措施和方案。

關(guān)鍵詞：電子鎮(zhèn)流器、元件精度、三極管、多功能篩選儀

一、背景

電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能燈生產(chǎn)廠家大多用圖示儀對(duì)晶體管進(jìn)行測(cè)試，但圖示儀讀數(shù)不直觀，沒(méi)有自動(dòng)報(bào)警功能，操作極其不便，不適合生產(chǎn)線大批量檢測(cè)使用。特別是漏電流及耐壓測(cè)試非常麻煩，多數(shù)企業(yè)只能抽檢，無(wú)法全檢。而且，圖示儀無(wú)法測(cè)試晶體管開(kāi)關(guān)時(shí)間，用其控制質(zhì)量就顯得不夠全面。針對(duì)這種情況，結(jié)合電子鎮(zhèn)流器的特殊要求， UI9600A晶體管多功能篩選儀成為大家的首選。

然而，由于元件精度的問(wèn)題，以及元器件老化問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)各檔位電測(cè)試電流和測(cè)試電壓儀器之間有微小的差異，從而導(dǎo)致各臺(tái)UI9600A晶體管多功能篩選儀之間有一定差異，從而導(dǎo)致精確測(cè)量，或要求范圍較小時(shí)篩選的結(jié)果就不太令人滿意。其主要表現(xiàn)為，各臺(tái)儀器間有部分檔位測(cè)試有差異或每個(gè)檔位都有差異。

二、三極管開(kāi)關(guān)時(shí)間理論

三極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部電荷的建立與消散都需要一定的時(shí)間。因此，如圖一（b部分）所示集電極電流 iC的變化總是滯后于輸入電壓ui的變化，這說(shuō)明三極管由截止變?yōu)轱柡突蛴娠柡妥優(yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r(shí)間。

當(dāng)輸入ui由UR正跳到UF時(shí)，發(fā)射區(qū)開(kāi)始向基區(qū)擴(kuò)散電子，并形成基極電流iB。同時(shí)基區(qū)積累的電子流向集電區(qū)形成集電極電流iC。隨著基區(qū)積累電子的增多，iC不斷增大，直到最大值IC（sat），三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)。這時(shí)，如iB繼續(xù)增大時(shí)，基區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)電荷更多，三極管飽和加深。通常把從ui正跳變開(kāi)始到iC上升到0.9IC（sat）所需的時(shí)間稱為開(kāi)通時(shí)間，用ton表示。

當(dāng)輸入ui由UR正跳到UF時(shí)，基區(qū)中存儲(chǔ)的大量電荷開(kāi)始消散，在存儲(chǔ)電荷消散前，iC=IC（sat）不變。隨著存儲(chǔ)電荷的消散，三極管的飽和深度變淺。存儲(chǔ)電荷消失后，三極管進(jìn)入放大區(qū)并轉(zhuǎn)向截止。通常把從ui負(fù)跳變開(kāi)始到iC下降到0.1IC（sat）所需的時(shí)間稱為關(guān)斷時(shí)間，用toff表示。

圖一 三極管開(kāi)關(guān)理想特性與實(shí)際特性

晶體管的開(kāi)關(guān)波形中，開(kāi)啟過(guò)程又分為延遲和上升兩個(gè)過(guò)程，關(guān)斷過(guò)程又分為存儲(chǔ)和下降兩個(gè)過(guò)程，則晶體管總的開(kāi)關(guān)時(shí)間共有4個(gè)：延遲時(shí)間td，上升時(shí)間tr，存儲(chǔ)時(shí)間ts和下降時(shí)間tf；ton=td+tr，toff=ts+tf.存儲(chǔ)時(shí)間ts就是晶體管從過(guò)飽和狀態(tài)（集電結(jié)正偏的狀態(tài)）退出到臨界飽和狀態(tài)（集電結(jié)0偏的狀態(tài)）所需要的時(shí)間，也就是基區(qū)和集電區(qū)中的過(guò)量存儲(chǔ)電荷消失的時(shí)間；。而這些過(guò)量少子存儲(chǔ)電荷的消失主要是依靠復(fù)合作用來(lái)完成，所以從器件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，減短存儲(chǔ)時(shí)間的主要措施有如：在集電區(qū)摻Au等來(lái)減短集電區(qū)的少子壽命（以減少集電區(qū)的過(guò)量存儲(chǔ)電荷和加速過(guò)量存儲(chǔ)電荷的消失；但是基區(qū)少子壽命不能減得太短，否則會(huì)影響到電流放大系數(shù)），盡可能減小外延層厚度（以減少集電區(qū)的過(guò)量存儲(chǔ)電荷）。而從晶體管使用來(lái)說(shuō)，減短存儲(chǔ)時(shí)間的主要措施有如：基極輸入電流脈沖的幅度不要過(guò)大（以避免晶體管飽和太深，使得過(guò)量存儲(chǔ)電荷減少），增大基極抽取電流（以加快過(guò)量存儲(chǔ)電荷的消失速度）。

三、I9600多功能篩選儀功能及原理說(shuō)明

1. 測(cè)量參數(shù)有 放大倍數(shù)β

開(kāi)關(guān)時(shí)間（上升時(shí)間、存儲(chǔ)時(shí)間、下降時(shí)間） 飽和壓降VCES及正向壓降VBE漏電流ICEO及耐壓BVCEO

2.對(duì)測(cè)試的開(kāi)關(guān)時(shí)間、β進(jìn)行分檔，可顯示批號(hào)；對(duì)V CES、V BE、I CEO、BV CEO進(jìn)行超限判斷，不合格的發(fā)出聲光報(bào)警，并用指示燈指明哪一項(xiàng)不合格。 3. 測(cè)試條件可按要求自由調(diào)節(jié)或設(shè)定。

② 測(cè)試Ib注入電流分三檔：0.1mA、1mA、10mA；

②開(kāi)關(guān)時(shí)間測(cè)試Ic電流有四檔0.5A、0.25A、0.1A、0.05A；對(duì)應(yīng)Ib電流為0.1A、0.05A、0.02A、0.01A； ③VBE、VCES的測(cè)量條件同開(kāi)關(guān)時(shí)間測(cè)試條件； ④漏電流ICEO測(cè)試電壓50～650V連續(xù)可調(diào)；

β測(cè)試Ib注入電流分三檔：0.1mA、1mA、10mA；

TS測(cè)試的基本原理如圖二所示，當(dāng)輸入電壓vi由-V1 跳變到+V2時(shí)，三極管從截止到開(kāi)始導(dǎo)通所需要的時(shí)間稱為延遲時(shí)間td。 經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td后，iC不斷增大。iC上升到最大值的90%所需要的時(shí)間稱為上升時(shí)間tr 。當(dāng)輸入電壓vi由+V2跳變到-V1時(shí)，集電極電流從ICS到下降至0.9ICS所需要的時(shí)間稱為存儲(chǔ)時(shí)間ts。集電極電流由0.9ICS降至0.1ICS所需的時(shí)間稱為下降時(shí)間tf。重點(diǎn)說(shuō)一下ts的計(jì)算，由于測(cè)試ts時(shí)，都是測(cè)試管飽和導(dǎo)通，所以當(dāng)集電極電流為ICS時(shí)，VCE為0.3 左右；當(dāng)集電極電流為0.9ICS時(shí)，VCE=VCC-0.9ICS *RC= VCC -0.9（VCC -VCE（sat））=0.1 VCC +0.9 VCE（sat）。

所以測(cè)試時(shí)，在基極加一個(gè)足以使三極管飽和導(dǎo)通的方波，再監(jiān)測(cè)VC處電壓變化并記錄集電極電流為0.9 ICS及0.1ICS的時(shí)的時(shí)間。I9600A多功能篩選儀測(cè)量TS的部分電路圖三。電路中有四檔測(cè)試條件， J1、J2、J3、J4分別和J5、J6、J7、J8同步開(kāi)關(guān)，正常情況下四組開(kāi)關(guān)中始終有一組處于閉合狀態(tài)，相當(dāng)于有4組不同的Rb和RC值。圖中的三極管BJT即為待測(cè)三極管，R9連接待測(cè)三極管的基極，并通過(guò)電壓跟隨器U4監(jiān)控基極電壓。當(dāng)電壓小于低電壓時(shí)，儀器就開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試程序，進(jìn)行測(cè)試相關(guān)參數(shù)。本文只介紹TS的測(cè)試，其它參數(shù)就不進(jìn)行說(shuō)明。在進(jìn)行開(kāi)關(guān)時(shí)間測(cè)試時(shí)，是通過(guò)兩個(gè)電壓比較器U2和U3確定“ICS到下降至0.9ICS”和“ICS到下降至0.1ICS”這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

按照開(kāi)關(guān)時(shí)間的定義，重點(diǎn)說(shuō)一下ts的計(jì)算，由于測(cè)試ts時(shí)，都是測(cè)試管飽和導(dǎo)通，所以當(dāng)集電極電流為ICS時(shí)，VCE為0.3 左右；當(dāng)集電極電流為0.9ICS時(shí)，VCE=VCC-0.9ICS *RC= VCC -0.9（VCC -VCE（sat））=0.1 VCC +0.9 VCE（sat）。在UI9600A多功能篩選儀中，測(cè)試電源電壓為5伏，所以集電極電流從ICS到下降至0.9ICS時(shí)，VCE的電壓為0.5+0.28=0.78伏。在電路圖中，R14的分壓值就選取為0.78左右，也就是U2的比較器的負(fù)端比較值。同理R15就是集電極電流從ICS到下降至0.1ICS時(shí)，VCE的值。

四、I9600多功能篩選儀優(yōu)化方案

首先從推導(dǎo)的公式看，TS涉及到VCC和VCE（sat）兩個(gè)，所以TS測(cè)量準(zhǔn)確跟測(cè)試電壓的穩(wěn)定有關(guān)系，和三極管的飽和程度也有關(guān)系。具體到電路中，前者一定要保證測(cè)量電壓VCC準(zhǔn)確和穩(wěn)定，后者要保證基極和集電極電流穩(wěn)定，也就是要保證電路中的各檔位電阻值的穩(wěn)定，不要產(chǎn)生電感性、電容性阻抗，減少阻值溫度變化。其次從電路上看，U2和U3的精度以及其負(fù)端的比較電壓的穩(wěn)定都會(huì)影響開(kāi)關(guān)時(shí)間的測(cè)量（對(duì)TS來(lái)說(shuō)就是U2）。最后還有系統(tǒng)的晶振是否穩(wěn)定，因?yàn)橄到y(tǒng)測(cè)量三極管開(kāi)關(guān)時(shí)間肯定用到了系統(tǒng)時(shí)鐘。

儀器使用久后會(huì)出現(xiàn)測(cè)試不穩(wěn)定，不準(zhǔn)確都可已從以上三個(gè)方面去查找問(wèn)題。在產(chǎn)線上使用I9600A多功能篩選儀時(shí)，希望多臺(tái)測(cè)試的結(jié)果盡量一致，我們也可以從上面的角度去思考。至少有兩種方式去解決這個(gè)問(wèn)題，一是改變飽和度，即調(diào)整測(cè)試電壓與電流大?。欢歉淖儨y(cè)量電路中的比較電壓值。第一種方法只需要把Rb和RC變?yōu)榭烧{(diào)即可。我將介紹第二種方法。

由于儀器的每個(gè)元件的實(shí)際性能不完全一樣，也就造成每個(gè)儀器測(cè)試時(shí)會(huì)產(chǎn)生差異。儀器出廠時(shí)都會(huì)對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)試，并把校對(duì)到一個(gè)可以接受的范圍，這就需要綜合考慮各個(gè)檔位的情況。而我們使用時(shí)是希望每個(gè)檔位各個(gè)儀器盡可能一樣。前面分析TS測(cè)量準(zhǔn)確的因素，所以按照?qǐng)D四所示，與J5、J6、J7、J8一樣，J9、J10、J11、J12分別和J1、J2、J3、J4是同步開(kāi)關(guān)，這樣就可以改變各個(gè)檔位的比較值，而不是所有檔位都使用一個(gè)電壓比較值。因此，各臺(tái)儀器間便可以各個(gè)檔位按樣管值進(jìn)校對(duì)，以達(dá)到各個(gè)檔位測(cè)試值的統(tǒng)一（但由于測(cè)試電壓和電流的的差異，也不太可能每只樣管都能達(dá)到一樣的值，只能是盡可能多的一致）。但是，需要注意電位器的選擇，盡可能選取較大阻值，不可影響5V電壓的穩(wěn)定。

五、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改裝在線多臺(tái)測(cè)試儀，從測(cè)試效果來(lái)看，儀器間各檔差異顯著變小，調(diào)節(jié)后一段時(shí)間內(nèi)也能保持較為一致的測(cè)試結(jié)果。