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  在上期,我們已將本機之電路圖、PC板圖刊出,並作了詳細的電路分析,足供讀者們進行仿製。在這期中,繼續介紹本機的裝製要點、調校方法及曲線的判讀。
  猶記得在當兵前的那段歲月,對基本電子學猶未開竅,只知道有這麼一種曲線描繪(CURVE TRACER)的儀器,能夠從Scope中來觀察電晶體的特性。至於它能夠提供哪些資料,這曲線所代表的意義為何?就如電子工程師在看心電圖搬──莫名其妙了。而在裝置與修復的學習過程中,時常為電路中的主動元件所苦,除了一般常見的晶體元件短路、開路與漏電,可用三用電表簡單判明外,其他更重要的特性資料,諸如耐壓、崩潰特性、β、gm、配對等,可說束手無策。在強烈求知慾的驅使下,發狠非把它搞個清楚不可。到了融會貫通之後,深覺這機器的妙用無窮,幾乎應用上必需知道的DATA BOOK上的規格,除FT外,它都能夠告訴你。自從有了這玩意兒,對工作檯上工作的進行,分外感覺得心應手。一得之餘(愚?)不敢藏拙,以後學之心度後學之腹,相信如昨日之我者必還很多,於是促成了我推廣它的動機。

  目前在國內常見的曲線掃描器,除日本LEADER的LTC-905外,便是以此機為藍本而仿製的國產品。原機有一本十餘頁的操作手冊,提供了詳盡的應用說明。可惜國產品除了外觀上仿得近似外,竟沒有份像樣的應用說明。因為CURVE TRACER不同於三用表、不同於Scope、不同於SG,它不是台「完整性」的儀器,而是台具有「活性」性質的儀器。它的效用並不取決於儀器本身,而是決定於操作它的人,究竟對它的測量原理、各項規格了解多少。因為,為有當你知道它的 Ic 是如何求得時,才能換算它的β值;也只有當你知道它對待測元件的保護情形時,才能保證待測元件的安全。因此,若對所操作的CURVE TRACER內部結構一無所知,就像拿三用表量TR的hFE般,其意義是相同的。

  本機的裝製,在此補充幾點,否則可能成為臭蟲:
 1.S2 S3需使用先斷接型的波段SW,見前期所述。
 2.C6、.03μF(223)焊在電路板銅箔面,併在R8上。

 3.S7電阻焊接時,可能的錯誤為0.1V、0.2V、0.5V之順序顛倒。
  本機之校準,需用一只三用表,及一台有DC輸入選擇的Scope,調校步驟如下:
 1.AC 110V確認,應為105V~115V之值。
 2.B+ 電壓確認,分別為±12V、+5.2V,可有5%左右的差值。

 3.三用表ACV檔接於PC板D、E端,旋動S2觀察電壓能否遞升或遞降,並讀出其電壓值,應為面板標示值之0.7讀值(見上期說明)。
 4.S2置於10V檔,Scope接PC板H、G端,S3置於NPN或PNP時,應為半波連續波形;置於Diode時,應為60Hz AC波形。
 5.CAL. 電壓調校:Scope接於PC板L、R端,調整VR104為5Vpp,此時波形頂部已被削平。
 6.Scope接於PC板V、R端,以0.5V/DIV觀察是否有8階波形。
 7.改接於S、R端,S3置於NPN,S4置於TRANS,應為遞升之階梯波,調整VR102,令階梯之每階值為0.5V/DIV,8階7格為3.5Vpp。
 8.同上,S3置於PNP,應為遞降之階梯波,調VR103令每階值為0.5V/DIV。
 9.正負階梯波之零電位調整:Scope置於DC輸入,調時基掃描線於螢光幕中心位置,S3置於NPN或PNP,改變S4之開關狀態,可看出階梯波之零值不在同一條線上。反覆切換S4,調節VR101,令階梯波之零基準為同一軸線,見圖1

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 10.重覆步驟7、8、9。
 11.Scope接於測試座B/G極,S4置於FET,觀察階梯電壓值是否與面板標示值相符。
 12.若出現寄生振盪(不規則之曲線扭曲),可在測試座或外接插座之C、E或B、E極併上一只47pF/250V之陶片電容。上述二法則一即可,據經驗,以併於C、E極為佳。
  以上這些調校方法與步驟,市用於國內你所能接觸到類似之CURVE TRACER,由此可知,並非所有電子儀器都需刻意強調其精確度,在標示規格內充分發揮其應用價值,往往數千元購置的儀器,也能抵用數萬元級的功能。

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  若掃描波形正常,應有階梯波,若無曲線,可能原因係:
 a 階梯波之極性倒反。
 b 開關位置是否正確?Scope是否工作於X─Y操作?所有示波器都能工作於X─Y操作,只是其標示方法不同而已。同步Scope多標示為H-INPUT,亦即水平掃描電壓外接輸入端子,而不是外接同步端子SYNC INPUT。
 c 訊號連接是否確實?調水平光跡長度鈕,是否有一相對應之橫線?將測試座之C、E極短路,是否出現一縱線?
  


  若無問題,本機即可派上用場,先從零件堆中挑幾個代表性的半導體元件,諸如1N60、1N914(4148)、NPN鍺、矽晶體、DIAC、各色LED、Zener Diode、電壓敏感電阻(突波吸收器)、FET、SCR、UJT等零件供測試,切讓我們來看看,這台CURVE TRACER究竟能幫助我們了解導體的哪些特性,而這些曲線所代表的意義又是為何?

曲線判讀

  判讀曲線的第一個步驟便是了解Scope螢光幕上的刻劃單位,為了讓即使是借用本機,或是不常接觸到此機的朋友們,也能在短時間(幾分鐘)內正確的操作它,我們附印了兩份圖表在本機背後,方便你迅速求得 Ic 與β值,省卻掐指頭求小數點的麻煩。

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圖2實際上就是待測晶體的相關電路,它標示出了負載電阻、檢流電阻之值,與X、Y軸信號取出點。圖3是當檢流電阻分別置於SIGNAL/POWER時,Scope Y軸輸入感度所代表的每格電流值,單位為mA/DIV。

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a: X軸電流值:
  置Scope X軸輸入於1V/DIV,POLARITYN→NPN OR PNP,SWEEP Voltage→10V,LEN-GTH→最大,水平光跡應佔滿10格,由光跡之長短,可概略推算電源線之電壓值。掃描電壓設定於20V時,光跡超出螢幕範圍,將LENGTH左旋至恰為2格,此時X軸之刻劃為10V/DIV,增高掃描電壓為30V、50V、100V時,光跡應恰為3格、5格、10格。
b: Y軸電流值:
  適當設定Scope Y軸輸入檔位,讀取Y軸曲線末端之高度乘上「電流換算表」上的檔位電流,即為所測之 Ic。
c: 二極體順向導通觀察:
  觀察其順嚮導通曲線,可看出Diode的材質、升起斜率等,是項很有用的特性資料。Scope X→0.2 OR 0.5V/DIV,Y→0.2 OR 0.5V/DIV,SIGNAL/POWERN→SIGNAL,SWEEP Voltage→10V,POLARITY→NPN或PNP,H. LENGTH→最大,Diode接於E/S、C/D端,用此法可觀察整流、檢波,SW二極體、及各色LED。

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  圖4是 1N60 的順向曲線,約0.2V開始導通,至超過1v仍維持此斜率,其順向電壓VF決定於順向電流 IF,當 IF 約為10mA時,此二極體將產生約1V的順向壓降。由此可知,教科書上說「鍺質二極體0.2V開始導通」是很籠統的說法,雖然這話本身沒有錯,但導通後的情形呢?

  此曲線類似一對數曲線,亦常被利用在OP AMP電路中用作Log AMP.之增益控制。

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  圖5是1N914(4148)之順向特性,斜率較陡,約0.6V開始導通,至0.8V左右,順向電流不再影響順向電壓。整流二極體則非如此,當SIGNAL/Power→Power時,流經待測Diode電流為100mA,此時約0.8V導通,最大順向壓降可達1V,甚至1.2V以上。經由實驗顯示:大電流整流子均比小電流整流子有較低的順向壓降,換句話說,其內阻較低,這是我們在設計與修護時不可不知的常識。
  那麼,同屬於Diode,而材質不同(GaAs)的發光二極體,其順向壓降、耐壓又是多少?不妨讓我們拿個紅色、綠色LED試試。SIGNAL/Power→SIGNAL,由圖6可知紅色LED約1.8V左右開始導通,綠色、黃色普遍大於2V。至於耐壓,則因LED品類繁雜,從十餘伏到三十餘伏皆有,但不高就是了。

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二極體雙向測試

d: POLARITY→Diode時:
  本機可同時描繪出二極體的順、逆向特性曲線,見圖7 LED之Zener曲線,是不是跟書本上所說的一樣?

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  用於觸發TRIAC的DIAC,其外觀類似於許多玻璃封裝的Diode,三用表也無法量出它的好壞,因為他是由PNPN結串聯而成的,在達到觸發電壓前完全截止,一旦觸發後電壓隨即下降而電流增大,亦即存在一個負電阻區,見圖8,這是用CURVE TRACER判別DIAC的最佳方法。

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  電壓敏感電阻,又稱突波吸收器,常併聯於供電回路中,用以保護元件不因短脈衝的高壓電流所擊穿,例如電話機中防雷擊者是。要想知道它的保護電壓動作點,用CURVE TRACER BREAKDOWN TESTER遠比來得確實有效,圖9即為一低壓敏感電阻之特性曲線。

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e: 小信號電晶體
  BESE CURRENT→10μA,SWEEP Volt→10V or 20V,POLARITY→NPN OR PNP,TRANS/FET→TRANS,SIGNAL/POWER→SIGNAL,H. LENGTH→適當調整。

  出現在Scope的曲線群,NPN應為第四象限,PNP為第二象限,Ge晶體有8組曲線,Si質為7組,原因是Si質晶體無法響應第一階之0.5V階梯電壓。

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f: 功率晶體
  BASE CURRENT→0.1mA~2mA,SWEEP VOLTAGE→20V~60V,SIGNAL/POWER→POWER,其餘SW位置同上。

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  本機置於POWER,掃描電壓為60V時,最大 Ic 為500mA,當置功率晶體於大電流、高電壓的情況下,除非被測元件有適當之散熱,否則時間不宜過長。連接到外接測試插座的引線,宜短宜粗。

g: 電晶體的耐壓測試:

 1.安全工作範圍測試:

  BASE CURRENT→10uA(大小晶體皆同)SIGNAL/Power→SIGNAL。

  逐漸增高掃描電壓,至曲線末端折彎,出現崩潰現象,讀出其取低之VCE (未轉折前之一點),即為此晶體之最高安全工作上限。實用上,取此值之½為安全工作VCE值。參考圖12亦可知,較大的 Ic 會有較低的耐壓。

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2. BVCEO(B極 open)、BVCEO(B、E極短路)之C、E極崩潰電壓測試:

  參考上期BREAKDOWN TEST時,串聯→5K~10K/2W電阻於C/D端與待測元件之一端(上期圖中Rx為10K~50K乃5K~10K之誤,採用較高值的限流電阻,雖可保護元件不受損壞,卻無法產生夠高的崩潰電流,亦即出現在Scope曲線上的崩潰點不夠明確。),逐漸增高掃描電壓,至曲線折彎,讀出其BVCE值,若於200V檔未出現崩潰,表示其為高壓晶體。

3. BVCBO(E極開路,C、B及逆向崩潰電壓):

  將晶體之C、B極分別接於C/D、E/S極,其餘方法同上,通常此值約等於BVCEO或較高。

4. BVBEO(C極開路,B、E極逆向崩潰電壓):

  此值遠較上述諸項為低,故無需外串電阻,將SIGNAL/POWER→SIGNAL,晶體之B、E極分別接於E/S、C/D端,其餘方法同上。由於一般晶體BVBEO均不高,且同一批號之值相去不遠,故亦可做Zener Diode使用。以2N3569而言,其BVBEO約在10V左右。
h: 漏電流測試(ICBO、ICEO):

  晶體的漏電流以Ge為最,Ge功率晶體尤甚。當背側晶體的B極不加偏壓時,C、E極應無電流,若有即為漏電流,其值受溫度、電壓之影響。

  Scope DC0.1V/DIV~50mA/DIV BASE CURRENT→EXT., SIGNAL/Power→SIGNAL, SWEEP VOLTAGE 20V→50V。

  A/B SW置於另一端,調X軸線於格線上,以便於觀察DC偏移量。當A/B SW接通被測晶體時,Y軸曲線高度即為漏電流,可對照mA/DIV表求得。

 1. ICEO(B極open,C、E極之電流):晶體之C、E極分別接C/D、E/S極,其餘要領同上。

 2. ICBO(E極open,C、B極間加逆向電壓時的漏電流):晶體之C、B極分別接C/D、E/S極,其餘方法同上。

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i: hFE(直流電流放大率):

β=Ic/IB│VCE,IB係已知,也就是面板標示的階距值x階梯值,以圖10、11為例,試求其β值:圖10, VCE=30V時,I=50uA/STEP,Y軸0.5V/div,SIGNAL/POWER→SIGNAL時,Y軸換算比為5mA/div,圖中各曲線等距,表示其β值相當線性。計算式有二法:一為78期姜君示範算法:例取第4條曲線間隔1.2divx5mA/div=6mA/IR 0.05mA=120。另一法為第4條曲線 Ic=4divx5mA/div=20mA/IB 0.15mA (50uA之第三階)=133。又如圖11,設條件不變,低電流時第2條曲線0.8divx5mA/div=4mA/IB 0.05mA=80,高電流時第8條曲線6.7divx5mA/div=33.5mA Ic,再除以IB 0.35mA(50uA之第7階)=96。   
j: 配對:

  先求知晶體在電路中的大概工作範圍,如VCE、Ic等,取一工作良好的參考晶體插於A/B Test SW之一端,調整至曲線容易觀察,另一端插上待測晶體,扳動A/B Test SW,利用人眼的視覺暫留原理,可挑選出特性相當接近的一批晶體。

k: FET:

 1. N-ch FET

  GATE VOLTAGE 0.1→0.5V/STEP任意DRAIN SWEEP 10V→50V TRANS/FET、POLARITY→N chan SIGNAL(或POWER)

 2. N-ch MOSFET

  TRANS/FET→TRANS(改變階梯波之極性)其餘SW位置同1。

 3. P-ch FET:

  POLARITY→P-chan,其餘SW位置同1。

4. P-ch MOSFET:

  POLARITY→P-chan、TRANS/FET→TRANS(改變階梯波之極性)其餘SW位置同1。

l: SCR

  本機亦可用以檢查SCR之好壞,其測試要領如下:

  GATE VOLTAGE→0.5V/STEP,SWEEP VOLTAGE→10V,POLARITY→NPN,TRANS/FET→TRANS, SIGNAL/POWER→SIGNAL

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結  語

  FET之曲線判讀,請見78期姜瑞堂君半導體曲線描繪器再製作一文。雖然隨著半導體工業技術的進步,使得更高單位容量,更多功能的IC被大量地使用,但在線性電路的領域,單只封裝的半導體仍有其無可替代的地位,如何對其作充分的了解與應用,該是80年代電子人仕必修的一門課題了。

轉載音響技術第85期JAN. 1983 晶體曲線描繪器製作(下)/奈 格

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