此電晶體曲線掃描器(The Transistor Curve Tracer)的設計,主要是當作雙縣市波器的一項附屬設備。利用示波器顯示NPN及PNP電晶體的Ic對Vce之關係(為Ib的函數),同時也可以用來量普通二極體及稽納二極體的特性曲線。漏電流Iceo及逆偏壓電流Iceo與Vceo的函數關係也可一併測出,同時看到整個曲線的特性。本機試製組成後,誤差測得在3%以內──這個誤差甚至比較小的一些雙線示波器本身的誤差還小──所花的費用只及市場上成品的五分之一。
工作原理
參閱圖一,在待測電晶體的集極上,藉著電流感測電阻Rc的轉換,有一鰭形(ramp,鋸齒波的一側成垂直狀態的波形,強譯為鰭形,不曉得能不能使人聯想到鯊魚背鰭的形狀,ramp本意和魚一點關係都沒有──譯註)電壓。跨於此電晶體上的這個電壓(Vce),送到示波器的X軸。由電流源供應一梯級電流(stepped current)到電晶體的基極上,跨於電晶體兩端的電壓,便隨著電流值呈一級級的鰭狀。電晶體實際導通的電流(Ic),是透過Rc檢測,轉換或跨在Rc上的電壓,送到示波器的Y軸。因此,隨著不同的基極電流,顯示出不同的Ic與Vce關係。測Iceo的原理也是類似,只是Rc值不同,基極改成空接。二極體曲線的測法也相似,不同的地方只是所加的信號包括正負兩種,以使Ir或稽納二極體的曲線可以同時測量。
全機的電路簡介
圖二所示,即全機的方塊圖。這個方塊圖把全機的各個部份都繪出了,並且標出了這部份的主要零件。下面將依照此方塊圖及電路圖(圖三),分別介紹各個部份。
IC9及IC10分別是約1KHz的時基產生器及鰭波產生器。採用CMOS 555以減低切換瞬變現象(Switching transients)──多少會跑到示波器上。這兩枚IC有專用的12V電源供應,主要是為了防止瞬變現象影響示波器上的光跡。IC7a及TR7是鰭波的緩衝放大及鰭波的功率放大。VR1務必要調到鰭波最大,且在不影響鰭波波形下,使每一波之間的間隔最小。VR2則調整到,使TR7的射極峯值電壓為12.5V。這個正鰭波分成三路:一條經由繼電器RL2接點,供NPN形電晶體使用;一條送到IC7b,在這裡波形被倒轉,然後再送到IC8a及TR8(此二者構成倒轉鰭波的功率放大),經由繼電器RL2接點,驅動PNP型電晶體。VR3必須調到在TR8射極上的負峯值電壓為-12.5V。第三條路送到電平移位放大器(Level shifter/amplifier),所產生的波形是用來測二極體的。VR4則須調整25V底至峯值鰭波的中央在0V左右。
IC10第三腳的輸出,經TR5倒相,此正脈衝送到除八計數器IC3,當作鐘準信號(Clock)。IC3的第四腳輸出,係用來重置(Reset)計數器的,所以只能計算到五。這五個解碼輸出,是用來控制IC1及IC2的傳輸閘(Transmission gate),使每個閘依序關閉,此過程周而復始地進行。R1至R11及S5構成一個精密的分壓器,當S5置於如圖三所示的位置時,將7.5V置11.5V分成五個1V等差的電壓(當S5撥到另外一個位置時,則將2.5V置6.5V分成五個1V等差的電壓),然後分別送到各個傳輸閘的輸入。這幾個閘的輸出是加在一起的,由於順序關閉各閘(由IC3控制),所以輸出是個精密的梯波,由7.5V至11.5V(或者由2.5V至6.5V,視S5而決定),各級相距1V。S5是個基極電流(Base current,後面簡稱基流)範圍選擇開關,在圖三所示的位置時,所選擇的是10uA至50uA範圍(每級相差10uA);S5撥到另一位置時,所選擇的基流是60uA至100uA(每級仍相差10uA)。
這個梯波以IC4a為緩衝級,以避免分壓器的加載,然後送到IC4b及IC5a。IC4b將梯波倒轉,再送到IC5b。IC5a、IC5b及其餘周圍零件,分別組成精密可規劃定電流及精密可規劃定電流淵(Pro-grammable constant current sink)。輸出電流是輸入電壓和R19(或R20)及R21(或R22)之值而定。S2是分別用來選擇電流源及電流淵的兩個電阻之一,而選擇倍增器的基流。S2在圖三所示的位置時,基流的範圍即前面提過的範圍;當S2改撥到另外一個位置時,整個範圍增加十倍,亦即由100uA至500uA及600uA至1mA(由S5選擇)。所產生的梯級定電流,經繼電器RLA1選擇(測NPN型電晶體時,接到電流源;測PNP型電晶體時,接到電流淵),到S3a,再送到待測電晶體的基極。
電源供應部分看起來比想像中複雜得多,如前面所過的,其實很簡單。如圖四所示,三個三腳電壓IC負責穩壓,再加上一個723電壓IC,藉著VR5精確地調到12.5V,以供電流源、電流淵及其附屬零件所需之電流。
裝 機
雖然可以用其他的方式組裝,不過最好還是依圖五、圖七所示的電路板來裝配,以利於偵錯。
除了S7因為長度不一樣以外,所有其他的開關都裝在一塊電路板上。
首先把每個開關的接腳(S7除外),都焊上一截三公分長「吃」了錫的銅線。做完之後,接著如圖十一所示,在機殼的前面板上鑽孔。暫時先把開關鎖在前面板上,再把開關接腳的接線插到前面板電路板相對應的孔處。把電路板儘可能地靠近開關,記得留點空間給S7及香蕉座。這一片電路板安置妥之後,把接到上面的接線都焊住,那麼這一部分就算完成了;剩下的LED D3及香蕉座和電晶體座,留到後面再裝。
接著可以組裝電源部分,裝妥之後接著檢查是否正常。在接上電源之前,先把所有的電容檢查一遍,方向有沒有誤裝。如果一切無誤,調整VR5,使IC16的第三腳有12.5V輸出,切掉電源,繼續裝至電路板部分。先焊裝電阻電容等被動零件、繼電器座及朓線,接著焊裝電晶體,最後才裝IC(最好使用IC座)。裝CMOS IC時小心一點,CMOS是很「脆弱」的東西。最後才把繼電器插上,然後小心地檢查整個電路板,看看有沒有因焊錫的濺出而短路的地方;檢查IC、電晶體、二極體及C15的方向,有沒有搞錯了的地方。
接著用導線(最好是彩線,較易於檢查)把主電路板和前面板電路板之間接起來,預備接到電源供應部分的接線也焊妥。主電路板到前面板電路板間的接線不妨留長一點,以免需要移動主電路板時,礙手礙腳。
供電及檢查
全部裝妥之後,電路板及接線也都已仔細地檢查過,接著就可以接上電源,做各部分功能的檢查。這時候必須準備一架示波器及一個電表。先把所有要調整的可變電阻都放在中間的位置,開關S1放在NPN的位置,S2放在Ibx1的位置,S3置於Ic的位置,S4放在100mA處,S5則放到10-50uA處。把電源打開,然後檢查IC18及IC19的輸出。這兩個店員應分別等於+15V及-15V。再調整VR5,使IC6第三腳的電壓正好是+12.5V。檢查IC17的輸出,應該是+12V。把示波器街道IC10的第七腳,使鰭波波峯最大,波與波間的間隔置最小,不要出現一段平坦部分──VR1旋到最大時,就有這種現象出現。接下來調整VR2,使TR7射極之鰭波的底到峯值為+12V。同樣地,調整VR3,使TR8射極上的負鰭波為-12V。調整VR4,使IC8b第六腳上的鰭波底到峯值約25V,波中心約再0V的地方。檢查IC1的第三腳上,應該有一梯波。最後倘若S6壓下時,繼電器應跳接起來。
本機的使用
將本機接到示波器上,是波器置於X-Y顯示。利用導線或IC座,接妥待測的零件。把功能選擇開關(mode)調好。測電晶體時,先決定何種類型的待測電晶體,再選擇基流範圍、最大允許集極電流。記得Ic=hfexIb,所以S2及S4開關的設定,就依電晶體的種類而定。倘若待測電晶體的資料完全不曉得時,Ib就從最小開始,S4放在100mA處。調整示波器的X及Y輸入,使示波器的光跡最合適。
參考圖十一,把前面板標上文字。注意照片上原機香蕉座部分的文字標示有誤,從上到下應是CBE才對(圖十一即正確之順序)。在前面板標上S7、LED D3、及香蕉座。用環氧機樹脂(epoxy glue)把電晶體座粘在前面板上,再把開關固定在前面板上,鎖緊螺帽;利用隔離柱把主電路板固定在機箱內。用事先上過錫的導線焊到電晶體座及LED上,再接到電路板上。把變壓器、電源供應部分電路板固定住,把所有該接的線都接好。一旦全部裝好之後,小心地再檢查是否有接線錯誤,然後便可檢查本機的功能。
測試電晶體的hfe時(功能選擇開關放在Ic位置)應會出現五條曲線。依開關S2及S5的選擇位置,曲線與所選用之Ib值相對應。
表一是可能的組合情況。記得R43及R44之值是由S4來選擇,所以,要計算一組基流任何Vce值下的電晶體增益,只需把讀出的Y電壓值除上所選擇的電阻值,再除以Ib,就是該電晶體的增益了。二極體電流及電晶體的漏電流,亦同樣地由讀出的Y電壓值除上所選擇的電阻值(測二極體時,為500Ω;測漏電流Iceo時,為1KΩ),而求得。
碰上麻煩時
倘若使用時,發覺本機不太穩定,就必須改改主電路板上的部分電路,把R30~R32由+12.5V改接到+12V上,把IC10的第八腳跨接到R31的頂端,將R30頂端焊IC3第十六腳間的銅箔切斷,亦即讓IC3的電源獨立。
同時,在圖七、圖八上有點小錯誤:即R40、R52的底部須相連。另外,在圖三上,S2a所接的地方也不對,應接在R19上。
轉載音響技術第73期 JAN. 1982 半導體曲線描繪器製作/趙健雄 譯(取材自Practical Electronics 6月號,1981年;原作者為D. Mandelzweig)
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