UI9600A多功能筛选仪优化

余廷义

摘 要：本文主要针对元件精度的问题，以及元器件老化问题，提出相关解决措施和方案。

关键词：电子镇流器、元件精度、三极管、多功能筛选仪

一、背景

电子镇流器、节能灯生产厂家大多用图示仪对晶体管进行测试，但图示仪读数不直观，没有自动报警功能，操作极其不便，不适合生产线大批量检测使用。特别是漏电流及耐压测试非常麻烦，多数企业只能抽检，无法全检。而且，图示仪无法测试晶体管开关时间，用其控制质量就显得不够全面。针对这种情况，结合电子镇流器的特殊要求， UI9600A晶体管多功能筛选仪成为大家的首选。

然而，由于元件精度的问题，以及元器件老化问题，会出现各档位电测试电流和测试电压仪器之间有微小的差异，从而导致各台UI9600A晶体管多功能筛选仪之间有一定差异，从而导致精确测量，或要求范围较小时筛选的结果就不太令人满意。其主要表现为，各台仪器间有部分档位测试有差异或每个档位都有差异。

二、三极管开关时间理论

三极管工作在开关状态时，其内部电荷的建立与消散都需要一定的时间。因此，如图一（b部分）所示集电极电流 iC的变化总是滞后于输入电压ui的变化，这说明三极管由截止变为饱和或由饱和变为截止都需要一定的时间。

当输入ui由UR正跳到UF时，发射区开始向基区扩散电子，并形成基极电流iB。同时基区积累的电子流向集电区形成集电极电流iC。随着基区积累电子的增多，iC不断增大，直到最大值IC（sat），三极管进入饱和状态。这时，如iB继续增大时，基区内存储电荷更多，三极管饱和加深。通常把从ui正跳变开始到iC上升到0.9IC（sat）所需的时间称为开通时间，用ton表示。

当输入ui由UR正跳到UF时，基区中存储的大量电荷开始消散，在存储电荷消散前，iC=IC（sat）不变。随着存储电荷的消散，三极管的饱和深度变浅。存储电荷消失后，三极管进入放大区并转向截止。通常把从ui负跳变开始到iC下降到0.1IC（sat）所需的时间称为关断时间，用toff表示。

圖一 三极管开关理想特性与实际特性

晶体管的开关波形中，开启过程又分为延迟和上升两个过程，关断过程又分为存储和下降两个过程，则晶体管总的开关时间共有4个：延迟时间td，上升时间tr，存储时间ts和下降时间tf；ton=td+tr，toff=ts+tf.存储时间ts就是晶体管从过饱和状态（集电结正偏的状态）退出到临界饱和状态（集电结0偏的状态）所需要的时间，也就是基区和集电区中的过量存储电荷消失的时间；。而这些过量少子存储电荷的消失主要是依靠复合作用来完成，所以从器件设计来说，减短存储时间的主要措施有如：在集电区掺Au等来减短集电区的少子寿命（以减少集电区的过量存储电荷和加速过量存储电荷的消失；但是基区少子寿命不能减得太短，否则会影响到电流放大系数），尽可能减小外延层厚度（以减少集电区的过量存储电荷）。而从晶体管使用来说，减短存储时间的主要措施有如：基极输入电流脉冲的幅度不要过大（以避免晶体管饱和太深，使得过量存储电荷减少），增大基极抽取电流（以加快过量存储电荷的消失速度）。

三、I9600多功能筛选仪功能及原理说明

1. 测量参数有 放大倍数β

开关时间（上升时间、存储时间、下降时间） 饱和压降VCES及正向压降VBE漏电流ICEO及耐压BVCEO

2.对测试的开关时间、β进行分档，可显示批号；对V CES、V BE、I CEO、BV CEO进行超限判断，不合格的发出声光报警，并用指示灯指明哪一项不合格。 3. 测试条件可按要求自由调节或设定。

② 测试Ib注入电流分三档：0.1mA、1mA、10mA；

②开关时间测试Ic电流有四档0.5A、0.25A、0.1A、0.05A；对应Ib电流为0.1A、0.05A、0.02A、0.01A； ③VBE、VCES的测量条件同开关时间测试条件； ④漏电流ICEO测试电压50～650V连续可调；

β测试Ib注入电流分三档：0.1mA、1mA、10mA；

TS测试的基本原理如图二所示，当输入电压vi由-V1 跳变到+V2时，三极管从截止到开始导通所需要的时间称为延迟时间td。 经过延迟时间td后，iC不断增大。iC上升到最大值的90%所需要的时间称为上升时间tr 。当输入电压vi由+V2跳变到-V1时，集电极电流从ICS到下降至0.9ICS所需要的时间称为存储时间ts。集电极电流由0.9ICS降至0.1ICS所需的时间称为下降时间tf。重点说一下ts的计算，由于测试ts时，都是测试管饱和导通，所以当集电极电流为ICS时，VCE为0.3 左右；当集电极电流为0.9ICS时，VCE=VCC-0.9ICS *RC= VCC -0.9（VCC -VCE（sat））=0.1 VCC +0.9 VCE（sat）。

所以测试时，在基极加一个足以使三极管饱和导通的方波，再监测VC处电压变化并记录集电极电流为0.9 ICS及0.1ICS的时的时间。I9600A多功能筛选仪测量TS的部分电路图三。电路中有四档测试条件， J1、J2、J3、J4分别和J5、J6、J7、J8同步开关，正常情况下四组开关中始终有一组处于闭合状态，相当于有4组不同的Rb和RC值。图中的三极管BJT即为待测三极管，R9连接待测三极管的基极，并通过电压跟随器U4监控基极电压。当电压小于低电压时，仪器就开始进行测试程序，进行测试相关参数。本文只介绍TS的测试，其它参数就不进行说明。在进行开关时间测试时，是通过两个电压比较器U2和U3确定“ICS到下降至0.9ICS”和“ICS到下降至0.1ICS”这两个时间点。

按照开关时间的定义，重点说一下ts的计算，由于测试ts时，都是测试管饱和导通，所以当集电极电流为ICS时，VCE为0.3 左右；当集电极电流为0.9ICS时，VCE=VCC-0.9ICS *RC= VCC -0.9（VCC -VCE（sat））=0.1 VCC +0.9 VCE（sat）。在UI9600A多功能筛选仪中，测试电源电压为5伏，所以集电极电流从ICS到下降至0.9ICS时，VCE的电压为0.5+0.28=0.78伏。在电路图中，R14的分压值就选取为0.78左右，也就是U2的比较器的负端比较值。同理R15就是集电极电流从ICS到下降至0.1ICS时，VCE的值。

四、I9600多功能筛选仪优化方案

首先从推导的公式看，TS涉及到VCC和VCE（sat）两个，所以TS测量准确跟测试电压的稳定有关系，和三极管的饱和程度也有关系。具体到电路中，前者一定要保证测量电压VCC准确和稳定，后者要保证基极和集电极电流稳定，也就是要保证电路中的各档位电阻值的稳定，不要产生电感性、电容性阻抗，减少阻值温度变化。其次从电路上看，U2和U3的精度以及其负端的比较电压的稳定都会影响开关时间的测量（对TS来说就是U2）。最后还有系统的晶振是否稳定，因为系统测量三极管开关时间肯定用到了系统时钟。

仪器使用久后会出现测试不稳定，不准确都可已从以上三个方面去查找问题。在产线上使用I9600A多功能筛选仪时，希望多台测试的结果尽量一致，我们也可以从上面的角度去思考。至少有两种方式去解决这个问题，一是改变饱和度，即调整测试电压与电流大小；二是改变测量电路中的比较电压值。第一种方法只需要把Rb和RC变为可调即可。我将介绍第二种方法。

由于仪器的每个元件的实际性能不完全一样，也就造成每个仪器测试时会产生差异。仪器出厂时都会对仪器进行测试，并把校对到一个可以接受的范围，这就需要综合考虑各个档位的情况。而我们使用时是希望每个档位各个仪器尽可能一样。前面分析TS测量准确的因素，所以按照图四所示，与J5、J6、J7、J8一样，J9、J10、J11、J12分别和J1、J2、J3、J4是同步开关，这样就可以改变各个档位的比较值，而不是所有档位都使用一个电压比较值。因此，各台仪器间便可以各个档位按样管值进校对，以达到各个档位测试值的统一（但由于测试电压和电流的的差异，也不太可能每只样管都能达到一样的值，只能是尽可能多的一致）。但是，需要注意电位器的选择，尽可能选取较大阻值，不可影响5V电压的稳定。

五、结束语

经过改装在线多台测试仪，从测试效果来看，仪器间各档差异显著变小，调节后一段时间内也能保持较为一致的测试结果。