Внешний вид и органы управления характериографа

Внешний вид характериографа CA4810A (Madell Technology Corporation) представлен на рис. 1.5. Он состоит из двух основных частей –

Рис. 1.5

лицевой и коммутационной (TEST SET) панелей.

Лицевая панель разбита на пять полей – экранное (элементы 1 – 6), COLLECTOR SUPPLY (элементы управления питанием цепи коллектора 7 – 14), VERTICAL (элементы управления и калибровки вертикального отклонения луча на эране 32 – 35), HORIZ[ONTAL] (элементы управления и калибровки горизонтального отклонения луча на эране 29 – 32) и STEP GENERATOR (органы управления генератором ступенчатых сигналов 21 – 28). К коммутационной панели относятся элементы, обозначенные позициями с 15 по 20.

Экранное поле состоит из экрана электронно-лучевой трубки 1 – индикатора, регуляторов фокусировки луча (FOCUS) 2, горизонтального выравнивания развёртки луча (TRACE ROTATION) 3 и яркости (INTEN) 4. На экране имеется координатная сетка для отсчёта значений токов и напряжений размером 10 х 10 делений, каждое из которых разбито на 5 малых делений – по 0,2 большого деления каждое. На этом поле также располагаются индикатор питания характериографа (POWER) 5 и кнопка включения питания 6. Здесь символ  (OFF) означает выключенное состояние прибора,  (ON) – включённое.

Название поля COLLECTOR SUPPLY (элементы управления питанием цепи коллектора) достаточно условно, так как выходное напряжение, которое регулируют органы управления, находящиеся на этом поле, может быть приложено не только к коллекторному выводу биполярного транзистора, но и к другим выводам самых разных приборов – диодов, тиристоров, полевых транзисторов и т. д., включая вакуумные приборы. Выходное напряжение источника, регулируемого данными органами управления, может быть как знакопеременным (синусоидальным) – положение  (AC – переменный ток) переключателя 7, так и однополярным – положение  (DC – постоянный ток; в данном приборе – однополярные синусоидальные импульсы) переключателя 7. Переключатель 9 (INV – инверсия) позволяет изменять полярность выходного напряжения – положительная в отжатом положении (+), отрицательная в нажатом положении (-). При этом изменяется полярность синусоидальных импульсов, а переменное напряжение меняет фазу на 180°.

Четыре кнопки 8 (MAX PEAK VOLTS – максимальное напряжение) определяют пределы регулировки пикового (амплитудного) значения выходного переменного (импульсного) напряжения. Им соответствуют пределы 5 В (максимально допустимый выходной ток – 10 А), 20 В (2,5 А), 100 В (0,5 А) и 500 В (0,1 А).

С помощью регулятора 10 (VARIABLE COLLECTOR – плавная регулировка коллекторного напряжения) устанавливается конкретное значение выходного напряжения, прикладываемого к объекту исследования. Регулятор отградуирован в процентах от максимального выходного напряжения. То есть, если выбран предел выходного напряжения 20 В (кнопки 8), а регулятор 10 установлен в положение 80, то амплитудное значение выходного напряжения составляет 16 В.

Переключатель 11 (SERIES RESISTORS – последовательные сопротивления) позволяет изменять величину резистора, включённого последовательно с объектом исследования на выходе характериографа с целью ограничения максимального выходного тока. Чем больше данное сопротивление, тем меньший ток будет протекать во внешней цепи, например в случае короткого замыкания в ней. Следует учитывать тот факт, что чем меньше ограничительное сопротивление отличается от внутреннего сопротивления объекта исследования, тем большие искажения вносятся в исследуемые характеристики объекта, так как в этом случае выходной ток характериографа определяется не только свойствами объекта, но и ограничительным резистором.

На поле COLLECTOR SUPPLY также находятся колодка предохранителя (FUSE) 12 и регуляторы LOOPING 13 и COMPENSATION 14, использующиеся для компенсации ёмкостных токов, порождаемых ёмкостями измерительной цепи и объекта исследования. Эти токи являются источником погрешности при измерении ВАХ, которые определяются только токами проводимости. При измерениях на малых токах (при больших сопротивлениях объекта исследования) эта погрешность может стать существенной.

Отрегулированное органами управления на поле COLLECTOR SUPPLY напряжение подаётся на соответствующий вывод объекта исследования через гнездо С на коммутационной панели TEST SET. Она позволяет подключать к характериографу одновременно два однотипных объекта, например, для сравнения их характеристик. Поэтому на ней находятся два одинаковых набора присоединительных гнёзд. Элементы 15 и 20 это две пары гнёзд, которые используются при измерении обратных ветвей ВАХ p – n-переходов (IR). Два одинаковых набора гнёзд 16 и 18 – основные присоединительные гнёзда. Они обозначены как C – гнёзда для присоединения коллекторных выводов транзисторов, B – для присоединения выводов базы, E –для подключения эмиттерных выводов. Как уже отмечалось, они могут использоваться и для подключения различных выводов других приборов.

Два набора присоединительных гнёзд равноценны и могут использоваться как одновременно, так и независимо друг от друга. Режимы их использования определяются переключателями на коммутационной панели. Группа переключателей 17 позволяет выбрать для измерений левый (LEFT) набор присоединительных гнёзд, правый (RIGHT) или оба (DUAL) для сравнительных измерений. При нажатой кнопке OPEN реализуется разрыв цепи гнезда B, что позволяет измерять обратный ток коллектора биполярного транзистора (ток базы, подключённой к гнезду B, равен нулю). При нажатой кнопке SHORT (короткое замыкание) гнездо B соединяется с общей точкой схемы – «землёй». Данный режим предназначен для измерения начального тока стока полевого транзистора (потенциал затвора полевого транзистора, подключённого к гнезду B, равен нулю). Переключатель 18 предназначен для выбора режимов измерения биполярный транзистор (TRANS) – полевой транзистор (FET).

Поле STEP GENERATOR на лицевой панели характериографа предназначено для управления выходным сигналом генератора ступенчатого напряжения или тока. Количество ступеней (см. рис. 1.4, зависимость ) определяет число кривых в семействе характеристик и изменяется с помощью регулятора 28 NUMBER OF STEPS от 4 до 10.

Переключатели SERIES RESISTORS (последовательные сопротивления) 21 изменяют значение сопротивления, включённого последовательно с гнездом B на коммутационной панели для ограничения выходного тока генератора  ступенчатого  сигнала.  Значения  сопротивлений  составляют  1, 10 и 100 кОм.

Кнопки 22 и 23 позволяют реализовать однократный и повторяющийся режимы измерений характеристик. Кнопка 23 REP[EAT] (повтор) – SGL (SINGLE – однократное измерение) в отжатом положении  обеспечивает режим повторяющихся измерений, при котором характеристики объекта исследования постоянно отображаются на экране. В нажатом положении  прибор переходит в режим однократного измерения, запускаемый нажатием кнопки PUSH 22, над которой располагается светодиодный индикатор однократного режима измерения 24 (  SGL). При этом изображение кратковременно появляется на экране. Такой режим – режим однократной кратковременной подачи напряжений (токов) на объект исследования – может быть полезен для исследования мощных приборов, которые при измерениях в непрерывном режиме рассеивают значительную мощность и, нагреваясь, могут выйти из строя. Переключатель полярности выходных импульсов генератора 25 в положении  обеспечивает положительную полярность выходного напряжения (тока) генератора ступенчатого сигнала. В положении  полярность меняется на отрицательную.

Многопредельный переключатель 26 STEP/OFFSET AMPL определяет амплитуды ступеней выходного напряжения (тока), а также тип выхода генератора. Когда выбран один из пределов сектора V, генератор ступенчатого сигнала является генератором напряжения с возможными значениями амплитуд каждой из ступеней 0,05…2 В. Для секторов µA или mA выход генератора ступенчатого сигнала превращается в генератор тока с фиксированными токами ступеней. Эти токи лежат в диапазоне от 1 мкА до 100 мА.

Регулятор 27 OFFSET (смещение) позволяет сдвигать одновременно все ступени ступенчатого сигнала в случае, когда напряжение (ток) ни одной из ступеней не принимает требуемого значения из-за дискретности установки с помощью переключателя 26.

На поле HORIZ[ONTAL] лицевой панели располагаются элементы управления и калибровки горизонтального отклонения луча на экране. К ним относятся регулятор POSITION (положение луча) 29 для горизонтального перемещения луча по экрану и регулятор 31 TRACE SEPARATION (разделение кривых), использующийся при одновременном наблюдении на экране ВАХ двух однотипных объектов исследования в режиме сравнения.

Многопозиционный переключатель VOLTS/DIV (вольт на деление) 30 определяет масштаб изображения по горизонтальной оси – цену больших делений  координатной  сетки  на  экране. Она может лежать в диапазоне 0,05…500 В на деление. Цены деления, находящиеся в секторе VR, относятся к режиму измерения обратных ветвей ВАХ диодов с большими допустимыми обратными напряжениями. Для них используется дополнительная высоковольтная (до 5 кВ) сменная коммутационная панель. В рамках данного лабораторного практикума эти пределы переключателя не используются.

Значения цен делений, относящиеся к сектору VCE, используются для определения напряжения, приложенного к выходному (например – к коллекторному для биполярного транзистора) выводу объекта исследования, ВАХ которого отображается на экране. При установке переключателя на один из пределов из сектора VBE по горизонтальной оси отображается напряжение, поданное на вывод, подключённый к гнезду B (на базу биполярного транзистора). То есть в первом случае на экране наблюдаются зависимости выходного тока от выходного напряжения (потенциала гнезда C), во втором – зависимости выходного тока от входного напряжения (тока) – передаточные характеристики (характеристики управления). Следует отметить, что зависимостями выходного тока от входного напряжения характеризуются полевые транзисторы или электронные лампы (приборы с потенциальным управлением). Зависимостями выходного тока от входного тока могут характеризоваться усилительные свойства (коэффициент передачи по току) биполярного транзистора. Для получения передаточных характеристик полевых транзисторов необходимо установить переключатель 30 на один из пределов, относящихся к сектору VBE, а переключатель 26 – на один из пределов сектора V. Для получения зависимостей выходного тока от входного следует установить переключатель 30 на один из пределов, относящихся к сектору VBE, а переключатель 26 – на один из пределов секторов µA или mA.

На поле VERTICAL лицевой панели располагаются элементы управления и калибровки вертикального отклонения луча на экране. К ним относятся регулятор POSITION (положение луча) 33 для вертикального перемещения луча по экрану и переключатель MAG[NIFY] (увеличить) 35, позволяющий уменьшить цену вертикального деления в два раза, растянув кривые на экране по вертикали для лучшей детализации.

Многопозиционный переключатель CURRENT/DIV (ток на деление) 34 определяет масштаб изображения по вертикальной оси – цену больших делений координатной сетки на экране. Она может лежать в диапазоне от 0,02 µA до 1 А на деление. Цены деления, находящиеся в секторе IR, относятся только к режиму измерения обратных ветвей ВАХ диодов (гнёзда IR коммутационного блока). Диапазон значений составляет 0,2…10 µA. Сектора mA и A используются при измерении выходных токов объектов исследования, например – коллекторных токов биполярных транзисторов IC.