三極管RBSOA測試儀的設計與實(shí)現

摘要：主要介紹了三極管反向偏壓安全工作區(RBSOA)測試儀的硬件結構和相應的軟件實(shí)現。該測試儀主要基于三極管的RBSOA及三極管的開(kāi)關(guān)原理，并結合實(shí)際測試生產(chǎn)環(huán)境，設計了大功率電源供電電路、電流驅動(dòng)電路、電壓箝位電路、電流電壓檢測電路、單片機控制電路以及PC機的用戶(hù)界面這6大模塊。該測試系統采用了電感誘導控制電流和箝位電路限壓，成功實(shí)現了對三級管集電極電流Ic和集電極-發(fā)射極電壓Vcc的控制；使用多點(diǎn)采樣法，實(shí)現了可靠的電流電壓檢測。經(jīng)過(guò)長(cháng)期對不同型號和同一型號不同狀況的三極管測試，成功驗證了測試儀的性能和可靠性。
關(guān)鍵詞：三極管；反向偏壓安全工作區；電感誘導；鉗位電路

0 引言
箝位本文介紹的三極管反向偏壓安全工作區(Reverse-Bias Safe Operating Area，RBSOA)檢測技術(shù)是一種新型的、具有專(zhuān)門(mén)性、高可靠性的檢測手段，廣泛應用于三極管性能的檢測，并得到業(yè)界的認可。目前專(zhuān)門(mén)用于檢測三極管在反向偏壓安全工作區性能狀況的儀器相對較少，而在國內還沒(méi)有這樣專(zhuān)門(mén)的儀器。相關(guān)的檢測儀器，如國內的一款BJ2923晶體管測試儀，只能檢測三極管的參數，如反向電壓Vceo，Vc bo等，卻無(wú)法檢測該三極管在極限參數工作下，性能是否有下降或損壞。雖然國外也出現過(guò)相關(guān)的檢測儀器，如韓國的EAS2100檢測儀，專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢測場(chǎng)效應管(MOSFET)在雪崩能量下的性能狀況，操作簡(jiǎn)單，性能可靠，但是只是僅限于MOSFET檢測檢測領(lǐng)域，沒(méi)有對三極管的檢測功能?？v觀(guān)現有的相關(guān)檢測儀器，不是技術(shù)檢測不成熟，就是針對性不強，發(fā)展專(zhuān)門(mén)針對三極管的反向偏壓安全工作區檢測技術(shù)，勢在必行。
本文基于三極管的反向偏壓安全工作區原理，設計研發(fā)了一款由電感誘導的三極管RBSOA測試儀。通過(guò)反向偏壓安全工作區判斷三極管的好壞，是一種全新的檢測方法。

l 三極管RBSOA測試技術(shù)概述
1．1 RBSOA
由于負載誘導，在關(guān)斷三極管的時(shí)候，負載端的高電壓與大電流將同時(shí)持續存在，持續時(shí)間主要取決于發(fā)射結的反向偏壓的大小。所以在關(guān)斷時(shí)集電極的電流電壓必須控制在三極管的可承受范圍以?xún)?，這即是晶體管的反向偏壓安全工作區，它表現為反偏關(guān)斷晶體管時(shí)的電流電壓值，如圖1所示。所以，RBSOA即晶體管在反向偏壓下能夠安全工作的區域。一般說(shuō)來(lái)，晶體管的反向偏壓工作范圍是由其最大額定值(電壓、電流、溫度功率最大值)決定的。

在實(shí)際應用中，功率晶體管及其他半導體器件在應用中常常會(huì )受到一種被稱(chēng)為“二次擊穿”現象的損壞，它表現為器件電壓自發(fā)地而且往往是突然的下降，以及突然發(fā)生內部電流集中。電壓降低和伴隨的電流增大會(huì )造成電路故障，而內部電流集中將會(huì )引起局部發(fā)熱，因而導致器件退化甚至完全失效。當晶體管工作于RBSOA內，則可以很好地避免“二次擊穿”的發(fā)生。
1．2 三極管RBSOA測試原理
三極管RBSOA測試的原理如圖2所示。

開(kāi)關(guān)S先打到Ib1端，給測試管DUT提供正向基極Ib脈沖，使被測管導通。由于測試管工作于放大區，Ic=βIb，Ic上升，但由于線(xiàn)性電感Lc的作用，Ic隨時(shí)間線(xiàn)性上升，直到Ic達到預設定的值。然后將S打到Ib2端，反向抽取DUT基區的超量電荷，迫使DUT馬上關(guān)斷，加速I(mǎi)c的下降。根據ε=L×dI／dt，Ic的快速下降將使電感兩端產(chǎn)生一個(gè)很高的感生電動(dòng)勢，DUT的集電極上的電位也隨之升高。當Vce大于Vclamp時(shí)，Vce就會(huì )被箝位電路箝住，使Vce保持跟Vclamp相等。通過(guò)檢測Ic和Vclamp是否能達到預設的值(即三極管是否能在反向偏壓安全工作區內正常工作而不被擊穿)，就可以斷定被測管是否好管。