三極管RBSOA測試儀的設計與實現

摘要：主要介紹了三極管反向偏壓安全工作區(qū)(RBSOA)測試儀的硬件結構和相應的軟件實現。該測試儀主要基于三極管的RBSOA及三極管的開關原理，并結合實際測試生產環(huán)境，設計了大功率電源供電電路、電流驅動電路、電壓箝位電路、電流電壓檢測電路、單片機控制電路以及PC機的用戶界面這6大模塊。該測試系統(tǒng)采用了電感誘導控制電流和箝位電路限壓，成功實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；使用多點采樣法，實現了可靠的電流電壓檢測。經過長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。
關鍵詞：三極管；反向偏壓安全工作區(qū)；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(qū)(Reverse-Bias Safe Operating Area，RBSOA)檢測技術是一種新型的、具有專門性、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。目前專門用于檢測三極管在反向偏壓安全工作區(qū)性能狀況的儀器相對較少，而在國內還沒有這樣專門的儀器。相關的檢測儀器，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。雖然國外也出現過相關的檢測儀器，如韓國的EAS2100檢測儀，專門用來檢測場效應管(MOSFET)在雪崩能量下的性能狀況，操作簡單，性能可靠，但是只是僅限于MOSFET檢測檢測領域，沒有對三極管的檢測功能?？v觀現有的相關檢測儀器，不是技術檢測不成熟，就是針對性不強，發(fā)展專門針對三極管的反向偏壓安全工作區(qū)檢測技術，勢在必行。
本文基于三極管的反向偏壓安全工作區(qū)原理，設計研發(fā)了一款由電感誘導的三極管RBSOA測試儀。通過反向偏壓安全工作區(qū)判斷三極管的好壞，是一種全新的檢測方法。

l 三極管RBSOA測試技術概述
1．1 RBSOA
由于負載誘導，在關斷三極管的時候，負載端的高電壓與大電流將同時持續(xù)存在，持續(xù)時間主要取決于發(fā)射結的反向偏壓的大小。所以在關斷時集電極的電流電壓必須控制在三極管的可承受范圍以內，這即是晶體管的反向偏壓安全工作區(qū)，它表現為反偏關斷晶體管時的電流電壓值，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(qū)域。一般說來，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。

在實際應用中，功率晶體管及其他半導體器件在應用中常常會受到一種被稱為“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造成電路故障，而內部電流集中將會引起局部發(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。

開關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(qū)，Ic=βIb，Ic上升，但由于線性電感Lc的作用，Ic隨時間線性上升，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(qū)的超量電荷，迫使DUT馬上關斷，加速Ic的下降。根據ε=L×dI／dt，Ic的快速下降將使電感兩端產生一個很高的感生電動勢，DUT的集電極上的電位也隨之升高。當Vce大于Vclamp時，Vce就會被箝位電路箝住，使Vce保持跟Vclamp相等。通過檢測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(qū)內正常工作而不被擊穿)，就可以斷定被測管是否好管。