实验二 电力晶体管(GTR)特性研究
一．实验目的
1．熟悉(GTR)的开关特性与二极管的反向恢复特性及其测试方法。 2．掌握GTR缓冲电路的工作原理与参数设计要求。
二．实验内容
1．不同负载时的GTR开关特性测试。 2．不同基极电流时的开关特性测试。 3．有与没有基极反压时的开关过程比较。 4．并联冲电路性能测试。 5．串联冲电路性能测试。 6．二极管的反向恢复特性测试。
三．实验线路
见图2—1。
四．实验设备和仪器
1．NMCL-07电力电子实验箱中的GTR与PWM波形发生器部分 2．双踪示波器（自备） 3．万用表（自备） 4．教学实验台主控制屏
五．实验方法
1．不同负载时GTR开关特性测试 （1）电阻负载时的开关特性测试
GTR单元的开关S1合向“ ”， 将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的 “3”与“5”，“9”与“7”，“15”、“16”与“19”，“29”与“21”，以及GTR单元的“8”、“11”、“18”与主回路的“4”， GTR单元的“22”与主回路的“1”，即按照以下表格的说明连线。 GTR ：1 GTR：6 GTR：3 GTR：9 GTR：8 GTR：15 GTR：29 PWM：1 PWM：2 GTR：5 GTR：7 GTR：11 GTR：16 GTR：21 GTR：18 GTR：19 主回路：4 记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。
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GTR：22 主回路：1 用示波器观察，基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，
ton= us，ts= us，tf= us
（2）电阻、电感性负载时的开关特性测试
除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”与“22”断开而将“2”与“22”相连)，其余接线与测试方法同上。
ton= us，ts= us，tf= us
2．不同基极电流时的开关特性测试 （1）基极电流较小时的开关过程
断开GTR单元“16”与“19”的连接，将基极回路的“15”与“19”相连，主回路的“1”与GTR单元的“22”相连，其余接线同上，测量并记录基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。
ton= us，ts= us，tf= us
（2）基极电流较大时的开关过程
将GTR单元的“15”与“19”的连线断开，再将“14”与“19”相连，其余接线与测试方法同上。
ton= us，ts= us，tf= us
3．有与没有基极反压时的开关过程比较
（1）没有基极反压时的开关过程测试---与上述2（2）测试方法相同。 （2）有基极反压时的开关过程测试
a．将GTR单元的“18”与“11”断开，并将“18”与“17”以及“12”与“11”相连，其余接线与测试方法同上。
ton= us，ts= us，tf= us
b．将GTR单元的“18”与“17”，“12”与“11”，“14”与“19”断开，将“15”、“16”与“19”、“18”与“11”相连，这时的基极反压系由电容C3两端电压产生，其余接线与测试方法同上。
ton= us，ts= us，tf= us
4．并联缓冲电路性能测试，基极电阻用R6，加贝克箝位电路
（1）电阻负载（将主回路1与22相连）时，不同并联缓冲电路参数时的性能测试 a．大电阻、小电容时的缓冲特性
将GTR单元的“26”、“27”与“31”相连，“32”与“18”相连，其余接线同上，测量并描绘“21”与“18”及“22”与“18”之间波形(包括GTR导通与关断时的波形，下同)。
b．大电阻、大电容时的缓冲特性
断开GTR单元的“26”、“27”与“31”的相连，将“26”、“27”与“30”相连，测量并描绘“21”与“18”及“22”与“18”之间波形。
c．小电阻大电容时的缓冲特性
断开GTR单元的“26”、“27”与“30”的相连，将“26”、“28”与“30”相连，测试方法同上。 d．小电阻大电容时的缓冲特性
断开GTR单元的“26”、“28”与“30”的相连，将“26”、“28”与“31”相连，测试方法同上。 （2）电阻、电感负载（主回路2与22相连）时，不同并联缓冲电路参数时的性能测试
a．无并联缓冲时测量“21”与“18”及“22”与“18”之间波形。
b．加上并联缓冲，即将“26”、“28”与“30”相连，测量“21”与“18”及“22”与“18” 之间波形。
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5．串联缓冲电路性能
（1）较大串联电感时的缓冲特性
将主回路的“1”与GTR单元的“23”相连，“25”与“22”相连，其余接线同上，测量“21”与“18”及“22”与“18”之间波形。
（2）较小串联电感时的缓冲特性
将GTR单元的“25”与“22”断开，将“24”与“22”相连，其余接线与测试方法同上。 6．二极管的反向恢复特性测试 （1）快恢复二极管的恢复特性测试
将主回路的“1”与GTR单元的“22”相连，“26”与“34”，“33” 、“27”与“30”相连，其余接线同上 。观察电阻R11两端的波形。
测试条件：调节PWM波形发生器的RP，脉冲的占空比足够大，使GTR的关断时间比集-射极电压UCe(即UC4)上升到稳态值的时间短，这样，在GTR关断过程中通过二极管对C4的充电电流还未结束时，GTR又一次导通，这时即可在采样电阻R11(为1Ω)两端观察到反向恢复过程。
（2）普通二极管的恢复特性测试
断开GTR单元的“26”、“34”的相连，将“35”与“22” ，“33”、“27” 与“30”相连,其余接线与测试方法同上。
六．实验报告
1．绘出电阻负载与电阻、电感负载时的GTR开关波形，并在图上标出ton、tS与tf，并分析不同负载时开关波形的差异。
2．绘出不同基极电流时的开关波形并在图上标出ton、tS与tf，并分析理想基极电流的形状，探讨获得理想基极电流形的方法。
3．绘出有与没有基极反压时的开关波形，分析及其对关断过程的影响。试分析实验中所采用的两种基极反压方案的优缺点，你能否设计另一种获得反压的方案。
3．绘出不同负载，不同并联缓冲电路参数时的开关波形，对不同波形的形状从理论上加以说明。 4．试分析串并联缓冲电路对GTR开关损耗的影响。
5．绘出二极管的反向恢复特性曲线，并估算出反向恢复峰值电流值(电源电压为15V，R11=1Ω)，试说明二极管V2、V3应选用具有何种恢复特性的二极管。
6．实验的收获，体会与改进意见。
七．思考题
1．试说明如何正确选用并联缓冲电阻与电容，当GTR的最小导通时间已知为ton(min)时，你能否列出选择R、C应满足的条件？
2．GTR的开关特性是指开通与关断过程中集电极电流与基极电流之间的相互变化关系，但因基极电流与集电极电流之间无共地点，因此无法用双踪示波器同时测试。实验中用基极电压来代替基极电流，试分析这种测试方法的优缺点，你能否设计出更好的测试方法?
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实验三 功率场效应晶体管(MOSFET)特性
与驱动电路研究
一．实验目的
1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法 2．掌握MOSEET对驱动电路的要求
3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法
二．实验内容
1．MOSFET主要参数：开启阀值电压VGS(th),跨导gFS,导通电阻Rds 输出特性ID=f（Vsd）等的测试。
2．驱动电路的输入,输出延时时间测试。
3．电阻与电阻、电感性质载时，MOSFET开关特性测试。 4．有与没有反偏压时的开关过程比较。 5．栅-源漏电流测试。
三．实验设备和仪器
1．MCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分 2．双踪示波器（自备） 3．毫安表 4．电流表 5．电压表
四．实验线路
见图2—2。
五．实验方法
1．MOSFET主要参数测试 （1）开启阀值电压VGS(th)测试
开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流ID=1mA)的最小栅源电压。
在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流ID，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS管的栅源电压Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0。
将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流ID=1mA时的栅源电压值即为开启阀值电压VGS（th）。
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MOSFET+5V通1R13VD14R49VT215265812S1断10R2R37+-1411R5VT11316S2+15V断R6R720242527通VD3R1023C226R98+192218VD2+C11721PWM波形发生R1 84S1主电路+5V断1R1L1R2通SV+断通RPR276555152313VD1R32通S2C1C2断R324RP图2-2 MOSFET实验电路读取6—7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表2—6。 表2—6 1 ID（mA） Vgs（V） （2）跨导gFS测试
双极型晶体管（GTR）通常用hFE（β）表示其增益，功率MOSFET器件以跨导gFS表示其增益。
跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即gFS=△ID/△VGS。 典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和VDS=15V下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值。
根据表2—6的测量数值，计算gFS。 （3）转移特性ID＝f（VGS）
栅源电压Vgs与漏极电流ID的关系曲线称为转移特性。 根据表2—6的测量数值，绘出转移特性。 （4）导通电阻RDS测试
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