当我们拿到一个晶体管时，在使用之前，总希望了解它的性能，这样才能做到胸中有数。于是我们去测量它的电流放大系数β，穿透电流I\(_{ceo}\)等。但是仅仅测出这几个参数往往是很不够的，例如：有的管子的输出特性曲线如图1所示，它的起始部分有明显的弯曲现象。这种管子尽管β也可以很大，但是用它做成的放大器，在Uce较小时，波形会产生严重的失真。因此，我们应该对晶体管进行全面的了解，掌握它的特性曲线族。如果有一台图示仪将是非常方便的。这里向大家介绍一个简单的图示仪，利用它可以把晶体管的特性曲线族显示在普通示波器的荧光屏上。由于在线路中用了两只单结晶体管，大大简化了锯齿波和阶梯波发生器，因此制作简单，容易调整。只要有一台普通的示波器，就能用它帮助我们观察晶体管的特性曲线族，做为使用管子时的参考；它又可用来进行教学演示，形象地演示硅管与锗管的特性曲线族以及它们之间的差别。
怎样把特性曲线显示在荧光屏上？
要解决这个问题，需要首先分析特性曲线的规律性。图2是晶体管共发射极电路的输出特性曲线。它的水平轴是集电极与发射极之间的电压U\(_{ce}\)，垂直轴是集电极电流Ic。这条曲线代表了当基极电流为I\(_{b1}\)，Uce由零逐渐增大时，I\(_{c}\)随Uce而变化的规律。我们想让这条曲线出现在荧光屏上，就必须使光点沿水平方向的运动与U\(_{ce}\)成正比，而光点沿垂直方向的运动要与Ic成正比。前一点是很容易做到的，因为我们知道：光点的运动是与偏转板上的电压成正比的。所以我们把一个随时间直线增加的锯齿波电压加到c，e两极之间，让U\(_{ce}\)周期性地从零逐渐变大，同时又把这个电压加到示波器的水平偏转板上就成了。后一个要求是让光点的运动反映电流的变化，大家会想到电流流过电阻时，在电阻上产生的电压降是与电流成正比的，因此把这个电压送到示波器的垂直偏转板上，光点的垂直运动就与Ic成正比了。实际上正是这样做的，如图3的线路中，在I\(_{c}\)流过的回路中串入一个电阻R，从这个电阻上取出与Ic成正比的电压。一般称这个电阻为“取样电阻”。电源E\(_{b}\)则用来向基极注入一定的电流Ib1。我们把示波器内部的锯齿波关掉，将U\(_{ce}\)送到示波器的X轴输入端，将UR送到示波器的Y轴输入端，由于U\(_{ce}\)以锯齿波的频率f变化，所以示波器的曲线每秒钟将重复出现f次，只要f足够大，我们就不会感觉曲线在闪动，因而就能够得到一条稳定的曲线。
由于用锯齿波做为集电极电源，我们得到了一条特性曲线。但是只有一条曲线还不能说明问题，那么能不能同时显示出一族曲线呢？我们还是从分析特性曲线入手。在图4所示的曲线族中，每条曲线的意义都与图2中的一条曲线相同，差别仅在于它们各自对应了不同的基极注入电流。因此利用改变I\(_{b}\)的办法可以得到不同的曲线。例如把Ib由I\(_{b1}\)变为Ib2，示波器将出现对应于I\(_{b2}\)的一条曲线，而原来的一条却消失了。为了能同时显示出这一族曲线，我们把Eb换为阶梯波发生器，它的电压U\(_{b}\)如同一个台阶（见图5），每经过一定时间升高一级，例如在t1到t\(_{2}\)这段时间里Ub等于U\(_{b1}\)，其大小不变，因而注入基极的电流也不变。如果这段时间正好等于锯齿波电压的周期，那么在示波器上将出现基极电流为Ib1的一条曲线。接着U\(_{b}\)跳到第二个台阶，在t2到t\(_{3}\)的这段时间里出现了Ib=I\(_{b2}\)的一条曲线。因此每经过阶梯波的一个周期，特性曲线逐条出现一次。当阶梯波的频率足够高时，曲线族每秒钟重复出现的次数足够多，它也可以毫不闪动。一般这个频率大于一百赫就可以了。
通过分析我们看到，解决问题的关键是采用怎样的线路产生锯齿波电压和阶梯波电压。
图示仪原理
图6是图示仪的电原理图，它由锯齿波和阶梯波发生器、射极输出器、倒相放大器和待测管电路四部分组成。发生器产生的锯齿波经过射极输出器和倒相放大器，由电位器W\(_{2}\)或W3输出，做为待测管的集电极电源，阶梯波则经过耦合电容C\(_{5}\)、C6和电阻R\(_{8}\)注入待测管的基极。示波器由倒相放大器取得锯齿形电压，并由取样电阻R9和R\(_{1}\)0上取得信号电压，显示出特性曲线族。
1．锯齿波和阶梯波发生器
这个发生器用了一只三极管BG\(_{1}\)和两只单结晶体管BT1和BT\(_{2}\)。单结管BT2用来产生锯齿波电压，它的发射极e通过电容C\(_{2}\)和阻值很小的电位器W1接至电源的正极，当电源接通时，e瞬时被加上一个正电压，因而单结管的eb\(_{1}\)导通，Ie向电容C\(_{2}\)充电，C2两极板之间带上了一定的电压，极性如图所示。随着C\(_{2}\)的电压不断增高，充电电流逐渐减小，而且e点的电位不断降低，当充电电流小于单结管的谷点电流，而R3和R\(_{4}\)因为阻值较大，流过它们的电流不能维持BT2导通时，eb\(_{1}\)就截止了。此时C2所带的电压最大，而e点的电压最低。BT\(_{2}\)截止以后，C2通过R\(_{3}\)、R4、W\(_{1}\)所构成的回路放电。于是C2两极板之间的电压降低，e极电位升高，直至U\(_{e}\)达到单结管的峰点电压UP时，eb\(_{1}\)又导通，C2再次充电，如此循环下去，在BT\(_{2}\)的e极形成锯齿形电压。为什么锯齿波电压上升的慢而下降的却很快呢？这是因为C2放电时回路的电阻R\(_{3}\)、R4较大，放电电流较小，所以电压变化慢；而C\(_{2}\)充电时，回路的电阻是W1和eb\(_{1}\)之间的正向电阻，它们都很小，充电电流就大，所以电压变化就快。由此可以看出：锯齿波的周期主要决定于C2的放电时间，因而也就主要决定于R\(_{3}\)和R4。改变R\(_{3}\)可以改变锯齿波的频率，R3变大，频率变低。锯齿波的幅度则主要决定于BT\(_{2}\)的峰点电压UP，U\(_{P}\)大则锯齿波的幅度大。所以要想得到较大的锯齿波电压，应该选分压比η较大的单结管。
单结管BT\(_{1}\)用来产生阶梯波。当C2充电的电流I\(_{e}\)流过W1时，在W\(_{1}\)两端产生上正下负的脉冲电压，电压的波形如图7的UW1。这个电压加到BG\(_{1}\)的基极上，使基极电位低于发射极的电位，成为正向电压，所以BG1导通，产生脉冲电流I\(_{c}\)。Ic向C\(_{1}\)充电，当Ic消失时，使C\(_{1}\)的电压升高为U1。如果U\(_{1}\)小于BT1的峰点电压，eb\(_{1}\)仍处于截止状态，而且C2放电时，放电电流在W\(_{1}\)两端产生的电压降对于BG1的发射结来说是反向电压，BG\(_{1}\)没有集电极电流，所以C1两极板之间的电压保持不变，这就形成了阶梯波的第一个台阶。C\(_{2}\)每充一次电，C1也充一次电，阶梯波就增加一级。直到C\(_{1}\)的电压累积达到BT1的峰点电压时，BT\(_{1}\)导通，于是C1通过eb\(_{1}\)迅速放电，阶梯电压回到零，完成一个周期（见图7）。这样一来，在BT1的e极便产生了阶梯形电压。很显然，每一阶梯所占的时间恰好等于锯齿波的周期，所以用这个阶梯波做为被测管的基极电源，用锯齿波做为集电极电源，正好符合显示特性曲线族的要求。因为阶梯电压的最大值应该等于BT\(_{1}\)的峰点电压，这是一个固定值，所以阶梯的级数决定于电容器C1每一次充电时，电压升高的数值，电压升高的越快，级数越少。在图中C\(_{1}\)是一个固定电容，所以阶梯级数就决定于对电容器C1充电电流I\(_{c}\)的大小。调节W1可以改变BG\(_{1}\)的集电极电流Ic，因此W\(_{1}\)是阶梯波级数调节电位器。
2．射极输出器和倒相放大器
在锯齿波发生器与被测管之间加了射极输出器BG\(_{2}\)，利用射极输出器的高输入阻抗减少被测管对锯齿波发生器的影响。射极输出器的工作点要适当，它的发射极电压必须小于锯齿波电压的一半。因为基极电压与发射极电压相差很小，所以基极电压也就小于锯齿波电压的一半，因而当锯齿波经过C3成为交变信号到达BG\(_{2}\)的基极时，在锯齿波的负半周可以使BG2截止，所以输出电压就一定会从零开始，这就保证能显示出特性曲线的起始部分。
从BG\(_{2}\)发射极输出的锯齿波是正极性的，它适合作为NPN管的集电极电源。为了观察PNP管，我们加了一级倒相放大器BG3。由BG\(_{3}\)的发射极输出的锯齿波来测试PNP管。当送到示波器X轴去的电压极性不合适时，特性曲线将从右向左描，与习惯所画的图形相反，为了解决这个问题，在测NPN管时，由BG3的集电极取扫描电压。
电位器W\(_{2}\)和W3用来调节NPN和PNP型管子的U\(_{ce}\)的幅度，应当装在仪器的面板上。
3．待测管的线路
因为要测试PNP和NPN型管子，所以用五刀双掷开关K\(_{1}\)变换电压的极性，同时也改变示波器所取电压的极性，以便使特性曲线始终出现在第一象限。为此，Y轴所取电压对地应始终为正极性的。但是X轴所取的电压却因示波器的水平放大器不同而不同。采用图6的线路，用一般的示波器，如SB－10型示波器，特性曲线出现在第一象限。如果用别种示波器，发生特性曲线在第二象限即曲线由右向左描的情况时，只要把开关K1-2两个掷片上的接线互换即可解决。
电容C\(_{5}\)、C6串联组成无极性电容，用以适应阶梯波极性的交换。电阻R\(_{3}\)的阻值较大，所以注入基极的电流，在阶梯波的每一级都可以认为是恒流。R9和R\(_{1}\)0是取样电阻，为了在示波器上得到较大的信号，R9和R\(_{1}\)0的阻值取为1KΩ。
本仪器所使用的三极管，因为电源电压较高，所以要求反向击穿电压大于20伏，而且穿透电流应尽量小，对β值要求不高，只要大于30皆可使用。BG\(_{1}\)和BG3用3AX3，BG\(_{2}\)用3DG4即可。单结管用BT31或BT33皆可。选用分压比较大的单结管可以得到较大的锯齿波电压和阶梯电压。（高福文）