IoTで使うPython入門 Step5-Python3 VISA⑨DMM Keithley 2000 ＋電源E3631A 中電力トランジスタのVCE-IC特性

　前回まで、次の測定回路を使って、小信号用トランジスタ2SC1815の静特性を測りました。

●中電力トランジスタ2SC3422

　TO220パッケージに入った2SC3422は、コンパクトでコレクタ出力容量の少ないトランジスタです。

  • コレクタ-ベース間電圧 Vcbo 40 V
  • コレクタ電流 Ic 3A
  • コレクタ損失Pc　Ta = 25°C；1.5W、Tc = 25°C；10W

　Ta = 25°Cは、周辺温度が常温以下の温度で利用するとき、単独でコレクタ電圧5Vで300mAまでの電流が流せます。Tc = 25°Cは、無限大の放熱器を付けて熱を奪い、ケースの温度を25℃としたとき、たとえば5Vで2Aの電流を流して10Wの損失に耐えられますが、現実の放熱器はそれほど大きくはありません。
　半導体自体は最高150～175℃までしか耐えられません。電流をたくさん流すときは、デバイスがそれ以下の温度（例えば80℃）になるように放熱器の大きさを選びます。温度が高いと寿命が縮みます（10℃上がるごとにデバイスの寿命は約半分になり、故障率は約2倍）。

●VCE-IC特性を取る＜その1＞

　上記の回路のままで、測定します。トランジスタは単独で、放熱器をつけていません。

●VCE-IC特性を取る＜その2＞

　上記の回路の中で、ベースに入っている100kΩを10kΩに変更し、ベース電流を増やして測定します。温度は30～39℃で変動しました。トランジスタは単独で、放熱器をつけていません。

●VCE-IC特性を取る＜その3＞

　上記の回路の中で、ベースに入っている100kΩを1kΩに変更し、ベース電流を増やして測定します。温度は30～74℃で変動しました。トランジスタは単独で、放熱器をつけていません。

　飽和領域が大きくなり、コレクタ電圧が高いところでしか、増幅に使えないかもしれません。

　温度の影響が出ているのではないかと思い、電圧を設定して0.5秒後に測定し、そのあと1秒間電流を0にするようにプログラムを変更しました。
　温度は最高56℃に抑えられましたが、特性データはあまり変化しません。

　入手しやすい55×50x20mmの放熱器にトランジスタを取り付けました。温度は29～32℃と低めに抑えられました。特性データは少し改善されましたが、飽和領域はあまり減少しません。

●VCE-IC特性を取る＜その4＞

　これ以上ベース電流を増やすとコレクタ電流が1Aを超えるので、電源の6V（最大3A）と25V（最大1A）を入れ替えました。データシートに書かれている特性（Ib＝約10mA）を青色の実線で記入しました。データシートに従えば、飽和領域は大変狭いです。しかし、実測ではそうではありません。どこに差があるのでしょうか。

　データシートには注釈はありませんが、東芝の解説には、実際の測定はパルス測定です。と説明されています。つまり、直流電流を流しながら測定すると、電力損失が大きすぎて、データが取れないからでしょう。

　　「バイポーラートランジスター主要特性測定例」

　プログラムです。

import visa
from time import sleep
import matplotlib.pyplot as plt

Keithley2000_6_Addr = "GPIB0::6"
Keithley2000_18_Addr = "GPIB0::18"
AgilentE3631A_Addr   = "GPIB1::10"
Keysight34461A_Addr  = "USB0::0x2A8D::0x1301::MY53216054::0::INSTR"
IwatsuVOAC7602_Addr  = "ASRL5::INSTR"

dataIc =[]
dataVc =[]
dataVb =[]
dataIb =[]
g = []
r = visa.ResourceManager()
Ic_keithley2000_6  = r.open_resource(Keithley2000_6_Addr)
Vc_keithley2000_18  = r.open_resource(Keithley2000_18_Addr)

Ib_keysight34461A  = r.open_resource(Keysight34461A_Addr)
Vb_iwatsuVOAC7602  = r.open_resource(IwatsuVOAC7602_Addr)

Ic_keithley2000_6.write("*RST;*CLS")
Vc_keithley2000_18.write("*RST;*CLS")
Ic_keithley2000_6.write(":CONF:CURR; DC:RANG AUTO")
Vc_keithley2000_18.write(":CONF:VOLT:DC:RANG AUTO")
sleep(1)
Ib_keysight34461A.write("*RST;*CLS")
Vb_iwatsuVOAC7602.write("*RST;*CLS")
Ib_keysight34461A.write(":CONF:CURR; DC:RANG AUTO")
Vb_iwatsuVOAC7602.write(":CONF:VOLT:DC:RANG AUTO")
Vb_iwatsuVOAC7602.write("INIT")
sleep(1)

print('--start--')

agilentE3631A   = r.open_resource(AgilentE3631A_Addr)

for baseVolt in range(1,7):
    agilentE3631A.write(":INST:SEL P25V")
    agilentE3631A.write(":TRIG:SOUR IMM")
    agilentE3631A.write(":VOLTage:TRIG " + str((float(baseVolt)+0.01)/1.0)) # Vb
    agilentE3631A.write(":CURR:TRIG 0.5")  # max 500mA
    agilentE3631A.write(":OUTPut ON")
    agilentE3631A.write("INIT")
    print('Base V', (float(baseVolt/1.0)) )
    sleep(1)

    agilentE3631A.write(":INST:SEL P6V")
    agilentE3631A.write(":TRIG:SOUR IMM")

    agilentE3631A.write(":VOLTage:TRIG 0.0") # Vc
    agilentE3631A.write(":CURR:TRIG 0.5")  # max 500mA
    agilentE3631A.write(":OUTPut ON")
    agilentE3631A.write("INIT")
    sleep(2)
    
    dataIc =[]
    dataVc =[]
    dataVb =[]
    dataIb =[]
        
    for CorrectorVolt in range(0,60):
        agilentE3631A.write(":INST:SEL P6V")
        agilentE3631A.write(":VOLTage:TRIG " + str((float(CorrectorVolt)+0.1)/10.0)) # Vc
        agilentE3631A.write(":CURR:TRIG 1.5")  # max 1500mA
        agilentE3631A.write("INIT")

        sleep(0.5)

        Ic = Ic_keithley2000_6.query(":READ?")
        dataIc.append(Ic)
        print('Corrector V=', (float(CorrectorVolt/10.0)), ' Ic=', Ic )
        Vc = Vc_keithley2000_18.query(":READ?")
        dataVc.append(Vc)
        Ib = Ib_keysight34461A.query(":READ?")
        dataIb.append(Ib)
        Vb_iwatsuVOAC7602.write("INIT")
        Vb = Vb_iwatsuVOAC7602.query(":FETCh?") ##
        dataVb.append(Vb)

        dataVoltageC = [float(f) for f in dataVc]
        dataCurrentC = [float(f)*1000 for f in dataIc]
        dataVoltageB = [float(f) for f in dataVb]
        dataCurrentB = [float(f)*1000000 for f in dataIb]
        agilentE3631A.write(":CURR:TRIG 0")
        agilentE3631A.write("INIT")
        sleep(1)
    print('\n', dataVoltageC, "V Vc")
    print(dataCurrentC, "mA Ic")
    print(dataVoltageB, "V Vb")
    print(dataCurrentB, "uA Ib")
    
    plt.plot(dataVoltageC, dataCurrentC, marker="o", linestyle='dashed', label=("Vbb=" + str(baseVolt)))
    
#atoshimatsu
agilentE3631A.write("CURRent:TRIG 0")
agilentE3631A.write("VOLTage:TRIG 0")
agilentE3631A.write("INIT")

plt.xlabel("Corrector Voltage [V]")
plt.ylabel("Corrector Current [mA]")
plt.legend()
plt.grid()
plt.show()
sleep(2)
print('--done--')

agilentE3631A.write(":OUTPut OFF")
Ic_keithley2000_6.write(":READ?")
Vc_keithley2000_18.write(":READ?")
Ib_keysight34461A.write(":READ?")
Vb_iwatsuVOAC7602.write("INIT:FETCh?")