トランジスタの静特性測定

質問

トランジスタ(2SC1815)の静特性を測りました。
エミッタ接地です。
VCE-VBE曲線の挙動が腑に落ちません。VCE増大で微妙ながらVBEが低下しています。IBが5μAではほぼフラットですが、10μA以上では皆そういう挙動です。この測定結果だとhre（電圧帰還率）が負になってしまいます。なお、他の特性（VCE-IC、IB-IC、IB-VBE）は妥当な挙動です。
教科書的にはVCE増大でVBE増大のはずですが、下手な測定をすると逆の結果になることもあるのでしょうか？どのへんに失敗がありそうでしょうか？それともほんとにこういうこともあるのでしょうか？

手作り回路と測定系はかなり慎重に確認したのですが、どうもVBE測定に自信が持てません。なおVBE測定はデジタルテスタです。
（ＰＳ：上記VCEのCE、VBEのBE、IBのB等は、どれも、コレクタとかエミッタとかベースとかの意味の添え字です。）
（ＰＰＳ：レポート課題提出の援助をお願いしているわけではありません。）

回答No.1

circuit_breaker · ベストアンサー

hreの測定経験は無いのですが、容易で無い事は理解できました。　1e-4 のオーダを問題にされているのでしたら、以下のような誤差要因も考えられそうですが如何でしょう。

Vceを変化させると消費電力が変化しますが、すると温度によるVbe 変化が生じます。IcつまりIb が大きい程、症状が顕著になるでしょうし、Vbe は約 －2mV/℃ですから、hre を負にする方向の要因となってます。

例えば、Ic=2mAを仮定しましょう。ΔVceを1Vとすると2mW 増加する事になります。ジャンクション温度はどの程度上昇するでしょう。Vce設定からVbe測定に取り掛かるまでの時間によりますが、実効的熱抵抗を25℃/W（データシート定常値250℃/Wの10分の1）と仮定してさえ、温度上昇は、0.05 ℃と計算されます。するとVbeは100μV減少する事になり、hre換算で－1e-4 となります。

Vbe 測定にジワリとした過渡応答やヒステリシスは観測されなかったでしょうか。

挙動を式にまとめますと、
誤差hre＝ΔVbe/ΔVce＝ －2e-3・Rj・Ic、 Rj[℃/W]：実効的熱抵抗、となります。

もし、このメカニズムで不具合が生じているとすれば、VceやΔVce値の選び方では解決は図れない事に注意して下さい。Ic の大きな領域でhreを測定する為にはバイアスに重畳した交流を使用するしか無い様に思われます。ΔVceに温度が追従できないような短時間を一周期として、一単位測定が閉じてなければならないと言う意味です。実際、hパラメータの多くは交流やパルスで測定されているようです。2SC1815 のデータシートには270Hzと記されています。雰囲気温度の変動などを考えても、直流、手動速度での測定には困難が伴いそうです。

文面よりΔ分の与え方は直流的なものと判断、また「VBE測定はデジタルテスタ・・」の一文より、決して迅速な測定では無いと仮定し、hreが負になる一つの可能性を考えてみました。

お礼

どうもありがとうございます。
ご指摘はその通りです。IC極小とそうでないところとで多少挙動が違うのは熱的な問題も関与していると思われます。
そして、直流で時間をかけて測定することについてもご指摘のとおりで、これではどうしても不正確にならざるを得ないと限界を痛感致します。
その他、ひたすらその通りだと思います。
ただ、測定順序を変えたりした他のデータも見直してもやはりhreは大局的に負値を示していてconsistentです。ですので、問題はあるもののどうやらこれが真実かもしれないと思うに至りました。そもそもhreは正値であると勝手に思いこんでいましたが、これは単なる思いこみだったようで、いくつかの教科書の参考図等からそう思っていたわけですが、ある教科書でhreが負であるVCE-VBE特性のグラフ（測定結果ではなくてイラストですが）を発見しました。
近いうちにちょっと条件を変えて再測定する機会があります。その際、ご指摘のことを意識しつつ行えば結論が得られるものと思います。
詳細ご検討ありがとうございました。