电子信息科学与技术毕业论文晶体管特性曲线描绘仪.doc

苏州大学文正学院毕业论文论文题目：晶体管特性曲线描绘仪学生姓名：学生学号：0817419052专业班级：电子信息科学与技术学院名称：文正学院指导老师：2012年5月5号目录绪 论.1前 言.2第1章 555定时器，晶体管特性简介.3 1.1 555定时器.3 1.2 晶体管的特性 1.2.1 晶体管的锯齿波 1.2.2 晶体管的阶梯波第2章 晶体管特性曲线描绘仪设计和电路 2.1 设计思路及电路方框图 2.2 无稳态多谐振荡器 2.3 积分电路 2.4 阶梯波产生器 2.5 2.6 2.7第3章 测量数据的处理 3.1 3.2第4章 总结参考文献致谢【摘要】晶体管特性描绘仪是一种用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，并可测量其静态参数的测试仪器。它功能强，操作方便，对于从事半导体管机理的研究及半导体在无线电 领域的应用，是必不可少的测试工具。晶体管测量仪器是以通用电子测量仪器技术为技术基础，以半导体器件为测量对象的电子仪器。用它可以测试晶体三极管（npn型和pnp型）的共发射极，共基极电路的输入特性，输出特性：测试各种反向饱和电流和击穿电压，还可以测量场效应管，稳压管，二极管，单结晶体管，可控硅等器件的各种参数。仪器的测试结果一致性好、精度高，与专业测试设备xj4810在小电流低电压范围内的测试结果非常接近，成本低，有实际应用价值。在特定的条件下，可以代替专业测试仪器在广大电子工作者中得于应用，提高电子设计与制作水平。【关键字】晶体管特性 共发射极 共基极 场效应管 稳压管 二极管 单结晶体管 可控硅【abstract】transistor characteristics depicting instrument is a kind of crt display a variety of semiconductor devices characteristic curve, and can measure the static parameter test instrument. its strong function, convenient operation, engaged in the semiconductor tube mechanism and semiconductor in radio applications, it is essential to test tool.transistor measuring apparatus is a universal electronic measurement instrument for technical basis, with a semiconductor device for measuring object electronic instrument. it can be used to test three crystal triode ( npn and pnp ) of the common emitter, common base circuit input characteristics, output characteristics:test a variety of reverse saturation current and breakdown voltage, but also can measure the field effect transistor, voltage regulator tube, a diode, a single transistor, scr and other devices of various parameters. apparatus for testing results of good consistency, high precision, and professional testing equipment xj4810 in small current low voltage range test results are very close, low cost, has the practical application value. under certain conditions, can replace the professional testing equipment in the vast number of electronic workers in the application，improvement of electronic design and production levels.【keywords】transistor characteristics common emitter common base field effect transistor voltage regulator tube diode unijunction transistor silicon controlled rectifier前言了解晶体管的直流特性最直观有效的方法是用晶体管特性曲线描绘仪，能够很好了解一个晶体管的非线性特性、恒流特性、饱和特性、放大倍数、耐压等。但是传统的晶体管特性曲线描绘仪体积大、重量重、功耗大、价格高，限制了它的应用。要描绘晶体管的特性曲线，需要对被测晶体管加上两种电压:一是要在晶体管的集电极加上工作电压，但这个工作电压不是固定的直流电压，而是一个按一定频率变化的锯齿波电压;而对于晶体管的基极，则需要加上一个与集电极所加锯齿波频率相同的阶梯波，这个阶梯波代表着对晶体管的基极所加的级差相等的基极电压。加在集电极上的锯齿波电压与加在晶体管基极上的阶梯波电压在每一时刻相对应，每一级阶梯波在示波器的屏幕上描绘出一条曲线，多级阶梯波则描绘出多条曲线。由于两个脉冲波的频率较快，利用人眼的视觉暂留特性，最终人们看到的是一簇代表在不同基极电流下的ic-vc特性曲线，也就是所谓的晶体管特性曲线，其线条数与阶梯波的级数相同。晶体管特性曲线描绘仪是测试晶体管特性的专用仪器，使用该仪器可以将晶体管在各种工作电压下的工作特性用曲线的形式显示在屏幕上，从而为设计人员设计工作电路提供可靠的依据。本文提出的晶体管特性曲线描绘仪能很好解决上述问题，除特定的功能，如大电流、高电压外，其它与专用的晶体管特性曲线描绘仪基本一样，能测量npn、pnp晶体管和场效应管的输入、输出特性曲线等，能在屏幕上直接显示放大倍数，通过扩展可实现自动化测量和器件分选。在一般场合，大量应用的是中小功率晶体管，对大功率晶体管也可以了解其小电流特性，由于其成本低、精度高，可望像万用表那样在广大电子工作者中得到广泛的应用。第一章 555定时器，晶体管特性简介 科技的日新月异，人们对生活中的使用工具也有了大的需求。晶体管特性曲线描绘仪也被广泛使用与各类行业。因此很多问题也就暴露了出来，旧式的描绘仪体积大、重量重、功耗大、价格高，限制了它的应用。所以我们急需改进，设计一种功能相对齐全，便于携带，价格适中的晶体管特性曲线描绘仪。555定时器在这类电路中就起到了很大的作用。1.1 555定时器 555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制和检测电路中。定时器有双极型和cmos两种类型的产品，它们的结构及工作原理基本相同，没有本质的区别。一般说来，双极型定时器的驱动能力较强，电源电压范围为5-6v，最大负载电流可达200ma。而cmos定时器的电源电压范围为3-18v，最大负载电流在4ma以下，它具有功耗低、输入阻抗高等优点。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 rs 触发器，一个放电管 t 及功率输出级。它提供两个基准电压 和。图1.1 555定时器的电路结构555定时器的内部电路由分压器、电压比较器c1和c2、简单sr锁存器、放电三极管t以及缓冲器g组成,三个5k的电阻串联组成分压器，为计较器c 、c提供参考电压。当控制电压端（5）悬空时（可对地接上0.01f左右的滤波电容），比较器c1和c2的基准电压分别为vcc和。v是比较器c的信号输入端，称为阈值输入端；v是比较器c的信号输入端，称为触发输入端。如果控制电压端（5）外接电压v ，则比较器c、c的基准电压就变为v和。比较器c、c的输出控制sr锁存器和放电三极管t的状态。放电三极管t为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般都要外接上拉电阻。为直接复位输入端，当为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端v即为低电平。当v, v时，比较器c输出低电平，比较器c输出高电平，简单sr锁存器q端置0，放电三极管t导通，输出端v为低电平。当v, v时，比较器c输出高电平，比较器c2输出低电平，简单sr锁存器q端置1，放电三极管t截止，输出端v为高电平。当v时，简单sr锁存器r=1,s=1,锁存器状态不变，电路保持原状态不变。电路功能综合上述分析，可得555定时器功能表，如下表所示。输入输出阈值输入（v）触发输入（v）复位（）输出（v）放电管t0111010不变导通截止导通不变由555构成的单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器如图1.2所示。图1.2 用555组成的单稳态触发器 （a）电路 （b）简化电路没有触发信号时v处于高电平（v），如果接通电源后q=0，v=0，t导通，电容通过三极管t放电，使v=0，v保持低电平不变。如果接通电源后q=1，放电三极管就会截止，电源通过电阻r向电容c充电，当v上升到时，由于r=0，s=1，锁存器置0，v为低电平。此时放电三极管t导通，电容c放电，v保持低电平不变。因此，电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态v=0。若触发输入端施加触发信号（v ），电路的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管t截止。此后电容c充电，当c充电至v= 时，电路的输出电压v由高电平翻转为低电平，同时t导通，于是电容c放电，电路返回到稳定状态。电路的工作波形如图1.3所示。图1.3 工作波形如果忽略t的饱和压降，则v从零电平上升到的时间，即为输出电压v的脉宽t t=rc31.1rc 通常r的取值在几百欧至几兆欧之间，电容取值为几百皮法到几百微法。这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1。由图2.4可知，如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲（如图2.4中的虚线所示），则该脉冲对电路不起作用，电路为不可重复触发单稳态触发器。1.2 晶体管特性晶体管的电流放大系数与工作频率有关。若晶体管超过了其工作频率范围，则会出现放大能力减弱甚至失去放大作用。晶体管的频率特性参数主要包括特征频率ft和最高振荡频率fm等。1、特征频率ft 晶体管的工作频率超过截止频率f或f时，其电流放大系数值将随着频率的升高而下降。特征频率是指值降为1时晶体管的工作频率。通常将特征频率ft小于或等于3mhz的晶体管称为低频管，将ft大于或等于30mhz的晶体管称为高频管，将ft大于3mhz、小于30mhz的晶体管称为中频管。2、最高振荡频率fm 最高振荡频率是指晶体管的功率增益降为1时所对应的频率。通常，高频晶体管的最高振荡频率低于共基极截止频率f，而特征频率ft则高于共基极截止频率f、低于共集电极截止频率f。 1.2.1晶体管的锯齿波要描绘晶体管的特性，要在晶体管的集电极加上工作电压，这个工作电压不是固定的直流电压，而是一个按一定频率变化的锯齿波电压。如图2.1（中） 1.2.2晶体管的阶梯波 加在基极上的，则需要一个与集电极所加锯齿波频率相同的阶梯波，这个阶梯波代表着对晶体管的基极所加的级差相等的基极电压。如图2.2（右）第2章 晶体管特性曲线描绘仪设计和电路2.1 设计思路及电路方框图如图所示是555晶体管特性曲线描绘仪电路，描绘晶体管特性，要有两种电压，一是加在b极上的阶梯波，用于产生不同的ib，二是c极上的锯齿波，其周期与阶梯波相