三极管性能检测仪.

1、三极管参数测试仪的设计学院：信息科学与工程学院专业班级：电信10-2 班学号：姓名：组员：实习时间： 2012年 12月 31日至2013年 01月 16日第1页共20页目录1.1总体思路2.1测试电路方案论证2.2采样电路方案论证2.3显示部分方案论证3.1共发射极直流电流放大系数3.2共发射极交流电流放大系数3.3放大电路3.4采样电路3.5A/D 转换36 数据处理部分3.7 显示部分4.1 系统电路图4.2 恒流源电路图4.3 采样放大电路图4.4 数据处理及显示电路图4.5 系统软件流程图5.1 电源部分6.1 所用芯片的数据指标6.2 LCD1602液晶显示器7.1做成的实验板8.

2、1操作方式9.1操作过程及结果结果10.1总结11.1 C 语言程序代码第2页共20页1.1 总体思路该测试仪由测试电路、采样电路、数据处理部分、显示部分和三极管共射极输出特性曲线部分组成，下面分别说明各部分的方案。根据设计电路的实际情况即：采样电路的输入电压要不能太小，否则造成测试结果不准确，因此在采样电路前加了一个放大电路，于是三极管电流放大系数系统总体设计方案如图2.1 所示。图 2.1 三极管电流放大系数系统总体设计方案2.1 测试电路方案论证方案一：用恒流源给基极提供10A的恒定电流，即V CC=10V ，基极电阻Rb=1M ，考虑管压降后取基极电阻Rb=910k ，用以保证基极电流

3、恒定，用稳压管控制V CE=10V ，以保证集电极 -发射极极间电压恒定；方案二：用恒流源给基极提供10A的恒定电流，即V CC=10V ，基极电阻bR =1M ，考虑管压降后取基极电阻Rb=910k ，用以保证基极电流恒定，因为I B=10 A，=50 300，所以 I C=0.5 3mA ，取 RC=200 ，V CE=9.909.40V ，将集电极电压经运放放大，送模数转换芯片进行采样；方案三：用恒流源给基极提供10A的恒定电流，即 V CC=10V ，基极电阻 Rb=1M ，考虑管压降后取基极电阻Rb=910k ，用以保证基极电流恒定，因为I B=10 A，=50 300，所以 I C

4、=0.5 3mA ，而 I e=（ +1） IB ，若 >>1 ，则 I EIC，取 Re=200 ， V CE =9.90 9.40V ，将发射极电压经运放放大，送模数转换芯片进行采样；方法一不能确定集电极的电流，这样不便于采集集电极电流；方法二中集电极电阻值太小，起不到限流作用；比较三种方法采用方法三。2.2 采样电路方案论证方案一：用TLC549 采集三极管发射极输出电压，送单片机进行数据处理。方案二：用ADC0809 采集三极管发射极输出电压，送单片机进行数据处理；第3页共20页比较两种方法，ADC0809 是并行输出数据，TLC549 是串行输出数据，两个芯片都是8 位

5、A/D转换芯片， TLC549 的转换时间为17s，ADC0809 的转换时间为100s，TLC549比 ADC0809 的转换时间快，但是该测试队时序要求不高，因此采用方案二。2.3 显示部分方案论证方法一：把所有的测量结果送到上位计算机进行显示，显示精度比较高，但不够方便灵活，并且需两个全双工串行接口，实现比较困难；方案二：把测量所得的参数用LED 显示。方法一：把测量所得的参数通过LCD 液晶屏显示，这种方案虽然简便易行比较上述三种方案，最终采用方案三，该方案简单易行。3 理论分析与参数计算3.1 共发射极直流电流放大系数=（ IC ICEO） /IBIC / I B在放大区基本不变。在

6、共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X 轴的直线来求取I C/I B，如图 2.3所示。在IC 较小时和IC 较大时，会有所减小，这一关系见图2.4。图 2.3 共发射极输出特性曲线求直流电流放大系数图 2.4 基极电流和集电极电流关系曲线设定 IB=10 A VCE=10V ，考虑到运放和单片机的输入电压后选择集电极电压为10V 。可计算出，Rb=1M ，由于三极管自身的管压降，_=50 所以采用 Rb=910k ，保证了 I B=10 A。因为 IB =10 A，_，若_，取300，所以 I C=0.5 3mA ，而 I E=（+1） IB>>1，则 IEICeCE=9.90 9

7、.40V ，由于IB=10 A，则_B C/(10*10-3CR =200，V=I /I =I)。3.2 共发射极交流电流放大系数=I/IBC在放大区值基本不变， 可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于 X 轴的直线求取 IC/ IB 。具体方法如图2.5 所示。第4页共20页图 2.5 共发射极输出特性曲线求交流电流放大系数任务书中要求I B 由 10A变化到 20A，V CE=10V 。I B=10 A时基极电阻 Rb=910k ，当 I B=20 A时在 Rb 上并联一个910k 电阻这样保证了I B=20 A。V CE =10V 的分析方法与三极管直流放大系数中V CE=10V 的分析

8、方法类似。由于I B 由10A变化到 20A，即 I B=10 A ，则= IC/ IB= IC/(10*10 -3)。3.3 放大电路在采样电路中若模拟信号过小会造成A/D 转换结果不准确， 一般在 A/D 输入信号前端加运放电路，用以提高转换精度。本设计中对运放精度不做要求，所以采用常用的集成运放LM324 。由于 ADC0809CCN 只能输入正电压，而PNP 型三极管输出负电压，所以在其输出端应接反向_比例运算电路。这样放大电路可以采样电路进行4 倍和 8 倍放大，满足了测直流放大系数和交流放大系数时电压放大系数不同的要求。当测 NPN 型三极管时， u o（1Rf ）u I ，根据理

9、论计算和实际电阻的阻值可以计算出当放大8R倍电压时 Rf =36k ，R=5.1k ，当放大 4 倍电压时 Rf=36k ，R=12k 。当测 NPN 型三极管时， uoR f8u I ，根据理论计算和实际电阻的阻值可以计算出当放大R倍电压时 Rf =16k ，R=2k ，当放大4 倍电压时 Rf=16k ， R=4k 。3.4 采样电路=I C/I B，而 IE=I C+I B，所以 IE/I B =+1，若 >>1，我们取R两端的电压量U为 IC的相，则 I EICee应量，如图2.6 所示。第5页共20页图 2.6采样电路3.5 A/D 转换因为要对输出的电压量Ue 进行数据

10、处理使之变成电流量IC，再将 I C 与 IB 比较得到共发射极直流电流放大系数_。要将输出的电压送单片机进行数据处理，而单片机只接和交流电流放大系数受和输出数字量，因此在单片机的输入端必须用到A/D 转换器件，将模拟量转换为数字量后输入单片机进行数据处理。量化间隔和量化误差是A/D 转换器的主要技术指标之一。量化间隔可用下式表示满量程输入电压满量程输入电压， n 为 A/D 转换器的位数。2n12n量化误差有两种表示方法：一种是绝对误差，另一种是相对误差。绝对误差量化间隔22相对误差12n 1 * 100%由于 ADC0809 和 TLC549 都是 8 位的 A/D 转换器，所以它们的量化

11、间隔为：满量程输入电压满量程输入电压50.022n12n28量化误差为：绝对误差量化间隔5 / 20.009822256相对误差112 n 1 * 100%28 1 * 100%0.19%它们的量化间隔和量化误差都相等，所以看它们的转换时间，ADC0809 的转换时间为 100s，TLC549 的转换时间为17s，对时序要求不高， TLC549 难以通过程序控制， 所以采用ADC0809CCN 。3.6 数据处理部分采用 STC89C52 进行数据处理。因为采集的是发射极电压Ue，要将其转换为集电极电流量IC，集电极电流IC 和基极电流IB 比较得到共发射极直流电流放大系数。由 Re=200，

12、 IB =10 A，=50 300，所以 IC=0.5 3mA ， U e=200*I E=0.1 0.36，该信号需经8第6页共20页倍放大得到 Ue=0.8 4.8V ，取 Re=200 ，则 I E=Ue/200，因为 =（ IC ICEO） /I BIC / I B， IC=I B，而 IE=I C+I B=（+1） I B，若 >>1 ，则 I CIE= Ue/200，=（ Ue/200）/ I B 。交流放大系数为= IC/ IB =(I C2-I C1 )/(I B2-I B1)=(I C2-I C1 )/(20-10)*10-3 =(I C2-IC1 )/(10*1

13、0 -3 )= I C2/(10*10 -3 )- I C1/(10*10 -3)由此可以看出交流放大系数的计算实际就是取I B=20 A时的输入信号和 IB =10 A时的输入信号比较得到的。取Re=200 ， IB=20 A，=50 300，所以 IC =1 6mA ，Ue=200*I E=0.21.2V ，该信号需放大 4 倍得到 Ue =0.8 4.8V 。3.7 显示部分通过单片机控制液晶1602 显示结果。4.1 系统电路图系统的整体电路如图4.1 所示：图 4.1 三极管电流放大系数测试原理图图中三极管的位置是以后被测三极管所插得位置。4.2 恒流源电路恒流源电路分为NPN 型恒

14、流源和PNP 型恒流源，分别提供测NPN 型的三极管和PNP 型的三极管参数的稳恒电流|IB|，其中测 NPN 时的电路图如图4.2 所示：第7页共20页+10VR2R1910k910kS1SW SPSTQ1NPNR5200图 4.2 测试 NPN 型三极管的电路测 PNP 时的恒流源电路如图4.3 所示：-10VR4R3910k910kQ2PNPS1SW-SPSTR6200图 4.3 测试 PNP 型三极管的电路在上两个图中当开关打开时IB =10 A，开关闭合时 IB =20 A，这样同时满足测直流放大系数_时IB =10 A，测交流放大系数 时 IB 由 10A变到 20A的要求。4.3

15、 采样放大电路第8页共20页图 4.4NPN 型三极管值测试采样放大电路图 4.5PNP 型三极管 值测试采样放大电路由于测试三极管直流放大系数和交流放大系数时所需放大的电压信号放大倍数不同且输入的基极电流也不同，所以设计双刀双掷开关用于放大不同的基极电流下的输出电压值。如图4.4，测试NPN 型三极管时开关打上去I B=20 A，输出电压R 9R10U e 放大倍数为 14 倍；开关打下去R11IB =10 A，输出电压 Ue 放大倍数为 1R 9IB=20 A，8 倍。如图 4.5，测试 PNP 型三极管时开关打上去R 11输出电压 U e 放大倍数为 R13R144 倍；开关打下去 IB

16、 =10 A，输出电压 U e放大倍数为R134 倍。R 15R154.4 数据处理及显示电路第9页共20页图 4.6三极管 值测试数据处理及显示电路用单片机控制ADC0809CCN进行数据采集并输出4.5 系统软件流程图图 4.9 软件流程图源供电不稳定，进而影响了运放，使得它放大倍数不稳定，所以就有杂波输出，在电路中的表第10页共20页现就是使液晶输出跳变。取 C9=100f， C14=0.1f经计算确定电阻值 R1110kR（60.1* 106）2 fC2 * 0.17* 100 * 10R1710kC9100uC140.1u图 5.2 滤波电路5.1 电源部分由于三极管需要10V 为

17、NPN 型三极管和PNP 型三极管分别供电， 而单片机需要+5V 电源为其供电，这样一个电路中使用了三组电源供电，增加了测试仪的供电难度。可以选用7805 来稳压输出+5V 电压，就可减少一组电源的使用，实现起来也更为简单。6 所用芯片的数据指标使用注意事项1）模拟输入电压不得超过5V 。2）参考电压必须非常稳定。3）输入电压过小会影响转换精度，若输入电压过小可在输入端接运放，以提高转换精度。6.1 集成运放集成电路是一种将 “管 ”和 “路 ”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使

18、之具有特定的功能。集成放大电路最初用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分 ）上，故被称为集成运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和发生电路之中，因其高性能、低价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。集成运放的电路结构特点1）因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。2）因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种差分放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有源负载）。3）因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同，增加元器件并不增加制造工序，所以集第11页共20页成运放

19、允许采用复杂的电路形式，以达到提高各种方面性能的目的。4）因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。5）集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常用复合形式，以得到各方面性能俱佳的效果。集成运放芯片LM324 主要性能·双电源供电，宽供电电压：3V 30V·输入偏置电流：20nA·输入失调电压：2mV·输入失调电流：2nA·差分输入电压范围即最大额定电源电压：32V·开环差额放大电压：100V/mV·内部频率补偿·共模输入电压范围包括地&#

20、183;独立于供电电压的电流损耗：0.8mA集成运放芯片LM324 功能描述LM324 有 4 个独立的，高增益，内部频率补偿的运算放大器。单电源供电范围广。V CC 接至少1.5V 的共模输入电压。包括传感器放大、电压放大模块和所有的常规运算放大器电路的应用在单电源电压系统中可以更简单的实现。6.2LCD1602 液晶显示器显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（ CRT ）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻液晶

21、显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低相对而言， 液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD ，目前常用16*1 ， 16*2 ，20*2 和 40*2 行等的模块。 下面以长沙太阳人电子有限公司的1602 字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602 字符型液晶显示器实物如图10-53 ：第12页共20页图 10-53 1602字符型液晶显示器实物图10 8.2.1 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LC

22、D分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780 ，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图10-54 所示：图 10-54 1602LCD尺寸图1602LCD主要技术参数：第13页共20页显示容量 :16 ×2 个字符芯片工作电压:4.5 5.5V工作电流 :2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸 :2.95 ×4.35(W× H)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的 14 脚（无背光）或16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13 所示 :编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2

23、数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据 /命令选择12D5数据5R/W读 /写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表 10-13 ：引脚接口说明表第 1 脚： VSS 为地电源。第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚： R/W 为读写信号线，

24、高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS 为低电平R/W 为高电平时可以读忙信号，当RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚： D0 D7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。第14页共20页7.1 做成的实验板如下：7.2 制作过程：在网上查阅了很多的资料，最终参考了发射极产生电压送显示的方法，然后放大模块，采样模块，数据采集模块，显示模块完全通过我们小组设计出来的，所以工作量很大经过大

25、量的讨论，最终确认了如上方案，用了几天把电路板做出来，经过严格的检查，电路连接没有出现错误，但是刚开始输出非常不稳定，在调试阶段是最苦的，我们换了很多的程序设计的方法，最终的到现在的这个程序，已经稳定输出，但是每次复位后，输出会存在一定的误差，由于时间的关系，我们也只能做到这样了。8.1 操作方式刚开始开关右拨，等待液晶显示，大约 6 秒这样，这个很重要，能否成功就看这个了，因为这是程序经过编写改造的，绝对不是网上抄袭，然后在显示数之后，按下按键开关，把 npn 模块的两个开关往另一个方向一拨，等待几秒钟就可以显示交流下的放大倍数显示了。 Pnp 管也是这样显示的，但是要把电路中间那个开关往下

26、打。Ok 就这样。9.1 操作过程及结果我们电路的采样电压是慢慢的升上去，这个是什么原因我们也不太清楚，猜测可能是 npn 三极管的问题，因为 pnp 模块没有这种现象现在，那时困扰我们很长的时间，因为经过 ADC0809 转换后，显示很不稳定，所以在程序设计的时候，初始化完毕后我们采用延时6 秒，等待电压稳定。最后按照正常的操作方式，测得npnC9013 在直流电下放大倍数为207，交流为 231，pnpS9014在直流电下放大倍数为 65，交流为 66.10.1 实习总结：经过三周的努力，我们学习到了许多东西，对做电路板有了一个更加清楚地认识，明白了团队合作的重要性，在这第15页共20页三

27、周，学会了对 adc0809ccn和液晶显示 LCD1602 使用，对画图软件有了一个更加全面认识，使用起来更加灵活，在其中我们，我们知道了做电路不难，但是调电路让人很头疼，所以一定要有一颗恒心，不拍艰难，这样我们可能做得更好，电路做得不是很好输出还不够稳定，但是时间已经没有了，从这一方面也证实了我们小组的基础还是不够扎实，需要在以后的学习中更加努力，更加认真。同时感谢在这三周指导老师对我们的帮助。我们相信以后一定会做得更好的。11.1 C 语言程序代码本代码由我们小组两个成员共同讨论了很久，其中更换了多次设计程序的想法，还存在一定的不足，不过已经可以使数据稳定的输出#include<r

28、eg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key=P23;bit flag=0;sbit rs=P24;sbit rw=P25;sbit e=P26;sbit CLK=P35;/ 接时钟接口 ,为 adc0809 提供时钟 sbit st=P36;sbit oe=P37;sbit eoc=P27;uchar code table="B="uchar code table1="I like cpu "uchar adcreg,bai,shi,ge;uchar tem

29、p,xyb,b,num;void delay(uint t)uint x;for(;t>0;t-)for(x=113;x>0;x-);第16页共20页/*delay_1ms(uint t)uint x,y;for(x=t;x>0;x-)for(y=113;y>0;y-);*/delay_50us(uint t)uchar j;for(;t>0;t-)for(j=19l;j>0;j-);/*delay_50ms(uint t)uint j;for(;t>0;t-)for(j=6245;j>0;j-);*/void write_com(uchar c

30、om)e=0;rs=0;rw=0;P0=com;delay_50us(10);e=1;delay_50us(20);e=0;void write_data(uchar dat)e=0;rs=1;rw=0;P0=dat;第17页共20页delay_50us(10);e=1;delay_50us(20);e=0;void init(void)/ 初始化定时器TMOD=0x01;/ 选择 t0 的工作方式1TH0=(65536-200)/256;TL0=(65536-200)%256;EA=1;/ 开总中断ET0=1;/ 开定时器t0TR0=1;/ 启动定时器t0/*T0 的中断服务程序，为 adc0809ccn 提供时钟信号 */ void timer0int() inte