基于单片机的三极管特性参数测试系统设计

1、第 !) 卷+,-( !)第 * 期.,( *重庆工业高等专科学校学报/,0123- ,4 56,278927 :,-; #$ ? * = ! = A成正电压以满足 B%5D) 采样的需要。采用这种方式处理，电路结构较简单，比采用基极和集电极电阻两端直接测电压的方法测量精度高。号：C.!#( H文献标识码：B系统设计方案整个系统的测试主要包括三极管交直流放大系数、集电极 = 发射极反向击穿电压和反向饱和电流!#( # 向击穿电压测量电路在该电路中主要是获得可调电压源，实现 !+ 电压的连续输出。本设计是将 %B5DA# 的输等三极管特性参数的测量。系统方框图如图 ! 所示。出经倍压电路后得到可

2、调高压，通过 %B逐步增大加在三极管集电极的电压，并同时对集电极电流进行实时检测，当检测到电流发生突变时下此时的 %B 输出电压值。根据加压倍数即可得到K&,。采用这种方法容易，便于检测，并且倍压电路输出电流小，即使出现误操作也不易对电路造成损坏。#( A 反向饱和电流测量电路由于反向饱和电流极小，测量中容易产生较大的误差。测量时用继电器将 !L 大电阻切入集电极电路，方便检测，减小误差。#( $ 三极管共射极输入输出特性曲线测量电路图 !系统总框图# 系统主要电路工作原理#( ! 三极管基极和集电极电压采样电路B I % 转换器是本系统参数测量系统的部!三极管输入特性曲线的测量。固定电压M

3、!5件，它把的模拟量变换成数字信号，送到单片机MN !#+ 通过 %B5DA# 逐渐增大基极电压 每增大一中进行处理。在设计中对 B I % 的转换速度、精度和器件成本满足系统要求的情况下，选用了 D 路 D 位B I % 转换器 B%5D)。次电压一次电流 #$ 记入内存。单片机将所得的各项数据处理后，在 G5% 上输出特性曲线。三极管输出特性曲线的测量。通过改变基极电阻 达到设计要求的基极电流。同样通过 %B 输出利用电路分别对基极电压和发射极电阻两端电压进行采样。基极电压经过普通运放组成的同向比例放大电路进行放大后送 B%5D) 中进行采样。而极电极电阻两端的电压则采用具有高精度、低漂移

4、的仪用放大器 J.B!#* 进行放大。若所测三极管为 :.: 型管，则经过反向比例电路转换改变电压 +5O每当改变一次集电极电压就一次电流 5 记入内存 显示输出特性曲线。由于三极管有 .:. 和 :.: 两种型号，测量两种三极管输入输出特性曲线时所用电压极性相反。收稿日期：#$ ) )作者简介：朱华贵 !)*)? ，男，江西临川人，江西财经大学电子学院副教授，主要从事电子线路、测试技术的教学及研究工作。!第 ! 卷重庆工业高等专科学校学报第 # 期这就要求单片机输出的电压有正负两个极性。达到 !*2。然后改变基极电阻，从而改变基极电流$%。用同样的方法测量，将基极电阻改变，可以得到本系统采用

5、一种典型的 $%&()* 双极性输出电路， 电路图如 * 所示。对应的输出特性曲线。处理并完所有的数据后，将数据送给显示电路输出集电极电流 ) 随管压降(# 变化的平滑曲线。), ) 共发射极直流电流放大系数放大系数的表达式为：! 9 （$ 7 .&1:）+ $%.& + $% * 2&1 9 ;?=?$! 在放大区基本不变，在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于+ 轴的直线A 2&1 9 ;?=? B 来求取，如图 ) 所示。在$ 较小时和 $ 较大时，$ , $%会有所减小，如图 C。图 * $ + % 转换电路*, - 测量结果处理电路把测量所得的参数和特性曲线通过液晶屏显示，同时可将测量

6、的结果送到计算机进行显示，而且扩展了数据、打印等功能。参数计算及分析), ! 输入特性曲线输入特性曲线反映的是以 !# 为参变量，基极电流 ./ 和发射结压降 0/1 之间的关系。其表达式图 ), C 反向饱和电流图 C集电极发射极间的反向饱和电流 $&1:，集电极$% & （(/1 ）!#为：基极间反向饱和电流$&1: 9 （! 3 !）$&/:$&/:，$&1: 和$&/: 有如下关系：常数单片机通过 $%&()* 输出电压从 开始变化，每次改变 , -2，直到 3 - 2。发射结压降相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线 $/ 9 那条曲线所对应的 - 坐标的数值

7、。如图 - 所示。(%#跟随电压变化，变化范围约为 , # 4 , ( 2。由于发射极接地，(%# & (%。每改变一次电压，单片机通过基极采样电路获得一组基极电流 $% 和基极电压(% 的变化的数值。存入内存单元。处理并完所有的数据后，将数据送给显示电路输出。可以得到一条基极电流随发射结压降 (%# 变化的光滑曲线。测565 型三极管时，只要将电压从 2 逐渐改变，每次改变 7 , -28 直到 7 -2 为止。), * 输出特性曲线输出特性曲线反映的是以基极电流为参变量。集电极电流和管压降之间的关系，其表达式为：$ & （(&1 ）!$% 常数当管压降 (# 超过 !2 后，集电极电流的大

8、小与基极电流 $% 成正比，即 $ 9 !$%。如果等间隔的改变 $% 的大小继续测试，可以得到一组间隔基本均匀，彼此平行的直线。本系统在测量时，先用单片机继电器8 使电阻连接在电路中。此时基极电流是图 -), - 击穿电压.A/D B &1:（如图 #）为基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于.A /D B &1D 表示 /1 间接有电阻，.A /D B &1E 表示 /1 间是短路的。.A /D B &/:（如图 F）为发射极开路时的集电结击穿电压。式中用下标 /D 代表击穿之意，&/ 代表集电极和基极，: 代表第三个电极 1 开路。.A/D B 1/: 为集电极开路时发射结的击穿电压

9、。几个击穿电压在大小上有如下关系：.A /D B &/:$ .A /D B &1EG .A /D B &1DG .A /D B &1:G .A /D B 1/:$% 然后通过 $%&()* 输出电压从 变化，每次改变 , ! 2，单片机通过集电极采样电路获得电流的变化的数值在内存单元中，直到电压!朱华贵# 基于单片机的三极管特性参数测试系统的设计用 DJ 显示测量结果，测量精度高，显示直观。并可将单片机与 D 机进行串口通讯，使系统具有测试结果打印功能。本测试系统具有功能稳定，精确度高，传输数据快等特点。参考文献! 童诗白编著 C 模拟电子技术基础 _ C版社，!GFFC图 T图 V北京：高等

10、教育出 谢自美主编 C 电子电路设计、实验、测试 _ C# 华中系统单片机程序采用 D 语言编写，系统软件流程图在此省略。科技大学9 =C 楼然苗编著 C H! 系列单片机设计实例 _ C 北京# 京航空结论本系统采用单片机作为Q航天大学9 =C器和计算器 Q 古天祥编著 C 电子测量原理 _ C 成都：成都电子科技大件各个部分协调有序地工作。系统有功能强，学9 =QC性能可靠的特点。采用了多种方法减小测量误差，采!#$%& ( )*+,-*. /*-*0+- 1#+$&% 23#+0( 1-$4 5*#4 & 6&.$+7$8 6*87$&!# $% & $($ %&()*& +&(,&-

11、(. /,0(01&, 2(&3456&789 :(,;() =!9:#+-*8+; ?;&6 45 &(750.A,46 7;4 .46&)( 0B (7A5- 514745 7467&() 686741 0B 75&0.4C D4(7454. 0(E?FGHH 10(0-&7;&, 1,;&(49 ;0I 70 -8 EJD=F=G 70N-4 ,A554(7 1-&B&,7&0( ,04BB&,&4(7 0B 75&0.49 7;4 5434564 750.4 (. 5434564 67A57&0( ,A554(7 54 .&6,A664. ;454CB051 .7 K ,LA&6&7&

12、0( ,&5,A&79 (. ;0I 70 7;4 .0AMN54O K 0345 30-7)4 0B 4-4,750.4 (. 41&77&() 4-4,M.$&%#8$*. 8($8$&+*-*0+-$ 上接第 2,-.*#+$8$+3 *&4 !(-0*+$& 687*&$#0 (* ?+ .$&%9ABC5 6*%&#$,0 9.3)*+, -.( & /$%012+, !3( & 4(%0562+, 7(86# 5(%9 & :.($ D;0()L&() 2(&3456&78 0B P,&4(,4 (. ?4,;(0-0)89 D;0()L&() Q=H=9:#+-*8+#：?;&6 45 &(3467&)74 7;4 6A45-67&,&78 (. .4B0517&0( 14,;(&61 &( ,01145,&- ;07 50-&()ER!S 1)(46&A1 -08 6;447C ?;4 1*&1A1 4-0()7&0( K 70 K B&-A54 54,;46 !TU 7 741457A546 VW6 !9(. 675&( 5746 ! X !=(. ;&); 675&( 574 64(6&7&3&78 4*0(4(7 54,;46 =C &6 6AN67(7&-