数字电子课程设计-三极管参数电路

1、数字电子课程设计目录摘要一、方案比较、设计与论证 (2二、理论分析与计算 (4三、电路图及有关设计文件 (63.1、系统原理框图3.2、系统电路图详细分析及其实现四、测试仪器与方法 (114.1、测试仪器4.2、测试过程及方法五、心得体会 (13参考文献三极管参数测试仪电路设计摘要本系统电路是利用C51,辅以必要的外围电路,并进行模块化设计而成的三极管参数测试仪。它具有功能稳定,精确度高,传输数据快的特点。本系统电路实现了本次课程设计的基本要求,而且我认为它的设计很具有一定的创造性。·1·一、 方案比较、设计与论证针对题目要求,经过分析,我认为主要由四个大的模块来实现系统设

2、计(如图一所示: 控制模块; 模拟处理模块; 数字处理模块; 显示模块1. 控制部分方案论证【方案一】采用高性能的专用单片机芯片实现系统,可以很好的解决同时采样和控制显示的功能,且由于该芯片本身带有D/A 和A/D 转换,不用另外设计,但是专用芯片的通用性差,使用起来比较麻烦,且市场价格高,购买时不方便。【方案二】针对题设要求,我也可以采用C51两片通用芯片来实现系统设计,一片用来实现控制显示、数据运算等功能;另一片用来产生扫描电压信号和调控恒流源。该方案克服了专用芯片通用性差的缺点,学习起来容易熟悉掌握,而且市场价格低,购买、使用方便。可见,两个方案都可以较好的实现系统功能,但考虑到专用芯片

3、通用差,市场价格高的缺点,所以在此,我采用第二种方案。2.模拟部分方案论证模拟处理部分,主要在于恒流源I B 的设计,它是该系统设计的重点之一。在整个系统的工作过程中,都需要提供一个相对恒定的基极电流I B ,因为I B 的精确程度直接影响到测量参数的精确与否,决定了测试电路设计的成败。【方案一】采用专用恒流源,它的性能稳定,简化了电路设计。但是市场购买的恒流源所能提供的恒流值一般是固定的,不能根据需要进行调节,市场价格也不低,使用不便。【方案二】自己制作可调恒流源,这样可以根据设计需要提供多种恒流I B 值,显示模块(图一模拟 处理 模块数字 处理 模块控制 部分 模块且成低,易于实现。由于

4、专用恒流源的数值不能调节,价格贵、使用不便,而自制恒流源更符合设计要求,所以我选择了方案二。3.数字部分方案论证该模块主要包括模数转化电路,数模转化电路,产生扫描电压电路。其中用C51扫描电压的产生电路是重点之一,其波形的选择至关重要。【方案一】用锯齿波作扫描电压,因为锯齿波是线性渐变的,其线性和周期性效果好;【方案二】用三角波作扫描电压,但是由于它的变化是从小到大再到小,这样显示输出特征曲线的效果如图二所示,效果有所影响;【方案三】用其他线性的波形作扫描电压也可实现,但涉及的电路较繁杂;比较三种方案,我选择方案一。(图二4.显示部分方案论证基本部分的测试数据显示,我采用液晶显示,这样可以清晰

5、明了。而发挥部分的输入、输出特性曲线的显示,有两种方案:【方案一】液晶显示有着轻便的优点,但是液晶显示器的效果好坏依赖与液晶的点阵密度,同时当数据采样时,就需要采集足够的样本点,增加了存储容量,实现起来比较麻烦。【方案二】采用100MHZ的模拟示波器来显示三极管共射极接法的输入和输出特性曲线,显示的效果非常好,清晰明了。由此,我选择了方案二。综上所述,我的总体方案是:控制部分采用通用的C51芯片,模拟部分采取自己制作恒流源,数字部分的扫描波形采用锯齿波。特性曲线显示部分我们采用示波器显示。二、 理论分析与计算2.1、共发射极直流电流放大系数 =(I C -I CEO /I B I C / I

6、B V CE =const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X 轴的直线(V CE =const来求取I C /I B ,如图三所示。在I C 较小时和I C 较大时,会有所减小,这一关系见图四。 2.2、反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流I CEO ,集电极基极间反向饱和电流I CBO ,I CBO的下标CB 代表集电极和基极,O 是Open 的字头,代表第三个电极E 开路。它相当于集电结的反向饱和电流。I CEO 和I CBO 有如下关系:I CEO =(1+I CBO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I B=0那条曲线所对应的Y 坐标

7、的数值。如图五所示。 (图三 (图四 (图五2.3、共发射极交流电流放大系数 =I C /I B V CE =const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I C /I B 。具体方法如图六所示。 2.4、V (BRCEO (如图七基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于V(BRCER 表示BE 间接有电阻,V (BRCES 表示BE 间是短路的。V (BRCBO (如图八发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR 代表击穿之意,是Breakdown 的字头, CB 代表集电极和基极,O 代表第三个电极E 开路。V (BR EBO 集电极开路时发射结的击穿

8、电压。几个击穿电压在大小上有如下关系:V (BRCBO V (BRCES >V (BRCER >V (BRCEO >V (BR EBO 2.5、考虑到误差要求,根据的公式:=I C /I B ,而I E =I C +I B ,所以I E /I B =+1,我们取U E 电压量为I C 的相应量(图六(图七 (图八(如图九,送示波器的Y 信道。而要求的测量误差的绝对值小于5N/100+1,其中N 是直流放大倍数的显示数值。可见,要求的误差绝对值就是相应于小于5%。 三、 电路图及有关设计文件3.1、 系统原理框图整个系统由控制模块、模拟处理模块、数字处理模块和显示模块四个模块组

9、成,各个模块又由几个相应的功能模块电路构成(如图十所示。(图九D/A锯齿波放大 D/A锯齿波产生恒流源调控同步恒流源产生输入、输出特性曲线电路AT89C2051 (2液晶显示AT89C2051(1键盘 输入A/D测量 电路测直流放大系数 测交流放大系数 击穿电压V (BRceo反向饱和电流I ceo 示波器 显示模块模拟处理模块控制、数字处理模块(图十并口通信由AT89C2051芯片(2编程产生数字信号,经D/A转换后分别变产生锯齿波信号和恒流调控信号。锯齿波信号经过锯齿波放大电路进行放大,恒流调控信号对恒流电源产生电路进行调控,产生各种所需的恒流电源值。AT89C2051芯片(1通过键盘输入

10、信号调控选择对几种参数进行测量。选定要测的参数由测量电路完成,并通过A/D转换成数字信号送芯片(1处理,处理完后,液晶进行显示测定的参数值。通过输入、输出特性曲线电路,在恒流源和扫描的锯齿波电压下,可以把信号送示波器显示。显示输入曲线时,X信道为V BE信号,Y信道为I B信号,显示输出特性曲线时X信道的信号为V CC,Y信道的信号为定值I B下相应的I C等效电压信号。这样在示波器上显示的就是以V CC为横坐标,相应的I C等效电压信号为纵坐标的特性曲线图。这样便可在示波器上显示出输入、输出特性曲线。3.2、系统电路图详细分析及其实现3.2.1、系统总体电路电路设计时所用的单片机AT89C2

11、051的管脚排列如图十一所示:AT89C2051(图十一系统的整体电路如图十二所示:3.2.2、恒流电源电路恒流源电路分为NPN 型恒流源和PNP 型恒流源,分别提供测NPN 极型的三极管和PNP 极型的三极管参数的稳恒电流|I B |,其中测NPN 时的电路图如图十三所示:123456ABCD654321DCBATitleNu mber Rev isio nSize BDate:12-Sep -2004Sheet o fFile:I:d ian zi三级管.DDB Drawn By:锯齿波的输入恒流源VOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R29OP07RG 1-

12、IN 2+IN 3-VS 4REF5OUTPUT 6+VS 7RG 8R31AD620VCC VCC控制电压R3247KR15100K-VCC-VCC -VCC R13100KR14100K-VCCR20100KR21100KVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R30OP07VCC-VCC R22100KR9100KR11100KR16100K R17100K R10100K R12100KR18100KR19100KB2C1E 3Q3NPN-VCC VCCVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R27OP07VCC-VCCR6100

13、KR7100KVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R26OP07VCC-VCC R8100KB2C1E 3Q1NPN S1SW-SPSTVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC 5OUT 6V+7VOS 8R28OP07VCC-VCC 1J1CON11J2CON11J6CON11J7CON11J3CON11J5CON11J4CON11J8CON1113322R23PR113322R24PR113322R25PRR4000100K R6000100KR5000100KR7000100KVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC 5OUT 6V+7VOS 8R888O

14、P07VCC-VCC1JIN CON11JOUT CON1R3000100K R2000100K(图十二 432锯齿波的输入恒流源VOS 1-IN 2+IN 3V-4NC 5OUT 6V+7VOS 8R29OP07RG 1-IN 2+IN 3-VS 4REF 5OUTPUT 6+VS 7RG8R31AD620VCC VCC控制电压R3247KR15100K -VCC-VCC-VCCR13100KR14100KR20100KR9100KR11100KR16100KR10100K R12100K-VCC VCCVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R27OP07VCC

15、-VCCR6100KR7100KVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R26OP07VCC-VCCR8100KB2C1E 3Q1NPN1J 1CON11J 2CON11J 6CON1J 71J 3CON11J 4CON11J 8CON1113322R23PR113322R24PR(图十三PR -VC C -VS AD6 20 R EF 4 7K 1 R1 4 1 00 K 三极管参数测试仪电路设计 R2 9 测 PNP 时的恒流源电路如图十四所示： -VC C -VC C 1 2 3 4 VOS VOS -IN V+ +IN OUT VNC 8 7 6 5 VC

16、C OP 07 恒 流 源 J8 1 C ON1 J6 C ON1 锯 齿 波 的 输 入 1 R2 0 1 00 K J7 C ON1 R3 0 3 2 B PR -VC C OP 07 1 R2 1 1 00 K R2 2 1 00 K -VC C 2 （图十四） 3 3.2.3、测反响击穿电压电路（如图十五） ： 2 VCC 3 4 R6 100K J2 CON1 1 R26 R23 2 PR -VCC 1 3 R9 100K J3 CON1 R27 1 2 3 4 R10 -VCC 100KR11 100K VOS -IN +IN VOP07 R12 100K J4 CON1 R28

17、1 3 2 1 2 3 4 VOS -IN +IN VOP07 VOS V+ OUT NC 8 7 6 5 VCC 1 EC 13 R2 5 2 1 2 3 4 VOS VOS -IN V+ +IN OUT VNC 8 7 6 5 VC C 2 1 Q3 NP N 1 B E C 13 2 Q1 NPN VOS V+ OUT NC 8 7 6 5 VCC R7 100K J1 CON1 R8 100K 3.3.4、模数、数模电路 -VCC 1 3 1 图十五 R13 100K R15 100K R31 3 1 2 3 4 S1 SW-SPST -VCC VO -IN +IN V- OP07 2

18、 13 R24 2 PR 控制电压 1 2 3 4 RG RG -IN +VS +IN OUTPUT -VS REF 8 7 6 5 ·9· VCC R32 47K R16 R17 100K 100K R18 100 J3 CON1 D VCC 1 三极管参数测试仪电路设计 3.2.4、采样、放大电压电路（如图十六） ： J4 CON1 R2 8 1 1 2 3 4 S1 SW-SPST -VCC VOS VOS -IN V+ +IN OUT VNC OP07 R1 9 1 00 K 8 7 6 5 VCC J5 1 CON1 R1 6 1 00 K R1 7 1 00 K

19、 R1 8 1 00 K R3 00 0 1 00 K R8 88 R2 00 0 1 00 K -VCC 1 2 3 4 VOS VOS -IN V+ +IN OUT VNC OP07 J OUT CON1 C 1 8 7 VCC 6 5 R6 00 0 1 00 K R7 00 0 1 00 K R4 00 0 1 00 K R5 00 1 0 00 K J IN 1 CON1 （图十六） 四、 测试仪器与方法 4.1、 测试仪器 在测试过程中，需要用到的仪器主要有： B 100MHZ 的模拟示波器、数字万用表、EDA 系统开发工具、仿真器和 PC 机等。 4.2、 测试过程及方法 （1）

20、 、控制模块测试 控制模块的调试就是下载编译好的程序，运行测试，看所得结果是否为要控制 A Titl e 结果。若不是所要结果，则分析、查找原因，修改相关电路与程序，完成调试。 Size （2） 、模拟处理模块测试 B Dat e: 1 2-Sep -2 0 04 Sheet o f 模拟模块需要调制的主要是恒流源的调试，其方法是： File: I:d ian zi 三 级 管 .DDB Drawn By: 4 Nu mber Rev i sio n 仿真器中仿真调试；当改变负载时，测试电流是否改变。若变化很大，则说明 自行设计恒流源的方法可以实现。仿真调试通过后，再进行硬件调试。搭硬件恒流

21、源电路进行调试时，改变负载的电阻值，然后用数字万用表在电路中测试电流，看 是否有变化，若没有，则调试通过。 （3） 、数字处理模块测试 数字处理模块涉及 D/A，A/D 的调试。 在调试 D/A 时，用单片机芯片编程产生周期数字信号，由于芯片是 8 位的， ·10 · 5 6 三极管参数测试仪电路设计 所以产生 0-255 个数，把 D/A 的输出端接入示波器，看示波器的波形是否符合预定 要求。符合，则调试通过。 调试 A/D 时，输入模拟数据，看是否为模数转化后的数据。不是，则分析、 调整电路和程序；若是，则通过调试。 （4） 、显示模块测试 对于显示模块的调试，就液晶显示而言，具体的是下载液晶显示程序，看是否 能正常显示。对于示波器，显示输入曲线时，X 信道为 VBE 信号，Y 信道为 IB 的相 应电压信号，显示输出特性曲线时 X 信道的信号为 VCC，Y 信道的信号为定值 IB 下 相应的 IC 等效电压信号。这样在示波器上显示的就是以 VCC 为横坐标，相应的 IC 等效电压信号为纵坐标的特性曲线图。这样