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1、简易半导体三极管参数测试仪摘要:三极管特性参数测试系统以 AT89S52单片机最小系统为核心， 应用 ADC0804 和运放组成数据采集电路，DAC7528和精密电阻组成数控电压源。 整个系统采用模块化设计， 能较精确的对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等特性参数进行测量。 利用单片机将采集所得的数据进行处理， 并通过 LCD 对各项参数和输入输出曲线进行显示。关键词: 单片机 三极管 采样 特性参数 系统测试 Abstract： The system is a characteristic parameters test system of transisto
2、r based on AT89S52 SCM system as the core chip .With AD0804 and op-amp making up data acquisition circuit, and with DAC7528 and precise resistance composing digital control voltage source. The whole system uses modular design, it can measure the characteristics parameters of transistor, like ac/dc a
3、mplification coefficient of transistor, the collector or emitter reverse breakdown voltage and reverse saturation current. The acquired data processed by SCM system, then the various parameters, the input and output curve will display on the LCD.Key word: SCM transistor sample characteristic paramet
4、er test system引言: 在模拟电子线路设计、测试、调试时，我们经常要对半导体三极管放大系数、反向击穿电压、反向饱和电流、晶体管的输入输出特性曲线、延迟时间、晶体管开启时间、存贮时间等多种参数进行测量。但是传统的半导体三极管特性参数、放大倍数等的测试主要采用晶体管特性图示仪或万用表。晶体管特性图示仪可以显示三极管的输入、输出特性曲线，估读直流、交流放大倍数等，但其测量准确度不高，携带不方便，而万用表只能测晶体管的直流放大倍数，并且误差较大,不能显示晶体管的特性曲线。因此设计了一个简易半导体三极管参数测试仪，使它具有测量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等
5、特性参的功能。1 方案论证及原理分析1.1 总体方案(框图)系统设计方案如图一所示，主要包括测试部分，采样部分，数据处理部分和显示部分。通过数控恒压源与数控恒流源提供三极管集电极和基极电压，然后分别通过电压跟随，差分放大和反向电路获得基极、集电极电压，电流送入由ADC0804为核心的采样电路，再在单片机中进行数据处理，最后由显示电路将所测参数在LCD上显示出来。而根据任务要求及电路的实际情况，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。三极管放大电路采样电路单片机最小系统数控电源键盘显示电路图一1.2 主要单元方案论证及选择1.2.1 测试采样部分方
6、案一：采用基极和集电极电阻两端直接测电压。此方法简单，易于操作，但精度不高。方案二：如下图二所示，A/D转换器是本系统参数测量系统的核心部件， 它把采集的模拟量变换成数字信号， 送到单片机中进行处理。 在设计中对 ADC0804 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 8路8位A/D转换器 ADC0804。利用两路数据采集电路分别对基极电压和集电极电阻两端电压进行采样。 基极和集电极电阻两端的电压采用具有高精度、 低漂移的差分放大器进行放大。 若所测三极管为PNP型管， 则经过反向比例电路转换为NPN型管。电路转换为成正电压以满足 ADC0804 采样的需要。为了测得放大系数
7、的值，根据=Ic/Ib的基本原理，我们需要组建用于NPN型三极管参数的放大电路。主要由数控电源、三极管、放大电路和采样电路组成。参数测量步骤如下：（1） 判断三极管工作类型若Vb-Vc0，则三极管为NPN型；相反若Vb-Vc0，则三极管为PNP型。（2）参数测量测量三极管参数的前提就是要使三极管工作再放大状态，通过该电路，测得A/D转换器D0D7点的电压值。再根据=Ic/Ib计算出的值。例：若三极管工作在PNP模式，则经过设计电路放大，反向后得到NPNz正向电压满足A/D的要求。从而可得：Ic=(D2-D0)/Rc；Ib=(D6-AD4)/Rb；所以=Ic/Ib。因此采用方案二处理， 电路结构
8、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。数控电流源数控电压源Rb100k-5V-5V放大跟随跟随差分放大跟随跟随差分放大反相放大反相反相反相D/AD/ARc图二D0D1D2D3D4D5D6VcVbD7A/D1.2.2 数据处理部分该部分由单片机、电子开关构成。由A/D转化器将测得的模拟信号转换为数字信号后，送入单片机进行数据处理。这部分主要由软件来控制，通过将软件下载到单片机，进行数据处理。再由电子开关对单片机进行控制，显示所要求测得的交直流放大系数，反向击穿电压和反向饱和电流和各项参数的输入输出曲线。单片机数据处理电子开关A/DLCD显示图三1.2.3 显示部分该部分
9、由LCD液晶显示器锁存器和稳压器组成。由单片机输入处理后的信号进入锁存器，最后在LCD上显示出来所要求的测试参数和曲线。LCD具有低压微功耗，显示信息量大（像素很小）等特点。因此更容易驱动和显示较清晰地曲线图。设计框图如图三所示：锁存器LCD显示器稳压器+3.3Vv图四A/D2 硬件部分2.1 部分模块电路为了完成本次设计的要求，我们制作了三个电路板，包括测试电路板，单片机小系统板，LCD显示电路板。2.1.1 测试电路模块测试电路板由数控电源、三极管、放大器构成。该放大电路分别又由两个TL084放大电路和两个TL082放大电路组成。 2.1.2 单片机小系统模块单片机小系统板由单片机模块，A
10、/D模块，D/A模块，电源模块，按键及复位模块和电子开关构成。2.1.2.1 单片机模块电路2.1.2.2 A/D模块电路2.1.2.3 D/A模块电路2.1.2.4 按键及复位电路2.1.3 LCD显示电路模块该部分主要由HB12864M2A液晶显示器、74ALS02或非门、MC74HC573AN锁存器和SPX1117-3.3稳压器组成。其中HB12864M2A工作在并行接口模式。SPX1117-3.3为一个低功耗正向电压调节器，其可以用在高效率，小封装的低功耗的设计中。3 软件部分3.1 设计思路先初始化，将三极管类型初始定义为NPN型；由D/A将设置的数字量转换为模拟电压量，输入测试电路
11、板，以驱动测试电路；再根据Vb，Vc的值判断三极管的类型，若为NPN型，则由电子开关选取0，2，4，6管脚的值，并经过A/D转换将其送入单片机中进行数据处理；处理后的数值通过LCD进行显示；若为PNP型，则由电子开关选取1，3，5 ，7管脚的值，其后与NPN一致。3.2 主程序流程图开始初始化D/A是否为NPNA/D1357脚有效A/D0246脚有效数据处理LCD显示3.3 主要单元流程图4 系统调试与数据分析4.1 调试仪器:测试使用的仪器主要有数字式万用表、示波器DS1752E、函数发生器EE1410、直流稳压稳流电源DH1723-1。4.2 调试步骤4.2.1 液晶板调试第一步：在未接电
12、源的情况下,检测线路之间是否连通；芯片的接地端是否接通；线路之间是否有短路。第二步：在液晶板上插上74ALS02或非门和MC74HC573AN锁存器芯片后，输入3.3v后测试液晶管脚是否导通，电压是否正常。第三步：插上LCD，采用并口方式，将JI端口短接，检查LCD是否正常。4.2.2 单片机小系统板调试第一步：在未接电源的情况下，检测线路之间是否连通；芯片的接地端是否接通；线路之间是否有短路。第二步：信号发生器产生锯齿波，并直接与示波器连接。比较两者产生的锯齿波是否一致。第三步：插上A/D，D/A，单片机和电子开关的芯片。输入电压正负电压12V。将信号发生器产生的锯齿波接入A/D，然后下载一
13、个A/D，D/A程序到单片机，选通A/D，D/A。第四步：采用双踪示波器，比较第二步中示波器所显示的锯齿波与D/A所显示的锯齿波是否一致，若一致或误差较小，则系统正常。4.2.3 测试板调试第一步：在未接电源的情况下，检测电源线是否连通，芯片的接地端是否连通，电源与地是否短路；第二步：功率放大电路部分, 检测电源和地,插上OP07，将输入与地短接时调节RW2，使输出为零，当输入为5V时，调节RW1，使输出为10V，反复调节两个电位器，使输入锯齿波时，集电极输出无明显失真；第三步：恒流源部分,检测电源和地, 插上OP07,短接晶体管的基极和发射极，当输入电压为0-5V时，测量基极取样电阻上的电压
14、是否线性变化；第四步：插上TL084和TL082,检测电源和地,测试输入端电压，再测试输出端电压；第五步：使用函数发生器产生频率约1KHz、幅度为5V并经过电平平移为正的锯齿波，输入功率放大电路，加入待测试的晶体管，改变基极电流的控制电压，使用示波器观察晶体管输出特性曲线。4.3 测试数据及分析4.3.1 测试数据4.3.2 误差分析5 设计总结本次课题用了十天的时间，采用了以 AT89S52单片机最小系统为核心，运用ADC0804 和运放组成数据采集电路，DAC7528和精密电阻组成数控电压源。 整个系统采用模块化设计， 能较精确的对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等特性参数进行测量。在硬件方面，经过前几轮的课题，更加熟练运用Altium Designer Summer 08软件，因此这次制作较快，测试时间加长。包括：对设计的小结；设计收获体会；对设计的进一步完善提出意见或建议。6 参考文献7 附:7.1 PCB：7.1.1 测试电路：7.1.2 单片机：7.1.3 液晶：
