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1、 简易晶体管测试仪设计参赛组：摘要： 以单片机 STM32F103ZET6 为核心，由数字控制电路、恒流源电路及三极管扩流电路组成一数控直流电流源；用单片机 STM32F103ZET6 按照输出电流的大小做相应的调整，在基准电压下按照一定的比例输出步进电压值，再经过由运放构成的恒流源电路从而得到恒定的电流，而为了保证能够适应较大的负载，本设计采用了达林顿三极管进行扩流，使输出电流能达到较高的要求。最终实现了可调节的流直流电源。关键词：STM32F103ZET6 、晶体管、特性曲线、同步数控1.系统设计1.1 设计任务1.1.1 基本任务设计出能借助示波器显示三极管 CS9013（50V/500
2、mA ）特性曲线的数控步进恒流电源和同步锯齿波扫描电压，并与示波器结合测三极管 CS9013 特性曲线，其原理方框如图1 所示。图 1 晶体管特性图示仪工作原理图1.1.2 基本要求(1)数控步进恒流源：500s 步进一阶，每阶电流增量 500A，从 0 至 500A，共 10 阶。(2)扫描锯齿波：周期 500s，幅度 50V，负载能力大于250mA。(3)数控步进恒流源与扫描锯齿波用单片机 1 个 IO 口同步，同步周期 500s。 图 2 各信号图(4)各信号如图 2 所示。步 进 数 控恒 流 源 X输 入 示 波 器 X-Y工 作 模 式 Y输 入 同 步 信 号 0 1 9 10
3、数 控 步 进 恒 流 源 扫 描 锯 齿 波 1.1.3 发挥部分（1）数控恒流电源每步进阶电流增量可预设：共有 10、20、100A 十个值。1.2 设计方案共射极的输出特性是指当基极电流不变的时候，集电极电流与集射极电压之间的关系，当 IB 取不同的定值，I C 与 UCE 的关系曲线不同。因此，以 STM32F103ZET6 为核心，利用其内部产生步进电压转换为恒流源从而实现数控 IB,并由 STM32F103ZET6 控制锯齿波电路产生同步锯齿波扫描电压，三极管的特性曲线，在示波器工作方式 XY 下显示三极管的特性曲线。2 单元电路设计2.1 同步锯齿波产生电路2.1.1 电路原理图
4、R1270R310KR410KRW1100冲冲+12V冲冲冲C1104T3TIP122T2 2N5551T15401D17148D27148c2100uiF/100VC3104be ca图 4 同步锯齿波产生电路图2.1.2 工作原理电源经两个二极管 7148 和电阻 形成回路，在两个二极管间形成 1.4V 的导通压降，3R则 =1.4V。当 、 固定时，流过该路的电流不变，即流入三极管的集电极的电流abV1RW不变，在三极管中， 所以当三极管 2N5551 截止时，形成对电容 C3 恒流充电，ceI2T使其两端的电压线性增加。当单片机产生脉冲使得 导通时，C3 经过 对地快速放电。2T本实验
5、周期设置为 500us，故可设计 10us 为正脉冲时间，使得电容两端的电压迅速变为零。经射极跟随器后，在 TIP122 的射极即可产生锯齿波。且与单片机产生得同步信号同步，3T输出端电流很小，可接一个达林顿管提高带负载能力。2.1.3 参数计算电容 Ci 取 0.1uF， 脉冲周期为 500us。假设脉宽只有 10us 左右，在此计算电容最大充电电流时不考虑。由 ，由 。因为ITCdtUc1 mAusVFUc4.2501.ie ic=I，Vae=0.7V.所以有 ，则可取一个 270 的电阻和一 294.70mAVaeR个 100 的电位器串联。2.2 V/I 转换模块2.2.1 电路原理图
6、图 5 V/I 转换模块2.2.2 工作原理据 5 图可知，运放电路 A、C 构成跟随器，运放 B 为同相放大电路，则U3=Uin,U8=U10=Uout， ，由运放)(215577 VoinRVinRUO的知识克的 ，即 ，由图可知 、 上的电oin56871Uoi92RW压为 当 R5 和 Rw1 固定后，其输出电流也是固定得，所以通过此电路inO7实现了 V/I 转换，且输出为恒流。2.2.3 参数计算3、软件设计3.1 实现功能（1）利用单片机产生一同步脉冲信号控制电容的充放电（2）利用 STM32F103ZET6 内部的比较器和电阻桥，通过按键控制状态值，根据不同的状态值实现在输出口
7、输出电压的步进值。（3）利用单片机实现数控步进恒流源，控制 500s 步进一阶，每阶电流增量 50A，从0 至 500A，共 10 阶。R510kR710KR610KR810KR95K6RW21K+5V321411324A 567324B1098324C R1060/0.6W冲冲冲UcUeC6104T49013C510uF/50VC4103VinVo3.2 软件设计平台、开发工具本系统采用的开发平台是 STM32F103ZET6。3.3 主程序设计3.3.1 算法在程序开始时，先判断是否需要上电复位，再对特殊功能寄存器进行复位初始化，设置 500 S 定时，并开始执行子程序。调整 D/A 数值
8、模块时，电流值按每 500 自动加一次，加满九次，当电流值大于 500s时就进行清零操作。同时开启同步脉冲显示电流值，延时一定时间后关闭同步脉冲。Au3.3.2 系统程序流程图分析：中断子程序 500 响应一次，DA 输出电压为 03V，步进为 0.3V，晶体管 Bus极电阻为 6K，故电流为为 0500 步进为 50 。AuPF6 产生脉宽为 10us，周期为 500us 的脉冲波。4、系统测试4.1 测试仪器表 14.2 测试结果4.2.1 阶梯波测试如图所示。图 6通过观察可知，在输出口检测到同步脉冲，周期为 500 ，脉冲宽度为 10 .ss同时在 RA2 口检测到阶梯波，从图上可知，
9、一个周期共有十阶，每阶 500 ，且与同步脉冲同步，在同步脉冲上升沿到来时即上升一阶。仪器名称 仪器型号 数量双踪示数字波器 DS2102 1直流稳压电压源 5O-MODEL GDM-8135 1数字万用表 GDM-8135 14.2.2 同步锯齿波的测试用双踪方式同时观察原理图上设置的锯齿波观察点，如图所示。图 7由观察可知，锯齿波与阶梯波基本达到同步。4.2.3 晶体管特性曲线的测试用示波器接成图 1 的 X-Y 模式，观测特性曲线如图。图 8 CS9013 特性曲线观察可知，待测曲线基本符合理论结果，测试结果较为理想5、结论经测试，本电路可以实现基本部分的所有要求，所得数据基本能够达到设
10、计的要求，观察到的三极管特性曲线也较为理想。能够做到 0900uA 范围内每次增加 100uA,经测试示波器所得波形符合电路的设计要求。6、参考文献1张华林，周小方.电子设计竞赛实训教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.2童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005 年第 9 次印刷.7、附录7.1 元器件明细表表 2器件 型号 数量 器件 型号 数量集成块 LM324 1 104 22N5401 1 102 12N5551 1电容22uF 4TP122 1 10K 5三极管CS9013 1 1K 2稳压管 1 1K8 15K 1电阻180 1电位器1K 1 功
11、率电阻 100/2W 48、系统原理图8.1 电路原理图R1270R310KR410KR510kR710KR610KR810KR95K6RW1100RW21K冲冲V+冲冲冲+5VSCR2 SI3/CS1VDD8 GND4PA 5PW 6PB 71MCP4100+5V+5V32 1411324A56 7324B1098 324 C R1060/0.6W冲冲冲UcUeC6104C1104T49013T3TIP122T2 2N5551T15401D17148D27148c2100uiF/100VC510uF/50VC41031 22J11 2JC3104Vo图 9 电路原理图8.2 电路 PCB 图图 10 电路 PCB 图
