11組 晶體管特性曲線

1、 簡(jiǎn)易晶體管測(cè)試儀設(shè)計(jì) 參賽組：摘要： 以單片機(jī)STM32F103ZET6為核心，由數(shù)字控制電路、恒流源電路及三極管擴(kuò)流電路組成一數(shù)控直流電流源；用單片機(jī)STM32F103ZET6按照輸出電流的大小做相應(yīng)的調(diào)整，在基準(zhǔn)電壓下按照一定的比例輸出步進(jìn)電壓值，再經(jīng)過由運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路從而得到恒定的電流，而為了保證能夠適應(yīng)較大的負(fù)載，本設(shè)計(jì)采用了達(dá)林頓三極管進(jìn)行擴(kuò)流，使輸出電流能達(dá)到較高的要求。最終實(shí)現(xiàn)了可調(diào)節(jié)的流直流電源。關(guān)鍵詞：STM32F103ZET6、晶體管、特性曲線、同步數(shù)控1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1.1基本任務(wù) 設(shè)計(jì)出能借助示波器顯示三極管CS9013（50V/500mA）特性曲

2、線的數(shù)控步進(jìn)恒流電源和同步鋸齒波掃描電壓，并與示波器結(jié)合測(cè)三極管CS9013特性曲線，其原理方框如圖1所示。圖1 晶體管特性圖示儀工作原理圖1.1.2基本要求(1)數(shù)控步進(jìn)恒流源：500µs步進(jìn)一階，每階電流增量500µA，從0至500µA，共10階。(2)掃描鋸齒波：周期500µs，幅度50V，負(fù)載能力大于250mA。(3)數(shù)控步進(jìn)恒流源與掃描鋸齒波用單片機(jī)1個(gè)IO口同步，同步周期500µs。 圖2 各信號(hào)圖(4)各信號(hào)如圖2所示。1.1.3發(fā)揮部分（1） 數(shù)控恒流電源每步進(jìn)階電流增量可預(yù)設(shè)：共有10、20、100µA十個(gè)值。1.2

3、設(shè)計(jì)方案共射極的輸出特性是指當(dāng)基極電流不變的時(shí)候，集電極電流與集射極電壓之間的關(guān)系，當(dāng)IB取不同的定值，IC 與UCE的關(guān)系曲線不同。因此，以STM32F103ZET6為核心，利用其內(nèi)部產(chǎn)生步進(jìn)電壓轉(zhuǎn)換為恒流源從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控IB,并由STM32F103ZET6控制鋸齒波電路產(chǎn)生同步鋸齒波掃描電壓，三極管的特性曲線，在示波器工作方式XY下顯示三極管的特性曲線。2 單元電路設(shè)計(jì)2.1同步鋸齒波產(chǎn)生電路2.1.1電路原理圖 圖4 同步鋸齒波產(chǎn)生電路圖2.1.2 工作原理 電源經(jīng)兩個(gè)二極管7148和電阻形成回路，在兩個(gè)二極管間形成1.4V的導(dǎo)通壓降，則=1.4V。當(dāng)、固定時(shí)，流過該路的電流不變，即流入三

4、極管的集電極的電流不變，在三極管中， 所以當(dāng)三極管2N5551截止時(shí)，形成對(duì)電容C3恒流充電，使其兩端的電壓線性增加。當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生脈沖使得導(dǎo)通時(shí)，C3經(jīng)過對(duì)地快速放電。本實(shí)驗(yàn)周期設(shè)置為500us，故可設(shè)計(jì)10us為正脈沖時(shí)間，使得電容兩端的電壓迅速變?yōu)榱?。?jīng)射極跟隨器后，在TIP122的射極即可產(chǎn)生鋸齒波。且與單片機(jī)產(chǎn)生得同步信號(hào)同步，輸出端電流很小，可接一個(gè)達(dá)林頓管提高帶負(fù)載能力。2.1.3 參數(shù)計(jì)算電容Ci取0.1uF， 脈沖周期為500us。假設(shè)脈寬只有10us左右，在此計(jì)算電容最大充電電流時(shí)不考慮。由，由。因?yàn)閕eic=I，Vae=0.7V.所以有，則可取一個(gè)270的電阻和一個(gè)100的

5、電位器串聯(lián)。2.2 V/I轉(zhuǎn)換模塊2.2.1電路原理圖 圖5 V/I轉(zhuǎn)換模塊2.2.2 工作原理 據(jù)5圖可知，運(yùn)放電路A、C構(gòu)成跟隨器，運(yùn)放B為同相放大電路，則U3=Uin,U8=U10=Uout，由運(yùn)放的知識(shí)克的，即，由圖可知、上的電壓為當(dāng)R5和Rw1固定后，其輸出電流也是固定得，所以通過此電路實(shí)現(xiàn)了V/I轉(zhuǎn)換，且輸出為恒流。2.2.3參數(shù)計(jì)算 3、軟件設(shè)計(jì)3.1實(shí)現(xiàn)功能（1）利用單片機(jī)產(chǎn)生一同步脈沖信號(hào)控制電容的充放電 （2）利用STM32F103ZET6內(nèi)部的比較器和電阻橋，通過按鍵控制狀態(tài)值，根據(jù)不同的狀態(tài)值實(shí)現(xiàn)在輸出口輸出電壓的步進(jìn)值。 （3）利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控步進(jìn)恒流源，控制500

6、µs步進(jìn)一階，每階電流增量50µA，從0至500µA，共10階。3.2軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)、開發(fā)工具本系統(tǒng)采用的開發(fā)平臺(tái)是STM32F103ZET6。3.3主程序設(shè)計(jì)3.3.1算法在程序開始時(shí)，先判斷是否需要上電復(fù)位，再對(duì)特殊功能寄存器進(jìn)行復(fù)位初始化，設(shè)置500 S定時(shí)，并開始執(zhí)行子程序。調(diào)整D/A數(shù)值模塊時(shí)，電流值按每500自動(dòng)加一次，加滿九次，當(dāng)電流值大于500時(shí)就進(jìn)行清零操作。同時(shí)開啟同步脈沖顯示電流值，延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)閉同步脈沖。3.3.2 系統(tǒng)程序流程圖 分析：中斷子程序500響應(yīng)一次，DA輸出電壓為03V，步進(jìn)為0.3V，晶體管B極電阻為6K，故電流為為050

7、0步進(jìn)為50。 PF6產(chǎn)生脈寬為10us，周期為500us的脈沖波。4、系統(tǒng)測(cè)試4.1測(cè)試儀器儀器名稱儀器型號(hào)數(shù)量雙蹤示數(shù)字波器DS21021直流穩(wěn)壓電壓源5O-MODEL GDM-81351數(shù)字萬用表GDM-81351表 14.2測(cè)試結(jié)果4.2.1階梯波測(cè)試 如圖所示。 圖6 通過觀察可知，在輸出口檢測(cè)到同步脈沖，周期為500，脈沖寬度為10.同時(shí)在RA2口檢測(cè)到階梯波，從圖上可知，一個(gè)周期共有十階，每階500，且與同步脈沖同步，在同步脈沖上升沿到來時(shí)即上升一階。4.2.2同步鋸齒波的測(cè)試用雙蹤方式同時(shí)觀察原理圖上設(shè)置的鋸齒波觀察點(diǎn)，如圖所示。圖7由觀察可知，鋸齒波與階梯波基本達(dá)到同步。4.

8、2.3晶體管特性曲線的測(cè)試用示波器接成圖1的X-Y模式，觀測(cè)特性曲線如圖。圖8 CS9013特性曲線觀察可知，待測(cè)曲線基本符合理論結(jié)果，測(cè)試結(jié)果較為理想5、結(jié)論 經(jīng)測(cè)試，本電路可以實(shí)現(xiàn)基本部分的所有要求，所得數(shù)據(jù)基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，觀察到的三極管特性曲線也較為理想。能夠做到0900uA范圍內(nèi)每次增加100uA,經(jīng)測(cè)試示波器所得波形符合電路的設(shè)計(jì)要求。6、參考文獻(xiàn)1張華林，周小方.電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)訓(xùn)教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.2童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2005年第9次印刷.7、附錄7.1元器件明細(xì)表表2器件型號(hào)數(shù)量器件型號(hào)數(shù)量集成塊LM3241電容10