數(shù)字電子課程設(shè)計-三極管參數(shù)電路

1、數(shù)字電子課程設(shè)計目錄摘要一、方案比較、設(shè)計與論證 (2二、理論分析與計算 (4三、電路圖及有關(guān)設(shè)計文件 (63.1、系統(tǒng)原理框圖3.2、系統(tǒng)電路圖詳細(xì)分析及其實(shí)現(xiàn)四、測試儀器與方法 (114.1、測試儀器4.2、測試過程及方法五、心得體會 (13參考文獻(xiàn)三極管參數(shù)測試儀電路設(shè)計摘要本系統(tǒng)電路是利用C51,輔以必要的外圍電路,并進(jìn)行模塊化設(shè)計而成的三極管參數(shù)測試儀。它具有功能穩(wěn)定,精確度高,傳輸數(shù)據(jù)快的特點(diǎn)。本系統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)了本次課程設(shè)計的基本要求,而且我認(rèn)為它的設(shè)計很具有一定的創(chuàng)造性。·1·一、 方案比較、設(shè)計與論證針對題目要求,經(jīng)過分析,我認(rèn)為主要由四個大的模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)

2、計(如圖一所示: 控制模塊; 模擬處理模塊; 數(shù)字處理模塊; 顯示模塊1. 控制部分方案論證【方案一】采用高性能的專用單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng),可以很好的解決同時采樣和控制顯示的功能,且由于該芯片本身帶有D/A 和A/D 轉(zhuǎn)換,不用另外設(shè)計,但是專用芯片的通用性差,使用起來比較麻煩,且市場價格高,購買時不方便。【方案二】針對題設(shè)要求,我也可以采用C51兩片通用芯片來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計,一片用來實(shí)現(xiàn)控制顯示、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能;另一片用來產(chǎn)生掃描電壓信號和調(diào)控恒流源。該方案克服了專用芯片通用性差的缺點(diǎn),學(xué)習(xí)起來容易熟悉掌握,而且市場價格低,購買、使用方便?？梢?兩個方案都可以較好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,但考慮到專用芯片

3、通用差,市場價格高的缺點(diǎn),所以在此,我采用第二種方案。2.模擬部分方案論證模擬處理部分,主要在于恒流源I B 的設(shè)計,它是該系統(tǒng)設(shè)計的重點(diǎn)之一。在整個系統(tǒng)的工作過程中,都需要提供一個相對恒定的基極電流I B ,因?yàn)镮 B 的精確程度直接影響到測量參數(shù)的精確與否,決定了測試電路設(shè)計的成敗。【方案一】采用專用恒流源,它的性能穩(wěn)定,簡化了電路設(shè)計。但是市場購買的恒流源所能提供的恒流值一般是固定的,不能根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié),市場價格也不低,使用不便?！痉桨付孔约褐谱骺烧{(diào)恒流源,這樣可以根據(jù)設(shè)計需要提供多種恒流I B 值,顯示模塊(圖一模擬 處理 模塊數(shù)字 處理 模塊控制 部分 模塊且成低,易于實(shí)現(xiàn)。由于

4、專用恒流源的數(shù)值不能調(diào)節(jié),價格貴、使用不便,而自制恒流源更符合設(shè)計要求,所以我選擇了方案二。3.數(shù)字部分方案論證該模塊主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)化電路,數(shù)模轉(zhuǎn)化電路,產(chǎn)生掃描電壓電路。其中用C51掃描電壓的產(chǎn)生電路是重點(diǎn)之一,其波形的選擇至關(guān)重要。【方案一】用鋸齒波作掃描電壓,因?yàn)殇忼X波是線性漸變的,其線性和周期性效果好;【方案二】用三角波作掃描電壓,但是由于它的變化是從小到大再到小,這樣顯示輸出特征曲線的效果如圖二所示,效果有所影響;【方案三】用其他線性的波形作掃描電壓也可實(shí)現(xiàn),但涉及的電路較繁雜;比較三種方案,我選擇方案一。(圖二4.顯示部分方案論證基本部分的測試數(shù)據(jù)顯示,我采用液晶顯示,這樣可以清晰

5、明了。而發(fā)揮部分的輸入、輸出特性曲線的顯示,有兩種方案:【方案一】液晶顯示有著輕便的優(yōu)點(diǎn),但是液晶顯示器的效果好壞依賴與液晶的點(diǎn)陣密度,同時當(dāng)數(shù)據(jù)采樣時,就需要采集足夠的樣本點(diǎn),增加了存儲容量,實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩?！痉桨付坎捎?00MHZ的模擬示波器來顯示三極管共射極接法的輸入和輸出特性曲線,顯示的效果非常好,清晰明了。由此,我選擇了方案二。綜上所述,我的總體方案是:控制部分采用通用的C51芯片,模擬部分采取自己制作恒流源,數(shù)字部分的掃描波形采用鋸齒波。特性曲線顯示部分我們采用示波器顯示。二、 理論分析與計算2.1、共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =(I C -I CEO /I B I C / I

6、B V CE =const在放大區(qū)基本不變。在共發(fā)射極輸出特性曲線上,通過垂直于X 軸的直線(V CE =const來求取I C /I B ,如圖三所示。在I C 較小時和I C 較大時,會有所減小,這一關(guān)系見圖四。 2.2、反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流I CEO ,集電極基極間反向飽和電流I CBO ,I CBO的下標(biāo)CB 代表集電極和基極,O 是Open 的字頭,代表第三個電極E 開路。它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。I CEO 和I CBO 有如下關(guān)系:I CEO =(1+I CBO相當(dāng)基極開路時,集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流,即輸出特性曲線I B=0那條曲線所對應(yīng)的Y 坐標(biāo)

7、的數(shù)值。如圖五所示。 (圖三 (圖四 (圖五2.3、共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =I C /I B V CE =const在放大區(qū) 值基本不變,可在共射接法輸出特性曲線上,通過垂直于X 軸的直線求取I C /I B 。具體方法如圖六所示。 2.4、V (BRCEO (如圖七基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。對于V(BRCER 表示BE 間接有電阻,V (BRCES 表示BE 間是短路的。V (BRCBO (如圖八發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓。下標(biāo)BR 代表擊穿之意,是Breakdown 的字頭, CB 代表集電極和基極,O 代表第三個電極E 開路。V (BR EBO 集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿

8、電壓。幾個擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系:V (BRCBO V (BRCES >V (BRCER >V (BRCEO >V (BR EBO 2.5、考慮到誤差要求,根據(jù)的公式:=I C /I B ,而I E =I C +I B ,所以I E /I B =+1,我們?nèi) E 電壓量為I C 的相應(yīng)量(圖六(圖七 (圖八(如圖九,送示波器的Y 信道。而要求的測量誤差的絕對值小于5N/100+1,其中N 是直流放大倍數(shù)的顯示數(shù)值?？梢?要求的誤差絕對值就是相應(yīng)于小于5%。 三、 電路圖及有關(guān)設(shè)計文件3.1、 系統(tǒng)原理框圖整個系統(tǒng)由控制模塊、模擬處理模塊、數(shù)字處理模塊和顯示模塊四個模塊組

9、成,各個模塊又由幾個相應(yīng)的功能模塊電路構(gòu)成(如圖十所示。(圖九D/A鋸齒波放大 D/A鋸齒波產(chǎn)生恒流源調(diào)控同步恒流源產(chǎn)生輸入、輸出特性曲線電路AT89C2051 (2液晶顯示AT89C2051(1鍵盤 輸入A/D測量 電路測直流放大系數(shù) 測交流放大系數(shù) 擊穿電壓V (BRceo反向飽和電流I ceo 示波器 顯示模塊模擬處理模塊控制、數(shù)字處理模塊(圖十并口通信由AT89C2051芯片(2編程產(chǎn)生數(shù)字信號,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后分別變產(chǎn)生鋸齒波信號和恒流調(diào)控信號。鋸齒波信號經(jīng)過鋸齒波放大電路進(jìn)行放大,恒流調(diào)控信號對恒流電源產(chǎn)生電路進(jìn)行調(diào)控,產(chǎn)生各種所需的恒流電源值。AT89C2051芯片(1通過鍵盤輸入

10、信號調(diào)控選擇對幾種參數(shù)進(jìn)行測量。選定要測的參數(shù)由測量電路完成,并通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送芯片(1處理,處理完后,液晶進(jìn)行顯示測定的參數(shù)值。通過輸入、輸出特性曲線電路,在恒流源和掃描的鋸齒波電壓下,可以把信號送示波器顯示。顯示輸入曲線時,X信道為V BE信號,Y信道為I B信號,顯示輸出特性曲線時X信道的信號為V CC,Y信道的信號為定值I B下相應(yīng)的I C等效電壓信號。這樣在示波器上顯示的就是以V CC為橫坐標(biāo),相應(yīng)的I C等效電壓信號為縱坐標(biāo)的特性曲線圖。這樣便可在示波器上顯示出輸入、輸出特性曲線。3.2、系統(tǒng)電路圖詳細(xì)分析及其實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計時所用的單片機(jī)AT89C2051的管腳排列如圖十一

11、所示:AT89C2051(圖十一系統(tǒng)的整體電路如圖十二所示:恒流源電路分為NPN 型恒流源和PNP 型恒流源,分別提供測NPN 極型的三極管和PNP 極型的三極管參數(shù)的穩(wěn)恒電流|I B |,其中測NPN 時的電路圖如圖十三所示:123456ABCD654321DCBATitleNu mber Rev isio nSize BDate:12-Sep -2004Sheet o fFile:I:d ian zi三級管.DDB Drawn By:鋸齒波的輸入恒流源VOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R29OP07RG 1-IN 2+IN 3-VS 4REF5OUTPUT

12、 6+VS 7RG 8R31AD620VCC VCC控制電壓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-VCCR6100KR7100KVOS 1-IN 2+IN 3V-

13、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 8R888OP07VCC-VCC1JIN CON11JOUT

14、 CON1R3000100K R2000100K(圖十二 432鋸齒波的輸入恒流源VOS 1-IN 2+IN 3V-4NC 5OUT 6V+7VOS 8R29OP07RG 1-IN 2+IN 3-VS 4REF 5OUTPUT 6+VS 7RG8R31AD620VCC VCC控制電壓R3247KR15100K -VCC-VCC-VCCR13100KR14100KR20100KR9100KR11100KR16100KR10100K R12100K-VCC VCCVOS 1-IN 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R27OP07VCC-VCCR6100KR7100KVOS 1-IN

15、 2+IN 3V-4NC5OUT 6V+7VOS 8R26OP07VCC-VCCR8100KB2C1E 3Q1NPN1J 1CON11J 2CON11J 6CON1J 71J 3CON11J 4CON11J 8CON1113322R23PR113322R24PR(圖十三三極管參數(shù)測試儀電路設(shè)計 所以產(chǎn)生 0-255 個數(shù)，把 D/A 的輸出端接入示波器，看示波器的波形是否符合預(yù)定 要求。符合，則調(diào)試通過。 調(diào)試 A/D 時，輸入模擬數(shù)據(jù)，看是否為模數(shù)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)。不是，則分析、 調(diào)整電路和程序；若是，則通過調(diào)試。 （4） 、顯示模塊測試 對于顯示模塊的調(diào)試，就液晶顯示而言，具體的是下載液晶顯示

16、程序，看是否 能正常顯示。對于示波器，顯示輸入曲線時，X 信道為 VBE 信號，Y 信道為 IB 的相 應(yīng)電壓信號，顯示輸出特性曲線時 X 信道的信號為 VCC，Y 信道的信號為定值 IB 下 相應(yīng)的 IC 等效電壓信號。這樣在示波器上顯示的就是以 VCC 為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的 IC 等效電壓信號為縱坐標(biāo)的特性曲線圖。這樣便可在示波器上顯示出輸入、輸出特性 曲線。 再把幾個半導(dǎo)體三極管插入電路中進(jìn)行測試，并紀(jì)錄下相關(guān)數(shù)值，調(diào)節(jié)整機(jī)， 使其到達(dá)最佳狀態(tài)。 五、心得與體會 為期一周的課程設(shè)計終于結(jié)束了，一剛開始， 同學(xué)們都覺得忐忑 不安。因?yàn)槲覀円郧皼]有做過電子課程設(shè)計，不知道怎么去做。然爾 再做過之

17、后，覺得真的是很好玩。覺得真是沒有虛度這一周的時間。 雖然這一次時間比較緊張。 但經(jīng)過認(rèn)真學(xué)習(xí)， 真的積累了經(jīng)驗(yàn)和知識。 感覺電子設(shè)計真的是很有趣。 這一次最重要的收獲就是激發(fā)了自己對 設(shè)計的興趣。 我認(rèn)為課程設(shè)計，其實(shí)是對課本知識的一次實(shí)踐，是對我們所學(xué)知 識的一次檢驗(yàn)和應(yīng)用。 通過這次實(shí)檢活動， 我明白了學(xué)以致用的道理， 書本與實(shí)際的差別。在這次課程設(shè)計實(shí)習(xí)中，學(xué)會了一些基本的畫圖 技能，能夠設(shè)計較為簡單的一些電路。這次課程設(shè)計主要是對以前電 子技術(shù)理論課程的應(yīng)用。在這次課程設(shè)計過程中，結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用來 理解以前學(xué)了而沒有學(xué)會的知識， 這給我對理論課的學(xué)習(xí)提供了很大 三極管參數(shù)測試儀電路設(shè)計 的幫助。也使我意識