簡易半導體三極管參數(shù)測試儀摘要:三極管特性參數(shù)測試系統(tǒng)以 AT89S52單片機最小系統(tǒng)為核心， 應用 ADC0804 和運放組成數(shù)據(jù)采集電路，DAC7528和精密電阻組成數(shù)控電壓源。 整個系統(tǒng)采用模塊化設計， 能較精確的對三極管交直流放大系數(shù)、 集電極 發(fā)射極反向擊穿電壓和反向飽和電流等特性參數(shù)進行測量。 利用單片機將采集所得的數(shù)據(jù)進行處理， 并通過 LCD 對各項參數(shù)和輸入輸出曲線進行顯示。關鍵詞: 單片機 三極管 采樣 特性參數(shù) 系統(tǒng)測試 Abstract： The system is a characteristic parameters test system of transistor 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 amplification 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 parameter test system引言: 在模擬電子線路設計、測試、調試時，我們經(jīng)常要對半導體三極管放大系數(shù)、反向擊穿電壓、反向飽和電流、晶體管的輸入輸出特性曲線、延遲時間、晶體管開啟時間、存貯時間等多種參數(shù)進行測量。但是傳統(tǒng)的半導體三極管特性參數(shù)、放大倍數(shù)等的測試主要采用晶體管特性圖示儀或萬用表。晶體管特性圖示儀可以顯示三極管的輸入、輸出特性曲線，估讀直流、交流放大倍數(shù)等，但其測量準確度不高，攜帶不方便，而萬用表只能測晶體管的直流放大倍數(shù)，并且誤差較大,不能顯示晶體管的特性曲線。因此設計了一個簡易半導體三極管參數(shù)測試儀，使它具有測量三極管交直流放大系數(shù)、 集電極 發(fā)射極反向擊穿電壓和反向飽和電流等特性參的功能。1 方案論證及原理分析1.1 總體方案(框圖)系統(tǒng)設計方案如圖一所示，主要包括測試部分，采樣部分，數(shù)據(jù)處理部分和顯示部分。通過數(shù)控恒壓源與數(shù)控恒流源提供三極管集電極和基極電壓，然后分別通過電壓跟隨，差分放大和反向電路獲得基極、集電極電壓，電流送入由ADC0804為核心的采樣電路，再在單片機中進行數(shù)據(jù)處理，最后由顯示電路將所測參數(shù)在LCD上顯示出來。而根據(jù)任務要求及電路的實際情況，采樣電路的輸入電壓要不能太小，否則造成測試結果不準確，因此在采樣電路前加了一個放大電路。三極管放大電路采樣電路單片機最小系統(tǒng)數(shù)控電源鍵盤顯示電路圖一1.2 主要單元方案論證及選擇1.2.1 測試采樣部分方案一：采用基極和集電極電阻兩端直接測電壓。此方法簡單，易于操作，但精度不高。方案二：如下圖二所示，A/D轉換器是本系統(tǒng)參數(shù)測量系統(tǒng)的核心部件， 它把采集的模擬量變換成數(shù)字信號， 送到單片機中進行處理。 在設計中對 ADC0804 的轉換速度、 精度和器件成本滿足系統(tǒng)要求的情況下，選用了 8路8位A/D轉換器 ADC0804。利用兩路數(shù)據(jù)采集電路分別對基極電壓和集電極電阻兩端電壓進行采樣。 基極和集電極電阻兩端的電壓采用具有高精度、 低漂移的差分放大器進行放大。 若所測三極管為PNP型管， 則經(jīng)過反向比例電路轉換為NPN型管。電路轉換為成正電壓以滿足 ADC0804 采樣的需要。為了測得放大系數(shù)的值，根據(jù)=Ic/Ib的基本原理，我們需要組建用于NPN型三極管參數(shù)的放大電路。主要由數(shù)控電源、三極管、放大電路和采樣電路組成。參數(shù)測量步驟如下：（1） 判斷三極管工作類型若Vb-Vc0，則三極管為NPN型；相反若Vb-Vc0，則三極管為PNP型。（2）參數(shù)測量測量三極管參數(shù)的前提就是要使三極管工作再放大狀態(tài)，通過該電路，測得A/D轉換器D0D7點的電壓值。再根據(jù)=Ic/Ib計算出的值。例：若三極管工作在PNP模式，則經(jīng)過設計電路放大，反向后得到NPNz正向電壓滿足A/D的要求。從而可得：Ic=(D2-D0)/Rc；Ib=(D6-AD4)/Rb；所以=Ic/Ib。因此采用方案二處理， 電路結構較簡單， 比采用基極和集電極電阻兩端直接測電壓的方法測量精度高。數(shù)控電流源數(shù)控電壓源Rb100k-5V-5V放大跟隨跟隨差分放大跟隨跟隨差分放大反相放大反相反相反相D/AD/ARc圖二D0D1D2D3D4D5D6VcVbD7A/D1.2.2 數(shù)據(jù)處理部分該部分由單片機、電子開關構成。由A/D轉化器將測得的模擬信號轉換為數(shù)字信號后，送入單片機進行數(shù)據(jù)處理。這部分主要由軟件來控制，通過將軟件下載到單片機，進行數(shù)據(jù)處理。再由電子開關對單片機進行控制，顯示所要求測得的交直流放大系數(shù)，反向擊穿電壓和反向飽和電流和各項參數(shù)的輸入輸出曲線。單片機數(shù)據(jù)處理電子開關A/DLCD顯示圖三1.2.3 顯示部分該部分由LCD液晶顯示器鎖存器和穩(wěn)壓器組成。由單片機輸入處理后的信號進入鎖存器，最后在LCD上顯示出來所要求的測試參數(shù)和曲線。LCD具有低壓微功耗，顯示信息量大（像素很?。┑忍攸c。因此更容易驅動和顯示較清晰地曲線圖。設計框圖如圖三所示：鎖存器LCD顯示器穩(wěn)壓器+3.3Vv圖四A/D2 硬件部分2.1 部分模塊電路為了完成本次設計的要求，我們制作了三個電路板，包括測試電路板，單片機小系統(tǒng)板，LCD顯示電路板。2.1.1 測試電路模塊測試電路板由數(shù)控電源、三極管、放大器構成。該放大電路分別又由兩個TL084放大電路和兩個TL082放大電路組成。 2.1.2 單片機小系統(tǒng)模塊單片機小系統(tǒng)板由單片機模塊，A/D模塊，D/A模塊，電源模塊，按鍵及復位模塊和電子開關構成。2.1.2.1 單片機模塊電路2.1.2.2 A/D模塊電路2.1.2.3 D/A模塊電路2.1.2.4 按鍵及復位電路2.1.3 LCD顯示電路模塊該部分主要由HB12864M2A液晶顯示器、74ALS02或非門、MC74HC573AN鎖存器和SPX1117-3.3穩(wěn)壓器組成。其中HB12864M2A工作在并行接口模式。SPX1117-3.3為一個低功耗正向電壓調節(jié)器，其可以用在高效率，小封裝的低功耗的設計中。3 軟件部分3.1 設計思路先初始化，將三極管類型初始定義為NPN型；由D/A將設置的數(shù)字量轉換為模擬電壓量，輸入測試電路板，以驅動測試電路；再根據(jù)Vb，Vc的值判斷三極管的類型，若為NPN型，則由電子開關選取0，2，4，6管腳的值，并經(jīng)過A/D轉換將其送入單片機中進行數(shù)據(jù)處理；處理后的數(shù)值通過LCD進行顯示；若為PNP型，則由電子開關選取1，3，5 ，7管腳的值，其后與NPN一致。3.2 主程序流程圖開始初始化D/A是否為NPNA/D1357腳有效A/D0246腳有效數(shù)據(jù)處理LCD顯示3.3 主要單元流程圖4 系統(tǒng)調試與數(shù)據(jù)分析4.1 調試儀器:測試使用的儀器主要有數(shù)字式萬用表、示波器DS1752E、函數(shù)發(fā)生器EE1410、直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1723-1。4.2 調試步驟4.2.1 液晶板調試第一步：在未接電源的情況下,檢測線路之間是否連通；芯片的接地端是否接通；線路之間是否有短路。第二步：在液晶板上插上74ALS02或非門和MC74HC573AN鎖存器芯片后，輸入3.3v后測試液晶管腳是否導通，電壓是否正常。第三步：插上LCD，采用并口方式，將JI端口短接，檢查LCD是否正常。4.2.2 單片機小系統(tǒng)板調試第一步：在未接電源的情況下，檢測線路之間是否連通；芯片的接地端是否接通；線路之間是否有短路。第二步：信號發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波，并直接與示波器連接。比較兩者產(chǎn)生的鋸齒波是否一致。第三步：插上A/D，D/A，單片機和電子開關的芯片。輸入電壓正負電壓12V。將信號發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波接入A/D，然后下載一個A/D，D/A程序到單片機，選通A/D，D/A。第四步：采用雙蹤示波器，比較第二步中示波器所顯示的鋸齒波與D/A所顯示的鋸齒波是否一致，若一致或誤差較小，則系統(tǒng)正常。4.2.3 測試板調試第一步：在未接電源的情況下，檢測電源線是否連通，芯片的接地端是否連通，電源與地是否短路；第二步：功率放大電路部分, 檢測電源和地,插上OP07，將輸入與地短接時調節(jié)RW2，使輸出為零，當輸入為5V時，調節(jié)RW1，使輸出為10V，反復調節(jié)兩個電位器，使輸入鋸齒波時，集電極輸出無明顯失真；第三步：恒流源部分,檢測電源和地, 插上OP07,短接晶體管的基極和發(fā)射極，當輸入電壓為0-5V時，測量基極取樣電阻上的電壓是否線性變化；第四步：插上TL084和TL082,檢測電源和地,測試輸入端電壓，再測試輸出端電壓；第五步：使用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率約1KHz、幅度為5V并經(jīng)過電平平移為正的鋸齒波，輸入功率放大電路，加入待測試的晶體管，改變基極電流的控制電壓，使用示波器觀察晶體管輸出特性曲線。4.3 測試數(shù)據(jù)及分析4.3.1 測試數(shù)據(jù)4.3.2 誤差分析5 設計總結本次課題用了十天的時間，采用了以 AT89S52單片機最小系統(tǒng)為核心，運用ADC0804 和運放組成數(shù)據(jù)采集電路，DAC7528和精密電