三极管参数测试仪参考方案.docx

简易半导体三极管参数测试仪简易半导体三极管参数测试仪本设计以AT89C55WD单片机最小系统为核心，用c51编程，通过多组继电器 的组合，可靠地实现了对三极管基极和发射极电流的检测，通过ADC0809和运放 组成数据采集电路；由DAC0832和多组继电器组成数控电压源系统能精确测量 三极管交直流放大系数、集电极一发射极反向击穿电压和反向饱和电流系统所 用高压通过倍压电路获得单片机根据采集所得数据进行处理，并通过液晶对各 项参数和输入输出曲线进行显示在此基础上，用MAX232实现了单片机和PC机 的串行数据通讯，使显示更直观准确，并可进行存储打印一、方案论证与比较根据题目的设计要求，本系统的设计可以划分为以下几个部分，下面对每个 设计方案分别进行论证与比较1 ■三极管基极和集电极电压采样电路方案一：采用在基极和集电极电阻两端直接测电压的方法用这种方法虽然 简单，但是电路复杂，需要多个运算放大器，精确度不高，很难达到题目要求方案二：采用在发射极串电阻，直接在发射极测量电流1的方法这种方案 由于电阻两端对地电压较低，便于放大检测但由于发射极电阻的存在，使基极 电位很难确定，不便于基极电阻的选择，对Uce的确定也会带来一定困难。

方案三：用两路数据采集电路分别对基极电压和发射极电阻两端电压进行采 样基极电压经过普通运放组成的同向比例放大电路进行放大后送AD采样而 极电极电阻两端的电压采用高精度低漂移仪用放大器INA126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成正电压以满足ADC0809采样的需 要综合考虑，方案三电路结构简单，测量精度较高，故采用方案三2・反向击穿电压测量电路方案一：通过变压器、三端稳压器等组成可调电压源，实现0 —100V电压的连 续输出这种方案输出电压简单易行，但由于高压的检测存在一定困难，且大电 流易对电路造成损坏，不宜采用方案二：将DAC0832的输出经倍压电路后得到可调高压，通过DA控制逐步增 大加在三极管集电极的电压，同时对集电极电流实时检测，当检测到电流发生突 变时，记录下此时的DA输出电压值根据加压倍数即可得到Uceo.这种方法控 制容易，便于检测且倍压电路输出电流小，即使出现误操作也不易对电路造成 损坏综合考虑，决定米用第二种方案3・反向饱和电流测量电路由于反向饱和电流极小，测量中容易产生较大的误差测量时用继电器将 1M大电阻切入集电极电路,方便检测，减小误差。

根据实际测量经验，4・三极管共射极输入输出特性曲线测量⑴三极管输入特性曲线的测量方案：固定电压|V |=12V,通过DAC0832逐渐增大基极电压，每增大一次电压采集一 次电流ip,记入内存•单片机将采集所得的各项数据处理后，在LCD上输出曲线 ⑵三极管输出特性曲线的测量方案通过改变基极电阻,达到题目要求的基极电流同样通过DA输出改变电压VCE每当改变一次集电极电压就采集一次电流iC,记入内存,显示输出曲线5.测量结果显示方案方案一：把测量所得的参数和特性曲线通过液晶屏显示，这种方案虽然简便易 行，但显示精度不高方案二：把所有的测量结果送到上位计算机进行显示，显示精度比较高，但不 够方便灵活，并且需两个全双工串行接口，实现比较困难权衡以上两种方案，我们做了很好的折中，在电路中不仅扩设计了 LCD显示， 而且扩展了与PC机连接的RS232串行通讯接口，这样使用起来既方便灵活，又 提高了精度，而且扩展了数据存储、打印等功能二、主要电路工作原理分析与计算1・总体设计思路本系统信息流程图如下：三极管数控 电源采样电路AT89C52单片 机最 小系 统2.采样电路设计与放大系数计算(1 )基极集电极电阻大小的选取。

题目要求在Ib=O、10“ A、20p A、3 V 0p A的条件下绘出共射极输出特性CE曲线，由于发射极直接接地，在测放大倍数和输出曲线时，基极电压保持+5V(或-5V)不变取V二0.65V，可计算出三种情况下的基极电阻分别为：BER=(5n06F=435K° 叮(5i^=218Kn R3==145Kn实际应用时，由于用固定电阻很难匹配准确，故选用电位器，将阻值精确调到上 述值后再接入电路电阻之间的切换用继电器实现对于集电极，电流一般在1mA—10mA,由于送到ADC0809的电压要在0—5V, 电阻两端电压又要经仪表放大器5倍放大，故集电极接一个75°电阻，对其两 端电压进行检测同时为保证测量放大倍数时V约为10V，集电极再接入一CE500°电阻进行分压，确保V在10V左右CE⑵基极采样电路：电路图如图3图中每个继电器一端接+12V电压，一端接一个BJT的集电极, 每个BJT的基极由单片机的一个I/O 口控制当单片机的I/O 口输出高电平时， BJT的基极得电导通，继电器就闭合P3.1—继电器8， P3.2—继电器7, P3.3—继电器3，P3.4—继电器5， P3.5—继电器4在I Ik 10 nA V IV k 10V条件下，继电器1的两个开关分别接在+12V和B ， CE CE+5V （如果被测三极管是PNP型接-5 V和-12V）。

继电器3的开关闭合在接电源 的一侧为产生所需电流I Ik 10 “A，继电器8的两个开关分别接在电阻R和RB 1 3侧继电器7的开关接在1'侧由模拟数字转换芯片ADC0809读取三极管基极 电压V由于电路末端接±5 V电压则电路两端的电压是V = 5 -V易得基B RB BV 5-V极电流I的表达式： I二耳二 B-B B R RB B⑶集电极采样电路：电路图如图3同样的条件下，电路中继电器4的开关接在电阻R狈0,继5 电器5的开关接在电源±12V 一侧由专用仪表放大器INA126负责直接读取集电 极电阻两端的电压V「，经过转换送给单片机INA126是一种低电压，微功耗的RC放大器，对采样电路的输入信号影响很小，可尽量减小测量结果的误差，经试验测试完全能把误差控制在王N +1以内，符合题目的要求100在测三极管的的放大系数时，继电器的开关打在电阻R上电阻R的电阻5 5V值是75欧姆，易得集电极的电流表达式：I =-RC根据三极管直流电流放大C 75系数的定义式可以算出：I -1 IB 二 CEO U —CI IB B一般来说，卩和B的大小是不一样的，卩不是一个固定不变的常数， 它是两个变化量之比，其值的大小与工作点密切相关。

但是在恒流特向较好的区 域，如果忽略了iceo，两者的大小是基本相等的由于在完成本题中前两个任务时，三极管一直工作在恒流特性较好的区域，可以认为卩和B是相等的只要把| I |从10p A改变到20“ A， | V |保持不变，三极管的静态工作点已经发 b CE生了改变，此时用与测直流放大倍数相同的办法就可以测出交流放大系数也就 是说只要使基极电路中的继电器8的开关改变方向，使电阻R接在电路中，电2流就会改变到20p A,再用同样的方法测量即可⑷A/D转换输出电路：A/D转换器是数据测量系统的核心部件，它把采集的模拟量变换成数字序 列，并读回计算机在设计中，我们对A/D的转换速度、精度和器件成本作了最 好的折中，选用了 8位A/D转换器ADC0809.图4图为与ADC0809相连接的放大电路当测量NPN型三极管时，单片机P3.2 口控制继电器3的开关，使之与放大器1A相连当测量PNP型三极管时，由于 基极和集电极电路均施加了负电压，为满足ADC0809的转换要求，电压信号需经 1： 1反向放大，所以开关应该接在直接与放大器2A相连的一侧3・施压电路设计与计算⑴倍压电路:由于三基管的反向击穿电压一般不会小于70 V而且测量穿电压时要求用 单片机控制加在集电极上的电压以一定步长逐渐变化，而单片机只能输出最大 12 V的电压。

我们设计了一个 由CMOS与非门组成的倍压电路B'D3g A' D2为电源电压V这时电源电压V通过D对C充电，使C两端电压为V值，而D12 2 2并不导通当反向器输出电位翻转之后，A点电位上升为V值，于是A，点电位相 应上升为2xV值，此时D反偏，而D导通•在下一个半周时，B点电位上升为V1 2值，B，点电位相应上升为3xV经过D对C充电，使输出电压为3xV3 4（2）DA双极性电压输出电路：由于三极管有NPN和PNP两种型号，测量两种三极管输入输出特性曲线时所 用电压极性相反这就要求单片机输出的控制电压有正负两个极性在此采用了 一种典型的DAC0832双极性输出电路，电路图如下：lsb DI0VccDI1DI2VrefDI3DI4RfbDI5DI6msbDI7Iout1ILEIout2CSWR1XferAGNDWR2DGND819310^DAC08 3212765416151413171814 312 2VCC——2^ VRE^e+5 V)8A4H-12+12LF35 3 VO1R1 二10K—R3 二20KR45K1-12R25K8342ALF35 31VO2+12X7图中放大器2的输入端3通过电阻R与参考电压V1相连，因此运算放大器2的REF输出电压:V =—((R . R )V + (R . R )V )代入R、1R的值，可得:3O 2 2 3 O1 2' 1 REFV =—(4V + 2V )O 2 O1 REF我们所用的基准电压是+5V,所以当V二0V时，V =-10V ；O1 O 2当 V =—2.5V 时，V 二0V ；O1 O 2当V =—5V时，V 二 10V。

O1 O 2于是我们通过单片机控制输出从0到-5V的渐变电压就可以得到从-10V到 +10V连续变化的电压4. 测量集电极一发射极反向击穿电压和反向饱和电流⑴测反向饱和电流：集电极一发射极反向饱和电流I 定义为基极开路时，在集电结和发射极CEO之间加反向电压，得到反向电流I 二(1+ B ) I 沁 ICEO CBO C测量时，继电器7控制开关接在2'端，继电器8控制开关分别接在2和4 端由于4端悬空，所以基极开路在集电极施加电压继电器4接通电阻R4用仪用放大器INA126将R两端的电压V送给单片机由于I 的值很小，在4 RC CEO0.1“ A-10" A之间变化，为了减小误差，选择R电阻为1MQ .所以方向饱和电4流的计算式为:V二一RCCEO R4⑵测反向击穿电压：在测反向击穿电压时，通过继电器将三极管基极电路断开，根据三极管不 同型号改变集电极和发射极电阻，在发射极与集电极之间，施加DA输出经过倍 压电路产生的可调高压当单片机检测到电流突变时，记录下DA输出值，即可得到击穿电压.5・输入输出特性曲。