多功能晶体管测试仪毕设论文.docx
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多功能晶体管测试仪毕设论文
摘要
晶体管的出现在电子器件的历史上具有划时代的意义,在当今社会的重要性更是不容忽略,它实际上是所有现代电器的关键活动元件。
因而研究测量其参数的测试仪器的具有重大的意义。
在分析传统XJ4810型晶体管特性图示仪的电路结构和功能实现的基础上,结合模拟和数字电子技术的特点,确立了整个系统构成。
本系统以凌阳16位单片机SPCE061A为核心,其内部集成了两路10位DA和7通道的AD,用一路DA输出作为压控电压源的输入端,压控电压源的输出端作为集电极电压的控制端;另一路DA则作为压控恒流源的输入端,压控恒流源的输出端则作为基极的电流控制端。
用其中的两路AD分别采样基极和集电极电压,采样结果送CPU处理后再送液晶显示器显示。
系统采用的液晶显示器是LCM12664ZK点阵图形液晶模块,显示效果好。
系统软件采用C语言在凌阳单片机集成开发环境μ’nSP™IDE2.0.0上编程,利用模块化的程序设计方法编写系统各模块程序,使整个系统性能稳定,易于扩展。
本系统的压控恒流源和压控电压源都是采用运放构成,电路简单,精度能满足设计要求。
经测定恒流源的输出范围为±100uA,误差为±0.5uA;电压源的输出范围±10V,误差为±0.02V。
本测试系统目前能够完成三极管管型和极性判别、输入、输出特性曲线、放大倍数等参数以及二极管一些参数的测定。
它具有功能稳定,精确度较高,易于功能扩展等特点。
关键词:
SPCE061A;LCM12864ZK;晶体管参数;压控恒流源;压控电压源
Abstract
Theappearanceoftransistorhasanepochalimpactonthehistoryofelectronicelement,anditssignificancecouldnotignoreastheactivecomponentofallmostofelectronicdevices.So,takingaresearchonthetransistortesterformeasuringitsparameterhasgreatimportance.
BasedontheanalysisofgeneralconfigurationandworkingprinciplethetraditioninstrumentXJ4810,combinedwiththeanaloganddigitalelectronictechnology,weascertainthesystem’sstructure.ThissystembasesonSPCE061A,whichcontainstwoDACandsevenADC,oneDACisusedastheinputofVCVS(VoltageControlledVoltageSource),whichoutputisusedtocontrolthevoltageofcollector.TheotherDACisusedastheinputofVCCS(VoltageControlledCurrentSource),whichoutputisusedtocontrolthecurrentofbase.ThetwoofsevenADCareusedtosamplethevoltageofcollectorandbaserespectively,andtheresultissendtothedisplayafterprocessingofprocessor.ThissystemusedLCM12864ZKasthedisplay,whichhasnicedisplayeffect.ThissystemsoftwareisdevelopedonIntegratedDevelopmentEnvironmentμ’nSP™2.0.0usingClangue,andweutilizethemodularizationmethodofprogramdesigntomakethesystemstablefunctionandtobeprongedtootherfunction.
Thissystem’sVCCSandVCVSarebothcomposeofamplifier.Thecircuitissimple,andtheprecisioncanmeetthedemandsofdesign.TheresultofexperimentsprovesthattherangeofoutputcurrentofVCCSisfrom-100uAto+100uA,theerroris±2.0uAandtherangeofoutputvoltageofVCVSisfrom-10Vto+10V,andtheerroris±0.05V.
Thesystemcanmeasurethetypeandpolarity,theinputcharacteristiccurve,theoutputcharacteristiccurve,andamplificationoftransistorparameteranddiodes.Ithasthestablefunctionandhighaccuracy.Itiseasytobeexpandeditsfunction.
Keywords:
SPCE061A;LCM12864ZK;TransistorParameter;VCCS;VCVS
引言
50年代起,电子器件出现了重大的突破,晶体管逐渐代替了电子管器件,使电子工业由电子管时代迈向晶体管时代,这是一次阶段性的飞跃。
随着晶体管的出现,测量其参数的测试仪器——晶体管管特性图示仪也相应而生,并随着晶体管的发展而发展。
晶体管的参数是用来表征管子性能优劣和适应范围的指标,是选管的依据。
为了使管子安全可靠的工作,必须注意它的参数。
晶体管特性图示仪是一种能在示波管屏幕上观察和测试半导体管特性曲线和直流参数的测量仪器。
目前学校教学使用的晶体管特性图示仪仍然是老式的体积庞大的模拟阴极射线管显示仪器,开发一种易用、便携、廉价的新型图示仪是具有现实意义的。
晶体管参数测试仪与其它电子测量仪器一样,也经历了全电子管式——全晶体管式——晶体管与集成电路混合式几个发展阶段。
1964年,我国第一台电子管式的半导体管特性图示仪——JTl型图示仪问世。
70年代初.上海无线电二十一厂试制了QT2型晶体管式的图示仪,满足了半导体器件飞速发展的需要。
80年代,以XJ4810型为主要代表的晶体管与集成电路混合式的半导体管特性图示仪问世。
它采用了CMOS数字电路、D/A变换器代替传统的RC充放电电路,使阶梯波质量有了质的飞跃;采用直流光点扫描,避免了容性电流干扰,使微电流测试范围由1μA/div扩展到20nA/div。
目前,晶体管测试仪正向数字化、智能化方向发展,具有LCD显示、数字读出、光标测量的图示仪已经问世。
数字技术、计算机技术、微电子技术大量应用于图示仪中,使它成为智能化的自动测量仪器。
本系统定位于利用模拟与数字技术实现传统的晶体管参数测试仪的基本功能,尽力实现减小体积重量、性能稳定、参数测试准确、成本低、兼容性好的特点。
本系统以内部集成两路DA和7路AD的凌阳16单片机为核心,实现控制和数据采集,并通过液晶显示模块LCM12864ZK对各项参数和输入输出曲线进行显示。
1.设计任务及要求
设计一个晶体管参数测试仪,实现以下功能:
(1)能判别二极管好坏,极性;
(2)能判别三极管管型,极性,好坏;
(3)三极管β测量;
(4)晶体管输入特性和输出特性测试;
(5)利用液晶显示相关信息及曲线。
2.设计方案比较与论证
针对课题要求,经过分析,我认为主要由六个功能模块来实现系统设计。
如图2.1所示。
图2.1系统功能模块图
下面分别从系统构架、显示方案、受控源以及调理模块等主要模块对各个方案进行分析比较,得出最适合本设计要求的方案。
2.1系统构架比较
方案1:
Atmel89C51芯片+ADC0809+DAC0832制作控制采样及数据处理模块。
这种组合的优点是技术成熟,成本较低。
缺点是使用芯片多,连线多,导致系统稳定性下降;由于使用的是8位ADC、DAC,精度不会很高。
方案2:
凌阳16位单片机SPCE061A负责控制采样、数据处理。
由于SPCE061A内置7通道10位ADC及两路10位DAC,使系统连线大为减少,内置的10位ADC、DAC使系统精度大为提高。
方案3:
用DSP芯片或CPLD完成数据处理,外置ADC、DAC。
此方案系统复杂,成本过高,编程不便。
方案1价格低廉,但是系统稳定性不如其他的两个方案。
方案3的性能是优越的,测试的速度和精度都要比前两个方案高,但是价格太高。
由性价比方面考虑,我们采用的方案2是比较优越的。
2.2显示方案比较
方案1:
采用模拟示波器来显示晶体管的输入和输出特性曲线简易,但显示其他参数时不直观,而且示波管体积较大。
方案2:
采用点阵图形液晶模块显示,显示界面清晰直观,可以直接显示测量结果,体积小,轻便。
方案3:
把所有的测量结果送到上位计算机处理并进行显示,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,需要编写上位机程序,实现比较困难。
考虑到尽力实现减小体积和重量的系统设计目标,所以我们选择了方案2。
2.3受控源
2.3.1受控源选择
三极管共射极连接时的输入曲线描述的是当输出电压为某一数值(即以为参变量)时,输入电流与输入电压之间的关系。
用函数表示为:
(2-1)
而输出曲线描述的是当输入电流为某一数值(即以为参变量)时,集电极电流与电压之间的关系。
用函数表示为:
(2-2)
可见,无论是输入曲线还是输出曲线,都必须有两个受控源,一个是基极电流源或电压源,另一个是集电极电压源。
下面比较一下电压源输入基极与电流源输入基极两种方式的特点。
方案1:
基极输入电压源
下图2.2是9013H的输入特性曲线图
图2.29013H的Ib-Ube曲线
从图Ib-Ube曲线中可以看到,如果采用电压控制电压源(VCVS)输入基极,在电压稍大于开启电压时,曲线斜率急剧增大,只要Ube有微小增加,对应的Ib就会迅速增大。
实际操作的过程中,电压采样难以保证被测管的安全,测量相对困难而且精度不高。
为了保证无损测试,我们需要找到一种相对安全准确的方式,即采用压控恒流源输入基极的方法。
方案2:
基极输入电流源
将Ib-Ube图曲线的两个坐标轴对换,得到Ube-Ib曲线。
如图2.3曲线Ib轴靠近原点的部分斜率很大,然而此时被测管工作在安全的区域。
随着Ib的增大,Ube增大的速率缓慢。
这种测量方式不但有效的保护了被测管,使之工作在允许的状态,而且平缓的曲线使得测试系统更容易控制、采样。
图2.39013HIb-Ube曲线旋转90度得到的Ube-Ib曲线
所以本系统采取方案2,电流源输入基极和电压源输入集电极的方法。
2.3.2电流源
电流源的设计是系统设计的重点。
在整个系统的工作过程中,都需要提供一个相对恒定的基极电
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