小功率三極管測(cè)試儀的設(shè)計(jì)制作獨(dú)家優(yōu)秀】

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摘 要 在電子類產(chǎn)品中，晶體三極管是電路中最重要的組成部分之一。其能夠放大信號(hào)，并且具有良好的功率控制、工作速度快、持久力強(qiáng)等特點(diǎn)，故常被用來構(gòu)成放大電路，開關(guān)電路，并廣泛的應(yīng)用于電子、機(jī)械等領(lǐng)域。面對(duì)種類繁多，功能各異的晶體三極管，電路設(shè)計(jì)人員需要用專用儀器檢測(cè)其特性參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果篩選使用合適的三極管。 本課題提出了一款小功率三極管測(cè)試儀的設(shè)計(jì)制作，其實(shí)現(xiàn)了晶體三極管引腳的自動(dòng)識(shí)別與直流放大倍數(shù)的測(cè)試，漏電流的測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)以 片機(jī)作為控制的核心，由 換器 為壓 控恒流源，能給基極提供穩(wěn)定的電壓；由三個(gè)多路開關(guān) 成的自動(dòng)切換電路，能實(shí)現(xiàn)三極管 測(cè)量電路及 測(cè)量電路的自動(dòng)切換；再取一個(gè)模擬開關(guān) 換器 同組成采樣電路，以實(shí)現(xiàn)引腳電壓的自動(dòng)切換采樣。最后利用單片機(jī)對(duì)采集所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過 示三極管的引腳與管型及直流放大倍數(shù)的值和漏電流的值。 本課題的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面 ： ⑴ 介紹了三極管測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)習(xí)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)； ⑵ 詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的測(cè)試原理，對(duì)主要電路的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述和分析； ⑶ 介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路并給出了測(cè)量參數(shù)的主流程圖及各模塊流程圖； ⑷ 完成了晶體三極管引腳的自動(dòng)識(shí)別及管型的判別，進(jìn)行放大倍數(shù)的測(cè)量及漏電流的測(cè)量，對(duì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行必要的誤差補(bǔ)償以提高測(cè)量精度。 測(cè)試結(jié)果表明，所研制的小功率三極管測(cè)試儀達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，其測(cè)試精度高，使用簡(jiǎn)單，方便，該儀器具有良好的穩(wěn)定性及較高的性價(jià)比。 關(guān)鍵詞 ： 擬開關(guān) 極管引腳自動(dòng)識(shí)別；三極管放大倍數(shù) n is of It is to in a of of to a to of a of of C of as of by A as a to to a is of of PN to of NP a D in to by of of C of of ⑴ of of ⑵ of is in of is ⑶ of is of of ⑷ of of of of of is to 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I .................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 題背景 ....................................................................................................................... 1 功率三極管測(cè)試儀的現(xiàn)狀 ....................................................................................... 2 極管測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向 ....................................................................................... 2 章小結(jié) ....................................................................................................................... 3 2 小功率三極管測(cè)試儀的總體設(shè)計(jì) ............................................................. 4 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 ............................................................................................................... 4 統(tǒng)各模塊方案的選擇 ............................................................................................... 4 流源的方案 .......................................................................................................... 4 動(dòng)切換電路方案 .................................................................................................. 5 小系統(tǒng)方案 .......................................................................................................... 5 樣電路方案 .......................................................................................................... 6 示模塊方案 .......................................................................................................... 6 電電源方案 .......................................................................................................... 7 極管參數(shù)的理論分析 ............................................................................................... 7 極管引腳及管型 .................................................................................................. 7 極管放大倍數(shù) ...................................................................................................... 8 極管漏電流 .......................................................................................................... 8 章小結(jié) ....................................................................................................................... 8 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) ................................................................................. 9 統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)圖 ........................................................................................... 9 片機(jī)最小系統(tǒng)電路 .............................................................................................. 9 轉(zhuǎn)換電路 ........................................................................................................... 11 量電路 ................................................................................................................ 12 動(dòng)切換電路 ........................................................................................................ 13 （論文）報(bào)告用紙 第 1 頁 共 50 頁 1 緒論 題背景 早在 1904 年弗萊明 等人 發(fā)明 出了 真空二極管， 之后在 1906 年 時(shí) 德福雷斯特 等人又研究出 真空三 極管， 新興起的 電子學(xué) 以其獨(dú)特的學(xué)科力量迅速壯大起來 。 而且自從 晶體三極管 發(fā)明以后電子學(xué)真正開始 取得了 突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。 特別 是 雙極結(jié)型晶體管的 出現(xiàn)， 其優(yōu)越的性能和強(qiáng)大的功能迅速打開了 電子 原 器件的 新大門 ， 推動(dòng)了電子技術(shù)的迅猛發(fā)展 。 在近十余年里，蓬勃發(fā)展的晶體管工業(yè)逐漸取代了傳統(tǒng)電子管的地位，并推動(dòng)和促進(jìn)了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)的發(fā)展，成為電子集成領(lǐng)域不可或缺的重要元素。 在半導(dǎo)體器件中晶體三極管有著非常重要的地位，它廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域中，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，使我們的生活變得快捷可科技化。由于晶體三 極管具有重量輕、體積小等特點(diǎn)，且其對(duì)信號(hào)具有放大作用、能進(jìn)行功率控制，三極管工作速度快、具有持久力強(qiáng)等特點(diǎn)，故晶體三極管常被用來進(jìn)行電路放大，電路開關(guān)，以及各種電氣設(shè)備，廣泛的應(yīng)用于電子、機(jī)械等各種領(lǐng)域。其在應(yīng)用中可巧妙地改變電子線路的構(gòu)造，因而引發(fā)了大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，從而簡(jiǎn)便和快速地制造出高速電子計(jì)算機(jī)等高精度儀器。現(xiàn)如今晶體三極管的應(yīng)用越來越廣泛，在我們的日常生活中也是隨處可見的，如我們平時(shí)使用的電子表、收音機(jī)、和電視機(jī)、智能手機(jī)、照相機(jī)等，以及研究室中的各種測(cè)量?jī)x器、檢測(cè)儀器，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及國(guó)防軍 用設(shè)備等，還有智能化的機(jī)器人、交通工具等，晶體三極管在這些設(shè)備和儀器中發(fā)揮著極其重要的作用。所以說，晶體三極管奠定了現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)并將持續(xù)普及在未來的各個(gè)領(lǐng)域中。 所以說 在電子技術(shù) 的發(fā)展過程 中， 晶體 三極管是一種 常用及便捷的 元器件， 因而 三極 管的參數(shù) 在電路的應(yīng)用和設(shè)計(jì)中顯得尤為重要，如三極管的引腳，一般國(guó)內(nèi)的小功率三極管都是有規(guī)律的排列，但是也有個(gè)別廠家生產(chǎn)出來的三極管引腳排列不符合一般的規(guī)律，引腳的判別失誤導(dǎo)致在電路設(shè)計(jì)過程中電壓電流參數(shù)的混亂，因此設(shè)計(jì)出一款能自動(dòng)能識(shí)別三極管的引腳排列的儀器是非常有必要 的。晶體管的最大功能之一是放大作用，而在晶體三極管的各種參數(shù)中放大倍數(shù)的值是檢驗(yàn)三極管放大性能的重要指標(biāo)，當(dāng)放大倍數(shù)處于正常的范圍時(shí)三極管將工作在最佳的放大狀態(tài)，晶體三極管的放大倍數(shù)的值將影響電路設(shè)計(jì)中如何選擇合適的三極管，因而準(zhǔn)確地測(cè)出三極管的放大倍數(shù)給各領(lǐng)域中的電路設(shè)計(jì)帶來很大的方便。此外三極管的漏電流是檢測(cè)三極管性能好壞的重要因素，對(duì)于生產(chǎn)規(guī)范的小功率三極管來說，漏電流是非常小的甚至幾乎沒有，但我們常用到的小功率三極管中還是會(huì)存在微小的漏電流，因而能測(cè)量出三極管漏電流的值將可以在計(jì)算其他參數(shù)時(shí)將考慮到 其值對(duì)所算參數(shù)的影響并進(jìn)行處理，這樣將有效提高所算參數(shù)的精度并提高三極管的使用性能。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁 共 43 頁 除了上述提到的三極管引腳的自動(dòng)識(shí)別、放大倍數(shù)的值、漏電流的值對(duì)各領(lǐng)域的電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用中有重要影響外，三極管還有 許多電參量 可以表征三極管性能及功能的好壞，如三極管反向擊穿電壓，反向擊穿電流，輸入輸出特性曲線等 [1]。這些參數(shù)的值或或變化范圍都將對(duì)電路的 測(cè)量方案 ， 測(cè)量結(jié)果有 非常重要的影響。 因此，在 電路 電子 的設(shè)計(jì)中，三極管 參數(shù)值的 測(cè)量非常重要。 目前市場(chǎng)上已經(jīng)有各種測(cè)量晶體三極管參數(shù)的測(cè)試儀，但其體積大，價(jià)格貴，因而研制出一款輕巧、便捷且能針對(duì)性的測(cè)量三極管某一參數(shù)值的測(cè)試儀將是日后晶體管測(cè)試儀的重要發(fā)展方向?，F(xiàn)代工業(yè)中 測(cè)量三極管 引 腳的方法 多種多樣 ， 而我們所熟悉的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中是使用 萬 用 表 根據(jù) 三極管 三個(gè)引 腳 的電流電壓 特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量， 但晶體 三極管體積小 且其 各個(gè)引腳間的電壓、電流 關(guān)系不容易判斷 ，這使得在測(cè)量過程中較難操作 ， 所以現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行 三極管 引 腳 及 類型 的 自動(dòng)判別 方面還是存在著一定的缺陷的 [2]。 因此， 該設(shè)計(jì)針對(duì)這一市場(chǎng)前景將設(shè)計(jì)出一款自動(dòng)識(shí)別出出小功率三極管引腳排列及管型且精確測(cè)出三極管放大倍數(shù)及漏電流的測(cè)試儀。 功率三極管測(cè)試儀的現(xiàn)狀 自 50 年代起，電子器件發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變，電子器件工業(yè)由電子管時(shí)代向晶體管時(shí)代發(fā)展，這是一次巨大的突破。隨著晶體管的出現(xiàn)，用來測(cè)試其參數(shù)的測(cè)試儀也逐漸發(fā)展起來，并在不斷的成熟化和智能化。早期的晶體管參數(shù)測(cè)試儀一般也稱為圖示儀，晶體管圖示儀的發(fā)展過程經(jīng)歷了全電子管式，全晶體管式，與集成電路混合式等幾個(gè)階段。在 1964 年時(shí)，我國(guó)出現(xiàn)了 第一臺(tái)電子管式圖示儀 ，這標(biāo)志著晶體管參數(shù)的測(cè)量開始規(guī)范化。在 70 年代初，由上海無線電二十一長(zhǎng)廠研制出的 晶體管式圖示儀進(jìn)一步推動(dòng)了半導(dǎo)體器件迅猛發(fā)展。 80 年代， 出現(xiàn)了以 晶體管測(cè)試儀與集成電路混合式的晶體特型測(cè)試儀。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)著各種各樣不同類型的三極管，我們一般在使用前都會(huì)閱讀三極管的使用手冊(cè)，充分掌握三極管的相應(yīng)性能及相應(yīng)的參數(shù)值和指標(biāo)，查找結(jié)果雖準(zhǔn)確但卻不方便。市場(chǎng)上的晶體管圖示儀需要帶有示波管或者接在示波器上使用，價(jià)格貴，成本高，現(xiàn)如今市場(chǎng)上的晶體管在測(cè)量三極管時(shí)全面顯示 三極管的性能且效率高速度快，但在測(cè)量過程中容易產(chǎn)生較大的誤差，且其價(jià)格貴成本高不利于大范圍的普及和使用。 此外，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室一般常用萬用表測(cè)量晶體管的基本參數(shù)，其性能雖滿足基本要求但過程較為繁瑣。如在使用萬用表對(duì)三極管放大倍數(shù)進(jìn)行測(cè)量過程中， 極管和極管的插孔是不一致的，這就得先知道三極管的管型才能測(cè)量其放大倍數(shù)。所以我們就需要一種可以直接自動(dòng)辨別三極管管腳排列及類型且可以測(cè)量其基本參數(shù)的測(cè)量?jī)x器。 極管測(cè)試 技術(shù)的發(fā)展方向 隨著晶體三極管的廣泛使用，其 測(cè)試儀 的技術(shù)也在不斷的提高 ， 測(cè)試儀 的 功能 也因 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁 共 43 頁 測(cè)試參數(shù)不同 而多樣化。比如 有的 測(cè)試儀 可以 精確地檢測(cè) 放大系數(shù)、 測(cè)量 反向擊穿電壓、測(cè)量 反向飽和電流、 繪制出 輸入輸出特性曲線、 計(jì)算出 延遲時(shí)間 等 多種參數(shù)， 而 有的 測(cè)試儀 只是 簡(jiǎn)單的 測(cè)試晶體管的好壞 。 第一種 類型的 測(cè)試儀功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn) 便 、測(cè)試 速度快 、精度高，但 其 體積較大、價(jià)格貴，不適合個(gè)人使用； 而第二 種測(cè)試儀價(jià)格相對(duì)便宜、體積小，但功能單一、精度 較低 。 隨著科技的不斷進(jìn)步和智能化的發(fā)展及嵌入式技術(shù)、液晶顯示技術(shù)、接口擴(kuò)展技術(shù)的引入，測(cè)試電路不斷擴(kuò)大和優(yōu)化，使晶體管的參數(shù)測(cè)試儀向著集成化、智能化，高精度、多功能方向 不斷發(fā)展。目前市場(chǎng)上的晶體管測(cè)試儀存在著顯著特點(diǎn)，如集成信號(hào)源是全合成化的，這使得在掃描過程中有著很好的穩(wěn)定性和可靠性；其對(duì)顯示部分提供良好的誤差補(bǔ)償可有效提高測(cè)試精度；此外其測(cè)試速度快，操作智能化，運(yùn)行簡(jiǎn)便。所以現(xiàn)今所研制的晶體三極 管測(cè)試儀 將 趨于小型化， 利 于攜帶；功能 越來越 全面，測(cè)試范圍廣 ， 精度高。但是 研制出 這樣的產(chǎn)品 其成本也在增加 ，如何降低成本且 可以精確的 測(cè)試指定的 參數(shù)和 項(xiàng)目 將成為日 后晶體 三極 管測(cè)試儀發(fā)展的 方向 。 針對(duì)這一市場(chǎng)趨勢(shì)本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)并制作一個(gè)測(cè)量精度達(dá)到 5%以上，輕巧便捷成本低，擁有良好的人 機(jī)界面，在功能方面能夠自動(dòng)辨別 與 引腳排列并快速測(cè)試出三極管放大倍數(shù)及漏電流晶體三極管參數(shù)測(cè)試儀。 章小結(jié) 本章是全文的開篇概述，主要介紹了本題目的提出背景和意義，介紹了三極管測(cè)試儀的現(xiàn)狀及三極管測(cè)試技術(shù)未來的發(fā)展方向。詳細(xì)的課題背景為本次設(shè)計(jì)帶來了良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，希望通過與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比，能為本次課題的設(shè)計(jì)挖掘出創(chuàng)新、實(shí)用、便捷的設(shè)計(jì)思路并很好的完成課題任務(wù)的相關(guān)要求。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁 共 43 頁 2 小功率三極管測(cè)試儀的總體設(shè)計(jì) 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 這是一款簡(jiǎn)便、快捷、測(cè)試精度高的小功 率三極管測(cè)試儀，可自動(dòng)測(cè)試三極管引腳及管型，并快速測(cè)量三極管放大倍數(shù)及三極管漏電流。以下將對(duì)三極管各測(cè)量參數(shù)進(jìn)行原理分析及方案選定，對(duì)部分主要元器件選型作出分析。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能： （ 1）小功率三極管引腳的自動(dòng)識(shí)別及類型的判定； （ 2）小功率三極管直流放大倍數(shù)的測(cè)量； （ 3）小功率三極管漏電流的測(cè)試； （ 4）利用液晶顯示相關(guān)測(cè)量參數(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)以上的系統(tǒng)功能并設(shè)計(jì)出一款良好的人機(jī)界面測(cè)試儀，該測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)方案主要由恒流源模塊、自動(dòng)切換模塊、采樣模塊、最小控制系統(tǒng)模塊、顯示模塊幾個(gè)部分組成。圖 2該系 統(tǒng)的整體框架圖。 統(tǒng)各模塊方案的選擇 流源的方案 恒流源的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的重點(diǎn)，恒定的基極電流 精度直接影響到測(cè)量參數(shù)的精確度。所以基極電流的恒定是整個(gè)測(cè)試結(jié)果精度的重要影響因素。 方案一：采用專用恒流源，專用恒流源性能穩(wěn)定，在電路設(shè)計(jì)過程中無需進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。但一般購(gòu)買來的專用恒流源所提供的恒流值是固定的，能根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)但不方便系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。 方案二：用單片機(jī)作為控制中心制作壓控恒流源，其產(chǎn)生數(shù)字可調(diào)的穩(wěn)定電壓源。在單片機(jī)的操控下，通過向數(shù)模轉(zhuǎn)換器 輸入可改變的數(shù)字量來控 制輸出的模擬電壓值，從而可根據(jù)需要改變晶體三極管的基極電壓，間接地改變輸出電流的大小。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案二簡(jiǎn)潔、靈活，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中所測(cè)試的三極管有和 ，其測(cè)量電路所需的基極電壓是有差別的所以采用方案二由 換器輸入的數(shù)字量有效的改變所需的電壓值，在 換器上本次設(shè)計(jì)選擇的是 10 位串行輸入的 早期的電流型 比， 有更優(yōu)越的工作性能，其電源電路 自動(dòng)切換模塊 恒流源模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 采樣模塊 顯示模塊 圖 2統(tǒng)框圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁 共 43 頁 只需 3 根串行總線就可實(shí)現(xiàn) 10 位的數(shù)據(jù)串行輸入，在和單片機(jī)接口時(shí)易于實(shí)現(xiàn)和理解，且選擇的串行輸入可以減少使用單片 機(jī)的 I/O 口。 動(dòng)切換電路方案 三極管三個(gè)引腳的電壓在 的放大電路下和 的的放大電路下電壓是有差異的，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到不同放大電路下不同管型的引腳電壓時(shí)并經(jīng)過數(shù)據(jù)的分析，這一過程就需要通過開關(guān)來切換三極管引腳與對(duì)應(yīng) E、 B、 C 測(cè)量電路的連接，以實(shí)現(xiàn)引腳的自動(dòng)識(shí)別三極管參數(shù)的測(cè)量。 在自動(dòng)切換開關(guān)模塊里我們平時(shí) 常 用 的可控開關(guān)是繼電器，繼電器 在工作時(shí)是將其觸點(diǎn)進(jìn)行 吸合或釋放 這樣就可實(shí)現(xiàn) 電路 的 接通或斷開 ，其 驅(qū)動(dòng) 電路 在 高電平或低電平 時(shí)為有效狀態(tài)。繼電器的驅(qū)動(dòng)電路較為復(fù)雜且其觸點(diǎn)較容易磨損，故在本設(shè)計(jì)中不考慮采用繼電器作為自動(dòng)切換開關(guān)部分。 擬開關(guān) 是另一種控制開關(guān) ， 它一般工作在 小電流的模擬或數(shù)字 電路中，在正常 電壓 范圍內(nèi)時(shí)可靠進(jìn)行開關(guān)操作。 最常用且較為方便 的模擬開關(guān) ，其導(dǎo)通電阻相對(duì)較小，一般只為幾百歐姆，所以 較寬的供電電壓，控制速度快，其工作原理易于掌握。但是， 擬開關(guān)也存在不足的地方，當(dāng)電壓增大 時(shí)其導(dǎo)通電阻會(huì)減小，其控制信號(hào)的電平會(huì)變大，所以在使用需全面考慮，為保證其能工作正常，在電源電壓的選擇上要結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際需求選擇合適的電源電壓。 綜上所述由于模擬開關(guān) 有低功耗、速度快、無機(jī)械觸點(diǎn)、體積小和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)將直接采用模擬開關(guān) 為切換電路。 小系統(tǒng)方案 方案一：采用專用的單片機(jī)芯片，這種高性能芯片自帶 換，使系統(tǒng)連線減少，不用另設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路，但此類芯片的通用性差，市場(chǎng)價(jià)格高，不適合該系統(tǒng)低成本的設(shè)計(jì)理念。 方案二：采用 外置 控制采樣及數(shù)據(jù)處理。該組合的優(yōu)點(diǎn)是控制可靠，實(shí)現(xiàn)精度高，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)。此外所選擇的 片機(jī)芯片是一款增強(qiáng)型的高性能高檔產(chǎn)品，它是一種低功耗、可靠性強(qiáng)的八位微控制器，片內(nèi)含通用8 位 儲(chǔ)單元， 8 反復(fù)擦寫上千次。該芯片具有高密度 、不易失性存儲(chǔ)技術(shù)，能為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供高靈活、高性價(jià)比的解決方案因而其也是大多電路設(shè)計(jì)中首選的控制芯片。 針對(duì)以上方案的比較，最終選擇以方案二即采用 為最小控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)的控制、采樣和處理。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 43 頁 樣電路方案 本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的采樣電路是為了采集三極管引腳處的電壓，所采集到的電壓需送至單片機(jī)進(jìn)行處理和分析，而單片機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制的代碼，所以需要采用 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換器將采集到的電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量的電壓轉(zhuǎn)換為 D 位的數(shù)字量這樣單片機(jī)才能讀取數(shù)據(jù)。其轉(zhuǎn)換關(guān)系如式 2示。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)可由轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換時(shí)間來恒定，轉(zhuǎn)換精度一般用分辨率和量化誤差來表示，而轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次 錯(cuò)誤 !未找到引用源。轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，輸入信號(hào)的應(yīng)變能力則越強(qiáng)。以下為轉(zhuǎn)換精度中分辨率及量化誤差的說明： ① 分辨率是指當(dāng)輸出的數(shù)字量有一個(gè)相鄰數(shù)碼的變化此時(shí)所需輸入模擬電壓變化量，當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越大時(shí)，分辨率越高。 ② 量化誤差是指零點(diǎn)和滿度較準(zhǔn)后在轉(zhuǎn)換范圍內(nèi) 出現(xiàn)的最大誤差 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換器按信號(hào)傳輸形式可分為并行 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和串行 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，常用的 并行輸出數(shù)據(jù)，常用的 串行輸出數(shù)據(jù)， 8 位 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換芯片， 片是 10 位 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換芯片，所以 分辨率明顯比 高；而且并行接口的 積大引腳多將占用單片機(jī)的口線。在轉(zhuǎn)換時(shí)間上 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，所以 轉(zhuǎn)換時(shí)間快，根據(jù)以上分析的 換器的性能指標(biāo)，該系統(tǒng)采用的是并行的 為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 示模塊方案 該系統(tǒng)中采用 110 作為測(cè)量參數(shù)值的顯示屏，作為液晶顯示屏的經(jīng)典機(jī)型，110 具有明顯的優(yōu)越性能： ① 與其他液晶屏相比， 這更高的性價(jià)比高，一般的顯示屏如 2 個(gè)字符，而 以顯示 30 個(gè)字符， 15 個(gè)漢字。在市場(chǎng)價(jià)格方面，對(duì)來說也高于 ② 口技術(shù)簡(jiǎn)單易于理解和掌握，其僅需四根 I/O 口線就可進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而其他顯示屏如 11 根 I/O 口線才能驅(qū)動(dòng)， 是需要 12 根 I/O 口才能驅(qū)動(dòng)。 ③ 行速度快，是 40 倍，是 20 倍。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 43 頁 ④ 作電壓低，正常工作時(shí)顯示電流也低僅為 200下，同時(shí)其具有掉電模式，適用于各種便捷式的移動(dòng)設(shè)備非常符合該系統(tǒng)便捷輕巧的設(shè)計(jì)理念。 綜上所述，機(jī)身薄、省電、低輻射的經(jīng)典顯示屏 為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來良好的人機(jī)界面。 電電源方案 采用三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進(jìn)行濾波穩(wěn)壓。電流源部分由于要給外圍測(cè)試電路提供比較大的功率，因此必須采用大功率器件，實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。而本設(shè)計(jì)中的測(cè)量對(duì)象為小功率三極管，前述所選擇的各模塊中無需很大的電壓供電即可達(dá)到測(cè)量目的，所以不進(jìn)行電源電路的方案設(shè)定。在該系統(tǒng)中將有計(jì)算機(jī) 口所提供的電源，此電源電壓為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，優(yōu)點(diǎn)在于方便快捷，成本低，只需一個(gè)下載器即可。缺點(diǎn)是功率低，只適合簡(jiǎn)單的數(shù)控電路但這完全可以滿足設(shè)計(jì)電路的需求，該錯(cuò)誤 !未找到引用源。 電壓將做為穩(wěn)定的電源部分為單片機(jī)最小系統(tǒng)，模擬開關(guān) 、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊及顯示模塊提供穩(wěn)定的電壓。 極管參數(shù)的理論分析 極管引腳及管型 晶體三極管是一種三端器件，內(nèi)部由兩個(gè)背靠背排列的 組成，所以三極管有和 兩種不同的類型。兩個(gè)背靠背的 即集電結(jié)和發(fā)射結(jié)， 這兩個(gè)結(jié)將三極管分成基區(qū)、發(fā)射區(qū)和集電區(qū)三個(gè)部分。從這三個(gè)區(qū)分別引出三根電極稱為基極b、發(fā)射極 e 和集電極 c[3]。這三個(gè)電極即為三極管的三個(gè)管腳。 和 三極極管引腳結(jié)構(gòu)如圖 2示，對(duì)于 三極管，發(fā)射極電位最低，且正常放大時(shí)集電極電位最高，基極電位置中。對(duì)于 三極管，發(fā)射極電位最高，且正常放大時(shí)集電極電位最低，基極電位置中。 圖 2極管引腳結(jié)構(gòu)圖 （ a） 引腳結(jié)構(gòu) （ b） 引腳結(jié)構(gòu) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 43 頁 國(guó)內(nèi)外不同類型的三極管其管腳的排列也不同，往往我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)中必須準(zhǔn)確 知道三極管的管腳及類型，傳統(tǒng)的三極管引腳測(cè)試技術(shù)有萬用表進(jìn)行測(cè)試，其雖測(cè)量準(zhǔn)確但測(cè)試流程繁瑣，因此該設(shè)計(jì)旨在了解三極管管型及引腳排列原理后設(shè)計(jì)出一款能夠自動(dòng)識(shí)別三極管引腳及管型的測(cè)試儀。 極管放大倍數(shù) 三極管的放大倍數(shù)則是衡量三極管放大性能好壞的最主要參數(shù)，當(dāng)基極電壓 生很小的變化時(shí)，基極電流 會(huì)發(fā)生微小的變化，受基極電流 制的集電極電流時(shí)會(huì)發(fā)生很大的變化，基極電流 集電極電流 線性關(guān)系。這就是三極管的放大作用，當(dāng)忽略集電極和發(fā)射極反向飽和電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)， 變化量與 化量之比即為三極管的放大倍數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。該系統(tǒng)測(cè)量的是共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，三極管的共射極連接適用于低頻情況下，而低頻時(shí)直流放大倍數(shù)和交流放大倍數(shù)誤差不大，該系統(tǒng)測(cè)量的對(duì)象是小功率三極管，因此設(shè)計(jì)中只完成對(duì)三極管的直流放大倍數(shù)的測(cè)量。 三極管放大倍數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 一般在幾十到幾百倍之間，所以放大倍數(shù)是有一定的范圍的因而可通過單片機(jī)計(jì)算出來的放大倍數(shù)判斷其是否是在預(yù)知的范圍內(nèi)，如果單片機(jī)所測(cè)量的倍數(shù)不在這一范圍內(nèi)時(shí)可由單片機(jī)通過 控制自動(dòng)切換電路自動(dòng)切換三極管的測(cè)量電路，經(jīng)過不斷的計(jì)算直至單片機(jī)算出符合要求的放大倍數(shù)為止。這時(shí)就可以將得出的放大倍數(shù)及三極管的類型送至液晶進(jìn)行顯示。 極管漏電流 （ 1）集電極 誤 !未找到引用源。 指當(dāng)發(fā)射極開路，且在集電極和基極之間加上一定的反向電壓時(shí)的反向電流， 際上是集電結(jié)的反向電流 [4]，因此它只取決于少數(shù)載流子的濃度和結(jié)的溫度，，在一定的溫度下，該反向電流基 本是個(gè)常數(shù)，所以稱為反向飽和電流。 （ 2）集電極 誤 !未找到引用源。 示基極開路且在集電極和發(fā)射極間加上一定反向電壓時(shí)的集電極電流。由于從集電區(qū)穿過基區(qū)流至發(fā)射區(qū)的，所以也稱為穿透電流。 （ 3）載流子運(yùn)動(dòng)理論和大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。之間存在如是2示： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 都是衡量三極管質(zhì) 量好壞的重要參數(shù)，而一般三極管的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 值很小，而由于 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 遠(yuǎn)大于 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 測(cè)量起來也容易。因此本設(shè)計(jì)中將通過測(cè)量 錯(cuò)誤 ! 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 43 頁 未找到引用源。 再由（ 2得出 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 章小結(jié) 本章主要講述了小功率三極管的總體設(shè)計(jì)思路及各模塊的方案的對(duì)比和選定，并對(duì)三極管的管腳及管型、三極管放大倍數(shù)和漏電流的理論基礎(chǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述，為下一章節(jié)實(shí)現(xiàn)三極管參數(shù)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 統(tǒng) 硬件電路總體設(shè)計(jì)圖 系統(tǒng)硬件由自動(dòng)切換電路、單片機(jī) 換電路、采樣電路和液晶顯示電路五大主要部分。其中，由三個(gè)模擬開關(guān) 成的自動(dòng)切換電路可將電路切換成 和 兩種測(cè)量放大電路；另外一個(gè)模擬開關(guān) 4）將與 片機(jī)控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，也是設(shè)計(jì)中最重要的部分，其主要對(duì) D/A 電路賦值、控制自動(dòng)切換電路、控制采樣電路；本設(shè)計(jì)采用 示屏進(jìn)行顯示 。為了減少不必要的成本且設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)潔的人機(jī)界面，在設(shè)計(jì)過程中將直接采 用 載器為電路板提供 5V 電源。該系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)框架如圖 3示。 片機(jī)最小系統(tǒng)電路 （ 1） 片機(jī)簡(jiǎn)介 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分。其作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，主要進(jìn)行檢測(cè)信息、處理數(shù)據(jù)和指揮控制等作用。該系統(tǒng)的控制部分采用的是片機(jī)，該單片機(jī)的 8 位字長(zhǎng)，系統(tǒng)內(nèi)含可編程 儲(chǔ)器，一共含有 4個(gè) I/2線 ,051單片機(jī)，所以其工作電壓范圍在 3統(tǒng)硬件總體框圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 43 頁 設(shè)計(jì)中單片機(jī)的工作電壓為 5v。 （ 2）單片機(jī)最小控制系統(tǒng)概述 ① 單片機(jī)最小控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)最核心的部分，該單片機(jī)在本設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和控制。在最小系統(tǒng)中電路的設(shè)計(jì)中用到了單片機(jī)的 4 個(gè) I/O 端口，由于2/準(zhǔn)雙向口，自帶弱上拉。 是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻。由于 作為 I/O 與顯示屏 連，將 接 上拉電阻， 有利于提高 I/O 狀態(tài)的穩(wěn)定及控制的可靠性。在賦值控制方面，單片機(jī)的 別與 串行數(shù) 據(jù)輸入端 行時(shí)鐘輸入端 片選用通端 /現(xiàn)對(duì) D/A 芯片 行賦值控制，以使 D/A 芯片輸出所需的穩(wěn)定的電壓；在數(shù)據(jù)處理方面，由單片機(jī)的 別與 行連接以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì) A/D 芯片采取回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和對(duì)比；在控制顯示方面由 ~與顯示芯片連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和顯示。此外在該最小系統(tǒng)電路中將單片機(jī)的 計(jì)成調(diào)試通道方便后期對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試。 ② 信號(hào)復(fù)位部分，如圖 3示，在最小系統(tǒng)中中將其接一個(gè)復(fù)位電路，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位功能。當(dāng)振蕩器啟動(dòng)后， 腳置高電平，只有連續(xù)輸入兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)復(fù)位初始化才開始操作。在 腳上接一個(gè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 電容至電源 ，下接一個(gè)電阻 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 到地，圖中還接上了一個(gè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 開關(guān)所以在實(shí)際電路板中可進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容給一個(gè)短的高電平信號(hào)，此高電平隨著電源對(duì)電容的充電過程而逐漸變小，只用當(dāng)上的高電平維持足夠長(zhǎng)的時(shí) 間時(shí)系統(tǒng)才能可靠復(fù)位 [5]。 ③ 晶體振蕩部分， 片機(jī)采用的是 藝，因而其內(nèi)部有一個(gè)振蕩器，可作為 時(shí)鐘源。 片機(jī)也可以采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)加到振蕩信號(hào)的輸入端來作為 時(shí)鐘源。本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部振蕩器，電路如圖 3示，在 片機(jī)的 引腳之間連接一個(gè)晶體振蕩器，并接兩個(gè)