数字电子课程设计三极管参数电路.docx

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数字电子课程设计三极管参数电路

数字电子

课

程

设

计

目录

摘要

一、方案比较、设计与论证…………………………………………………………

（2）

二、理论分析与计算……………………………………………………………………（4）

三、电路图及有关设计文件…………………………………………………………（6）

3.1、系统原理框图

3.2、系统电路图详细分析及其实现

四、测试仪器与方法……………………………………………………………………（11）

4.1、测试仪器

4.2、测试过程及方法

五、心得体会………………………………………………………………………………（13）

参考文献

三极管参数测试仪电路设计

摘要

本系统电路是利用C51，辅以必要的外围电路，并进行模块化设计而成的三极管参数测试仪。

它具有功能稳定，精确度高，传输数据快的特点。

本系统电路实现了本次课程设计的基本要求，而且我认为它的设计很具有一定的创造性。

·1·

一、方案比较、设计与论证

针对题目要求，经过分析，我认为主要由四个大的模块来实现系统设计（如图一所示）：

◆控制模块；

◆模拟处理模块；

◆数字处理模块；

◆显示模块

1.控制部分方案论证

【方案一】采用高性能的专用单片机芯片实现系统，可以很好的解决同时采样和控制显示的功能，且由于该芯片本身带有D/A和A/D转换，不用另外设计，但是专用芯片的通用性差，使用起来比较麻烦，且市场价格高，购买时不方便。

【方案二】针对题设要求，我也可以采用C51两片通用芯片来实现系统设计，一片用来实现控制显示、数据运算等功能；另一片用来产生扫描电压信号和调控恒流源。

该方案克服了专用芯片通用性差的缺点，学习起来容易熟悉掌握，而且市场价格低，购买、使用方便。

可见，两个方案都可以较好的实现系统功能，但考虑到专用芯片通用差，市场价格高的缺点，所以在此，我采用第二种方案。

2．模拟部分方案论证

模拟处理部分，主要在于恒流源IB的设计，它是该系统设计的重点之一。

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流IB，因为IB的精确程度直接影响到测量参数的精确与否，决定了测试电路设计的成败。

【方案一】采用专用恒流源，它的性能稳定，简化了电路设计。

但是市场购买的恒流源所能提供的恒流值一般是固定的，不能根据需要进行调节，市场价格也不低，使用不便。

·2·

【方案二】自己制作可调恒流源，这样可以根据设计需要提供多种恒流IB值，且成低，易于实现。

由于专用恒流源的数值不能调节，价格贵、使用不便，而自制恒流源更符合设计要求，所以我选择了方案二。

3.数字部分方案论证

该模块主要包括模数转化电路，数模转化电路，产生扫描电压电路。

其中用C51扫描电压的产生电路是重点之一，其波形的选择至关重要。

【方案一】用锯齿波作扫描电压，因为锯齿波是线性渐变的，其线性和周期性效果好；

【方案二】用三角波作扫描电压，但是由于它的变化是从小到大再到小，这样显示输出特征曲线的效果如图二所示，效果有所影响；

【方案三】用其他线性的波形作扫描电压也可实现，但涉及的电路较繁杂；

比较三种方案，我选择方案一。

（图二）

4.显示部分方案论证

基本部分的测试数据显示，我采用液晶显示，这样可以清晰明了。

而发挥部分的输入、输出特性曲线的显示，有两种方案：

【方案一】液晶显示有着轻便的优点，但是液晶显示器的效果好坏依赖与液晶的点阵密度，同时当数据采样时，就需要采集足够的样本点，增加了存储容量，实现起来比较麻烦。

【方案二】采用100MHZ的模拟示波器来显示三极管共射极接法的输入和输出特性曲线，显示的效果非常好，清晰明了。

由此，我选择了方案二。

·3·

综上所述，我的总体方案是：

控制部分采用通用的C51芯片，模拟部分采取自己制作恒流源，数字部分的扫描波形采用锯齿波。

特性曲线显示部分我们采用示波器显示。

二、理论分析与计算

2.1、共发射极直流电流放大系数

β=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBVCE=const

在放大区基本不变。

在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线（VCE=const）来求取IC/IB，如图三所示。

在IC较小时和IC较大时，会有所减小，这一关系见图四。

2.2、反向饱和电流

集电极—发射极间的反向饱和电流ICEO，集电极基极间反向饱和电流ICBO，ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。

它相当于集电结的反向饱和电流。

ICEO和ICBO有如下关系：

ICEO=（1+β）ICBO

相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。

如图五所示。

·4·

2.3、共发射极交流电流放大系数

=IC/IBVCE=const

在放大区值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线求取IC/IB。

具体方法如图六所示。

（图六）

2.4、V（BR）CEO（如图七）——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。

对于V（BR）CER表示BE间接有电阻，V（BR）CES表示BE间是短路的。

V（BR）CBO（如图八）——发射极开路时的集电结击穿电压。

下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。

V（BR）EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。

几个击穿电压在大小上有如下关系：

V（BR）CBO≈V（BR）CES＞V（BR）CER＞V（BR）CEO＞V（BR）EBO

（图七）（图八）

2.5、考虑到误差要求，根据β的公式：

·5·

β=IC/IB，而IE=IC+IB，所以IE/IB=β+1，我们取UE电压量为IC的相应量（如图九），送示波器的Y信道。

而要求的测量误差的绝对值小于5N/100+1，其中N是直流放大倍数β的显示数值。

可见，要求的误差绝对值就是相应于小于5%。

（图九）

三、电路图及有关设计文件

3.1、系统原理框图

整个系统由控制模块、模拟处理模块、数字处理模块和显示模块四个模块组成，各个模块又由几个相应的功能模块电路构成（如图十所示）。

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由AT89C2051芯片

（2）编程产生数字信号，经D/A转换后分别变产生锯齿波信号和恒流调控信号。

锯齿波信号经过锯齿波放大电路进行放大，恒流调控信号对恒流电源产生电路进行调控，产生各种所需的恒流电源值。

AT89C2051芯片

（1）通过键盘输入信号调控选择对几种参数进行测量。

选定要测的参数由测量电路完成，并通过A/D转换成数字信号送芯片

（1）处理，处理完后，液晶进行显示测定的参数值。

通过输入、输出特性曲线电路，在恒流源和扫描的锯齿波电压下，可以把信号送示波器显示。

显示输入曲线时，X信道为VBE信号，Y信道为IB信号，显示输出特性曲线时X信道的信号为VCC，Y信道的信号为定值IB下相应的IC等效电压信号。

这样在示波器上显示的就是以VCC为横坐标，相应的IC等效电压信号为纵坐标的特性曲线图。

这样便可在示波器上显示出输入、输出特性曲线。

3.2、系统电路图详细分析及其实现

3.2.1、系统总体电路

电路设计时所用的单片机AT89C2051的管脚排列如图十一所示：

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系统的整体电路如图十二所示：

3.2.2、恒流电源电路

恒流源电路分为NPN型恒流源和PNP型恒流源，分别提供测NPN极型的三极管和PNP极型的三极管参数的稳恒电流|IB|，其中测NPN时的电路图如图十三所示：

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测PNP时的恒流源电路如图十四所示：

3.2.3、测反响击穿电压电路（如图十五）：

3.3.4、模数、数模电路

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3.2.4、采样、放大电压电路（如图十六）：

四、测试仪器与方法

4.1、测试仪器

在测试过程中，需要用到的仪器主要有：

100MHZ的模拟示波器、数字万用表、EDA系统开发工具、仿真器和PC机等。

4.2、测试过程及方法

（1）、控制模块测试

控制模块的调试就是下载编译好的程序，运行测试，看所得结果是否为要控制结果。

若不是所要结果，则分析、查找原因，修改相关电路与程序，完成调试。

（2）、模拟处理模块测试

模拟模块需要调制的主要是恒流源的调试，其方法是：

仿真器中仿真调试；当改变负载时，测试电流是否改变。

若变化很大，则说明自行设计恒流源的方法可以实现。

仿真调试通过后，再进行硬件调试。

搭硬件恒流源电路进行调试时，改变负载的电阻值，然后用数字万用表在电路中测试电流，看是否有变化，若没有，则调试通过。

（3）、数字处理模块测试

数字处理模块涉及D/A，A/D的调试。

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①在调试D/A时，用单片机芯片编程产生周期数字信号，由于芯片是8位的，所以产生0-255个数，把D/A的输出端接入示波器，看示波器的波形是否符合预定要求。

符合，则调试通过。

②调试A/D时，输入模拟数据，看是否为模数转化后的数据。

不是，则分析、调整电路和程序；若是，则通过调试。

（4）、显示模块测试

对于显示模块的调试，就液晶显示而言，具体的是下载液晶显示程序，看是否能正常显示。

对于示波器，显示输入曲线时，X信道为VBE信号，Y信道为IB的相应电压信号，显示输出特性曲线时X信道的信号为VCC，Y信道的信号为定值IB下相应的IC等效电压信号。

这样在示波器上显示的就是以VCC为横坐标，相应的IC等效电压信号为纵坐标的特性曲线图。

这样便可在示波器上显示出输入、输出特性曲线。

再把几个半导体三极管插入电路中进行测试，并纪录下相关数值，调节整机，使其到达最佳状态。

五、心得与体会

 为期一周的课程设计终于结束了，一刚开始，同学们都觉得忐忑不安。

因为我们以前没有做过电子课程设计，不知道怎么去做。

然尔再做过之后，觉得真的是很好玩。

觉得真是没有虚度这一周的时间。

虽然这一次时间比较紧张。

但经过认真学习，真的积累了经验和知识。

感觉电子设计真的是很有趣。

这一次最重要的收获就是激发了自己对设计的兴趣。

我认为课程设计，其实是对课本知识的一次实践，是对我们所学知识的一次检验和应用。

通过这次实检活动，我明白了学以致用的道理，书本与实际的差别。

在这次课程设计实习中，学会了一些基本的画图技能，能够设计较为简单的一些电路。

这次课程设计主要是对以前电子技术理论课程的应用。

在这次课程设计过程中，结合实际的应用来理解以前学了而没有学会的知识，这给我对理论课的学习提供了很大的帮助。

也使我意识到理论和实际相结合的重要性。

在这次数字电子设计中，谢谢给我辅导和帮助的老师和同学，我能取得这次设计的完成离不开你们的帮助，非常感谢！

参考文献：

（1）清华大学电子学教研组编，杨素行主编.《模拟电子技术基础简明教程》.第二版.北京:

高等教育出版社,1998

（2）李清泉、黄昌宁编着.《集成运算放大器原理与应用》.北京:

科学出版社,1980

（3）余锡存、曹国华编着.《单片机原理及接口技术》.西安：

电子科技大学出版社，2000

（4）王振红编.《数字电路设计与应用实践教程》.北京：

机械工业出版社，2003

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