小功率三極管測試儀的設(shè)計制作獨家優(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，并且具有良好的功率控制、工作速度快、持久力強(qiáng)等特點，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。面對種類繁多，功能各異的晶體三極管，電路設(shè)計人員需要用專用儀器檢測其特性參數(shù)，并根據(jù)檢測結(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試儀的設(shè)計制作，其實現(xiàn)了晶體三極管引腳的自動識別與直流放大倍數(shù)的測試，漏電流的測試。該測試系統(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；由三個多路開關(guān) 成的自動切換電路，能實現(xiàn)三極管 測量電路及 測量電路的自動切換；再取一個模擬開關(guān) 換器 同組成采樣電路，以實現(xiàn)引腳電壓的自動切換采樣。最后利用單片機(jī)對采集所得的數(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。 本課題的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面 ： ⑴ 介紹了三極管測試技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，學(xué)習(xí)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點； ⑵ 詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的測試原理，對主要電路的硬件設(shè)計進(jìn)行了概述和分析； ⑶ 介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計思路并給出了測量參數(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識別及管型的判別，進(jìn)行放大倍數(shù)的測量及漏電流的測量，對測量參數(shù)進(jìn)行必要的誤差補(bǔ)償以提高測量精度。 測試結(jié)果表明，所研制的小功率三極管測試儀達(dá)到了設(shè)計要求，其測試精度高，使用簡單，方便，該儀器具有良好的穩(wěn)定性及較高的性價比。 關(guān)鍵詞 ： 擬開關(guān) 極管引腳自動識別；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 功率三極管測試儀的現(xiàn)狀 ....................................................................................... 2 極管測試技術(shù)的發(fā)展方向 ....................................................................................... 2 章小結(jié) ....................................................................................................................... 3 2 小功率三極管測試儀的總體設(shè)計 ............................................................. 4 統(tǒng)實現(xiàn)功能 ............................................................................................................... 4 統(tǒng)各模塊方案的選擇 ............................................................................................... 4 流源的方案 .......................................................................................................... 4 動切換電路方案 .................................................................................................. 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 ................................................................................. 9 統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計圖 ........................................................................................... 9 片機(jī)最小系統(tǒng)電路 .............................................................................................. 9 轉(zhuǎn)換電路 ........................................................................................................... 11 量電路 ................................................................................................................ 12 動切換電路 ........................................................................................................ 13 （論文）報告用紙 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 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，且其對信號具有放大作用、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，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，從而簡便和快速地制造出高速電子計算機(jī)等高精度儀器?，F(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量儀器、檢測儀器，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及國防軍 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)計中顯得尤為重要，如三極管的引腳，一般國內(nèi)的小功率三極管都是有規(guī)律的排列，但是也有個別廠家生產(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)計過程中電壓電流參數(shù)的混亂，因此設(shè)計出一款能自動能識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)計中如何選擇合適的三極管，因而準(zhǔn)確地測出三極管的放大倍數(shù)給各領(lǐng)域中的電路設(shè)計帶來很大的方便。此外三極管的漏電流是檢測三極管性能好壞的重要因素，對于生產(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存在微小的漏電流，因而能測量出三極管漏電流的值將可以在計算其他參數(shù)時將考慮到 其值對所算參數(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（論文）報告用紙 第 2 頁 共 43 頁 除了上述提到的三極管引腳的自動識別、放大倍數(shù)的值、漏電流的值對各領(lǐng)域的電路設(shè)計及應(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電路的 測量方案 ， 測量結(jié)果有 非常重要的影響。 因此，在 電路 電子 的設(shè)計中，三極管 參數(shù)值的 測量非常重要。 目前市場上已經(jīng)有各種測量晶體三極管參數(shù)的測試儀，但其體積大，價格貴，因而研制出一款輕巧、便捷且能針對性的測量三極管某一參數(shù)值的測試儀將是日后晶體管測試儀的重要發(fā)展方向?，F(xiàn)代工業(yè)中 測量三極管 引 腳的方法 多種多樣 ， 而我們所熟悉的教學(xué)實驗中是使用 萬 用 表 根據(jù) 三極管 三個引 腳 的電流電壓 特點進(jìn)行測量， 但晶體 三極管體積小 且其 各個引腳間的電壓、電流 關(guān)系不容易判斷 ，這使得在測量過程中較難操作 ， 所以現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行 三極管 引 腳 及 類型 的 自動判別 方面還是存在著一定的缺陷的 [2]。 因此， 該設(shè)計針對這一市場前景將設(shè)計出一款自動識別出出小功率三極管引腳排列及管型且精確測出三極管放大倍數(shù)及漏電流的測試儀。 功率三極管測試儀的現(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)由電子管時代向晶體管時代發(fā)展，這是一次巨大的突破。隨著晶體管的出現(xiàn)，用來測試其參數(shù)的測試儀也逐漸發(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階段。在 1964 年時，我國出現(xiàn)了 第一臺電子管式圖示儀 ，這標(biāo)志著晶體管參數(shù)的測量開始規(guī)范化。在 70 年代初，由上海無線電二十一長廠研制出的 晶體管式圖示儀進(jìn)一步推動了半導(dǎo)體器件迅猛發(fā)展。 80 年代， 出現(xiàn)了以 晶體管測試儀與集成電路混合式的晶體特型測試儀。目前國內(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閱讀三極管的使用手冊，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，價格貴，成本高，現(xiàn)如今市場上的晶體管在測量三極管時全面顯示 三極管的性能且效率高速度快，但在測量過程中容易產(chǎn)生較大的誤差，且其價格貴成本高不利于大范圍的普及和使用。 此外，學(xué)校實驗室一般常用萬用表測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。如在使用萬用表對三極管放大倍數(shù)進(jìn)行測量過程中， 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量其放大倍數(shù)。所以我們就需要一種可以直接自動辨別三極管管腳排列及類型且可以測量其基本參數(shù)的測量儀器。 極管測試 技術(shù)的發(fā)展方向 隨著晶體三極管的廣泛使用，其 測試儀 的技術(shù)也在不斷的提高 ， 測試儀 的 功能 也因 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 43 頁 測試參數(shù)不同 而多樣化。比如 有的 測試儀 可以 精確地檢測 放大系數(shù)、 測量 反向擊穿電壓、測量 反向飽和電流、 繪制出 輸入輸出特性曲線、 計算出 延遲時間 等 多種參數(shù)， 而 有的 測試儀 只是 簡單的 測試晶體管的好壞 。 第一種 類型的 測試儀功能強(qiáng)大、操作簡 便 、測試 速度快 、精度高，但 其 體積較大、價格貴，不適合個人使用； 而第二 種測試儀價格相對便宜、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，測試電路不斷擴(kuò)大和優(yōu)化，使晶體管的參數(shù)測試儀向著集成化、智能化，高精度、多功能方向 不斷發(fā)展。目前市場上的晶體管測試儀存在著顯著特點，如集成信號源是全合成化的，這使得在掃描過程中有著很好的穩(wěn)定性和可靠性；其對顯示部分提供良好的誤差補(bǔ)償可有效提高測試精度；此外其測試速度快，操作智能化，運行簡便。所以現(xiàn)今所研制的晶體三極 管測試儀 將 趨于小型化， 利 于攜帶；功能 越來越 全面，測試范圍廣 ， 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 測試指定的 參數(shù)和 項目 將成為日 后晶體 三極 管測試儀發(fā)展的 方向 。 針對這一市場趨勢本設(shè)計主要設(shè)計并制作一個測量精度達(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辨別 與 引腳排列并快速測試出三極管放大倍數(shù)及漏電流晶體三極管參數(shù)測試儀。 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，介紹了三極管測試儀的現(xiàn)狀及三極管測試技術(shù)未來的發(fā)展方向。詳細(xì)的課題背景為本次設(shè)計帶來了良好的設(shè)計基礎(chǔ)，希望通過與現(xiàn)有技術(shù)的對比，能為本次課題的設(shè)計挖掘出創(chuàng)新、實用、便捷的設(shè)計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（論文）報告用紙 第 4 頁 共 43 頁 2 小功率三極管測試儀的總體設(shè)計 統(tǒng)實現(xiàn)功能 這是一款簡便、快捷、測試精度高的小功 率三極管測試儀，可自動測試三極管引腳及管型，并快速測量三極管放大倍數(shù)及三極管漏電流。以下將對三極管各測量參數(shù)進(jìn)行原理分析及方案選定，對部分主要元器件選型作出分析。 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能： （ 1）小功率三極管引腳的自動識別及類型的判定； （ 2）小功率三極管直流放大倍數(shù)的測量； （ 3）小功率三極管漏電流的測試； （ 4）利用液晶顯示相關(guān)測量參數(shù)。 為了實現(xiàn)以上的系統(tǒng)功能并設(shè)計出一款良好的人機(jī)界面測試儀，該測試儀總體設(shè)計方案主要由恒流源模塊、自動切換模塊、采樣模塊、最小控制系統(tǒng)模塊、顯示模塊幾個部分組成。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)計是系統(tǒng)的重點，恒定的基極電流 精度直接影響到測量參數(shù)的精確度。所以基極電流的恒定是整個測試結(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)計過程中無需進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計。但一般購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，方案二簡潔、靈活，因為本系統(tǒng)中所測試的三極管有和 ，其測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（論文）報告用紙 第 5 頁 共 43 頁 只需 3 根串行總線就可實現(xiàn) 10 位的數(shù)據(jù)串行輸入，在和單片機(jī)接口時易于實現(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。 動切換電路方案 三極管三個引腳的電壓在 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)檢測到不同放大電路下不同管型的引腳電壓時并經(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應(yīng) E、 B、 C 測量電路的連接，以實現(xiàn)引腳的自動識別三極管參數(shù)的測量。 在自動切換開關(guān)模塊里我們平時 常 用 的可控開關(guān)是繼電器，繼電器 在工作時是將其觸點進(jìn)行 吸合或釋放 這樣就可實現(xiàn) 電路 的 接通或斷開 ，其 驅(qū)動 電路 在 高電平或低電平 時為有效狀態(tài)。繼電器的驅(qū)動電路較為復(fù)雜且其觸點較容易磨損，故在本設(shè)計中不考慮采用繼電器作為自動切換開關(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 時其導(dǎo)通電阻會減小，其控制信號的電平會變大，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)計的實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、體積小和使用壽命長等特點，本設(shè)計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)計轉(zhuǎn)換電路，但此類芯片的通用性差，市場價格高，不適合該系統(tǒng)低成本的設(shè)計理念。 方案二：采用 外置 控制采樣及數(shù)據(jù)處理。該組合的優(yōu)點是控制可靠，實現(xiàn)精度高，成本較低，易于實現(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 、不易失性存儲技術(shù)，能為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供高靈活、高性價比的解決方案因而其也是大多電路設(shè)計中首選的控制芯片。 針對以上方案的比較，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（論文）報告用紙 第 6 頁 共 43 頁 樣電路方案 本系統(tǒng)所設(shè)計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)只能識別二進(jìn)制的代碼，所以需要采用 錯誤 !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。 錯誤 !未找到引用源。 （ 2 其中： 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !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)換時間是指完成一次 錯誤 !未找到引用源。轉(zhuǎn)換所需的時間，轉(zhuǎn)換時間越短，輸入信號的應(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)字量有一個相鄰數(shù)碼的變化此時所需輸入模擬電壓變化量，當(dāng) 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越大時，分辨率越高。 ② 量化誤差是指零點和滿度較準(zhǔn)后在轉(zhuǎn)換范圍內(nèi) 出現(xiàn)的最大誤差 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換器按信號傳輸形式可分為并行 錯誤 !未找到引用源。 和串行 錯誤 !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 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)換芯片， 片是 10 位 錯誤 !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)換時間上 轉(zhuǎn)換時間為 錯誤 !未找到引用源。 ， 轉(zhuǎn)換時間為 錯誤 !未找到引用源。 ，所以 轉(zhuǎn)換時間快，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， 這更高的性價比高，一般的顯示屏如 2 個字符，而 以顯示 30 個字符， 15 個漢字。在市場價格方面，對來說也高于 ② 口技術(shù)簡單易于理解和掌握，其僅需四根 I/O 口線就可進(jìn)行驅(qū)動，而其他顯示屏如 11 根 I/O 口線才能驅(qū)動， 是需要 12 根 I/O 口才能驅(qū)動。 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（論文）報告用紙 第 7 頁 共 43 頁 ④ 作電壓低，正常工作時顯示電流也低僅為 200下，同時其具有掉電模式，適用于各種便捷式的移動設(shè)備非常符合該系統(tǒng)便捷輕巧的設(shè)計理念。 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試電路提供比較大的功率，因此必須采用大功率器件，實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。而本設(shè)計中的測量對象為小功率三極管，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)中將有計算機(jī) 口所提供的電源，此電源電壓為 錯誤 !未找到引用源。 ，優(yōu)點在于方便快捷，成本低，只需一個下載器即可。缺點是功率低，只適合簡單的數(shù)控電路但這完全可以滿足設(shè)計電路的需求，該錯誤 !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)部由兩個背靠背排列的 組成，所以三極管有和 兩種不同的類型。兩個背靠背的 即集電結(jié)和發(fā)射結(jié)， 這兩個結(jié)將三極管分成基區(qū)、發(fā)射區(qū)和集電區(qū)三個部分。從這三個區(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]。這三個電極即為三極管的三個管腳。 和 三極極管引腳結(jié)構(gòu)如圖 2示，對于 三極管，發(fā)射極電位最低，且正常放大時集電極電位最高，基極電位置中。對于 三極管，發(fā)射極電位最高，且正常放大時集電極電位最低，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（論文）報告用紙 第 8 頁 共 43 頁 國內(nèi)外不同類型的三極管其管腳的排列也不同，往往我們在電路設(shè)計中必須準(zhǔn)確 知道三極管的管腳及類型，傳統(tǒng)的三極管引腳測試技術(shù)有萬用表進(jìn)行測試，其雖測量準(zhǔn)確但測試流程繁瑣，因此該設(shè)計旨在了解三極管管型及引腳排列原理后設(shè)計出一款能夠自動識別三極管引腳及管型的測試儀。 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，基極電流 會發(fā)生微小的變化，受基極電流 制的集電極電流時會發(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 錯誤 !未找到引用源。 時， 變化量與 化量之比即為三極管的放大倍數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 。該系統(tǒng)測量的是共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 ，三極管的共射極連接適用于低頻情況下，而低頻時直流放大倍數(shù)和交流放大倍數(shù)誤差不大，該系統(tǒng)測量的對象是小功率三極管，因此設(shè)計中只完成對三極管的直流放大倍數(shù)的測量。 三極管放大倍數(shù) 錯誤 !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)所測量的倍數(shù)不在這一范圍內(nèi)時可由單片機(jī)通過 控制自動切換電路自動切換三極管的測量電路，經(jīng)過不斷的計算直至單片機(jī)算出符合要求的放大倍數(shù)為止。這時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）載流子運動理論和大量實驗證實， 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。之間存在如是2示： 錯誤 !未找到引用源。 （ 2 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !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 錯誤 !未找到引用源。 值很小，而由于 錯誤 !未找到引用源。 遠(yuǎn)大于 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 測量起來也容易。因此本設(shè)計中將通過測量 錯誤 ! 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 43 頁 未找到引用源。 再由（ 2得出 錯誤 !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)計思路及各模塊的方案的對比和選定，并對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)行簡要的概述，為下一章節(jié)實現(xiàn)三極管參數(shù)測量奠定了基礎(chǔ)。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 統(tǒng) 硬件電路總體設(shè)計圖 系統(tǒng)硬件由自動切換電路、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，由三個模擬開關(guān) 成的自動切換電路可將電路切換成 和 兩種測量放大電路；另外一個模擬開關(guān) 4）將與 片機(jī)控制電路是整個系統(tǒng)的核心部分，也是設(shè)計中最重要的部分，其主要對 D/A 電路賦值、控制自動切換電路、控制采樣電路；本設(shè)計采用 示屏進(jìn)行顯示 。為了減少不必要的成本且設(shè)計出一個簡潔的人機(jī)界面，在設(shè)計過程中將直接采 用 載器為電路板提供 5V 電源。該系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計框架如圖 3示。 片機(jī)最小系統(tǒng)電路 （ 1） 片機(jī)簡介 在系統(tǒng)設(shè)計過程中單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個設(shè)計的核心部分。其作為整個系統(tǒng)的控制中心，主要進(jìn)行檢測信息、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，系統(tǒng)內(nèi)含可編程 儲器，一共含有 4個 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（論文）報告用紙 第 10 頁 共 43 頁 設(shè)計中單片機(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)是整個設(shè)計最核心的部分，該單片機(jī)在本設(shè)計中主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和控制。在最小系統(tǒng)中電路的設(shè)計中用到了單片機(jī)的 4 個 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，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 行時鐘輸入端 片選用通端 /現(xiàn)對 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 行連接以實現(xiàn)單片機(jī)對 A/D 芯片采取回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和對比；在控制顯示方面由 ~與顯示芯片連接以實現(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 計成調(diào)試通道方便后期對電路板進(jìn)行調(diào)試。 ② 信號復(fù)位部分，如圖 3示，在最小系統(tǒng)中中將其接一個復(fù)位電路，以實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位功能。當(dāng)振蕩器啟動后， 腳置高電平，只有連續(xù)輸入兩個機(jī)器周期以上高電平時復(fù)位初始化才開始操作。在 腳上接一個 錯誤 !未找到引用源。 電容至電源 ，下接一個電阻 錯誤 !未找到引用源。 到地，圖中還接上了一個 錯誤 !未找到引用源。 開關(guān)所以在實際電路板中可進(jìn)行手動復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容給一個短的高電平信號，此高電平隨著電源對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的時 間時系統(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)部有一個振蕩器，可作為 時鐘源。 片機(jī)也可以采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號加到振蕩信號的輸入端來作為 時鐘源。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 引腳之間連接一個晶體振蕩器，并接兩個