三极管测试仪

8
7 6
VCC
5 R6 00 0
1 00 K
R7 00 0 1 00 K
R4 00 0 1 00 K R5 00 10 00 K
C
J IN 1
CON1
B
Titl e
Size B
Dat e: File: 5
Nu mber 1 2-Sep -2 0 04 I:\d ian zi\三级管.DDB
A
Rev isio n Sheet o f Drawn By:
3
1
R14 1 00 K
-VC C
J6 CON1
R29
1 2 3 4
VOS VOS -IN V+ +IN OUT V- NC
8 7 6 5
-VCC OP07
VCC
锯齿波的输入
恒流源 J8 1 CON1
1
3
R20 1 00 K
R25
2
13
2
PR
R21 1 00 K
J7 CON1
11
R30
1 2 3 4
【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，我们选择了方案二。
综上所述，我们的总体方案是：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，而所测的参数用液晶来显示。
SW-SPST
OP07 R19
R16 R17 1 00 K 1 00 K
1 00 K
R18 1 00 K
VCC
J5 1
CON1
J OUT CON1
1
R2 00 0 1 00 K
1 2 3 4
-VC C
R3 00 0
1 00 K
R8 88 VOS VOS -IN V+ +IN OUT V- NC
OP07
基本部分的测试数据显示，我们采用液晶显示，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：
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
【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。
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
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
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，
（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
（图八）
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5·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
【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，我们选择方案一。
（图二）
4.显示部分方案论证
（图三） 2.2、反向饱和电流
（图四）
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
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
集电结的反向饱和电流。
ICEO 和 ICBO 有如下关系：ICEO=（1+β）ICBO
PR
1
J1 CON1
R7 1 0Biblioteka Baidu K
1
-VC C
3
R26
1 2 3 4
VOS VOS -IN V+ +IN OUT V- NC
8 7 6 5
-VCC OP07
VCC2
1
B
EC
Q1 NPN
3
R8 1 00 K
R9 1 00 K
R27
1 2 3 4
VOS VOS -IN V+ +IN OUT V- NC
·6·
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。
VOS VOS -IN V+ +IN OUT V- NC
8 7 6 5
-VCC OP07
VCC2
B
EC
Q3 NPN
3
R22 1 00 K
1
-VC C
2
3
4
（图十二）
1 1
·7·
5
6
D
J4 CON1
R28
1 2 3 4
VOS VOS -IN V+ +IN OUT V- NC
8 7 6 5
S1
-VC C
【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，我们也可以采用 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
-VC C
R26
VOS VOS
-IN V+
·1·
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
一、 方案比较、设计与论证
针对题目要求，经过分析，我们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；
模拟 处理 模块
控制 部分 模块
数字 处理 模块
◆ 显示模块
显示模块
1. 控制部分方案论证
（图一）
8 7 6 5
R1 0 -VCC 1 00 KR1 1
1 00 K
OP07 R12
1 00 K
J3 CON1
VCC
R13 1 00 K
R15
1 00 K
R31
R 2 4控制电压
2
13
2
PR
1 2 3 4
RG
RG
-IN
+VS
+IN OUTPUT
-VS REF
8 7 6 5
-VCC AD6 20
VCRC3 2 4 7K
3.2、 系统电路图详细分析及其实现
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
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：
AT89C2051
（图十一）
1 D
C
B
A 1
系统的整体电路如图十二所示：
V2C C
R6 1 00 K
3
4
J2 CON1
1
R23
2
13
2
·3·
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 / IB VCE=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。
参考文献 附录
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
简易半导体三极管参数测试仪设计报告（H）
摘要
本系统是利用 C51，辅以必要的外围电路，用 C 语言编写程序，并进行模块化设 计而成的简易半导体三极管参数测试仪。它具有功能稳定，精确度高，传输数据快 的特点。本系统实现了题目的基本要求功能和发挥部分的功能，还有创新。
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。
（图五）
2.3、共发射极交流电流放大系数
·4·
=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。
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）。
显示模块 示波器
模拟处理模块 A/D
输入、输出特性曲线电路
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
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
关键字：单片机 三极管 放大系数
Abstract
This system is a simple semi-conductor triode transistor parameter test apparatus to make use of the C51 as control certer, assist with the necessary outer circle electric circuit, write the procedure with the C language,and designed in model. It has the stable function and the high accuracy. It deliver the data with high speed. This system realizes the basic function requested and develop part of functions, still have some creative. Key word: singlechip audion magnify coefficient
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、测试数据及测试结果分析 ……………………………………………………（12）
5.1、测试数据
5.2、结果分析
六、总结 ……………………………………………………………………………………（13）
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，学习较麻烦等缺点，所以在此，我们采用第二种方案。
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
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 3.3、系统软件流程图
6
1 1 13 3 1 13 3
V2C C
V2C C
R6 1 00 K
R6 1 00 K
简易半导体三极管参数测3 试仪设计报告
3
J2 C ON1
4
J2 C ON1
3.2.2、恒流电源电路 R 2 3
2
2
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 PR
1 2 3 4
使用不便。
【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。
·2·
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，所以我们选择了方案二。
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。
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。
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。
简易半导体三极管参数测试仪设计报告
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） 2.5、考虑到误差要求，根据β的公式：