晶体管参数设计图示仪设计说明书.docx
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晶体管参数设计图示仪设计说明书
摘要
晶体管输出特性图示仪是一种用示波器显示半导体器件特性曲线的电路。
同时用8段数码显示管显示其静态参数。
它有直接显示、电路简捷、操作方便等优点。
对晶体管特性的测试方法繁多,本设计只是一种基于数字逻辑器件和模拟器件的基础上分别测试晶体管输出特性曲线(用示波器显示其曲线族)和电流放大系数值(用四个8段数码管显示值)的设计。
本设计以电子芯片CD4518、DAC0832、CC4097、ICL7107和LM324等集成运放元件为核心,以数码管显示器件等为辅助元件,组成一个模拟-数字电子电路,从而完成晶体管参数及特性的测试。
通过对其参数和输出特性的测试,可以判断晶体管是否完好,其参数是否满足使用要求等。
其简单的设计思路和方便的使用具有一定的实用意义。
关键字:
晶体管;示波器;输出特性;图示仪
Abstract
TransistoroutputcharacteristicsTracerisasemiconductordevicewithanoscilloscopedisplaycharacteristiccurveofthecircuit.Simultaneouslywith8digitaldisplaytubedisplayitsstaticparameters.Ithasdirectdisplay,thecircuitissimple,easyoperation.
Testmethodsforcharacterizingthetransistorrange,thisdesignisjustadevicebasedondigitallogicandanalogdevicesweretestedonthebasisofthetransistoroutputcharacteristiccurve(withanoscilloscopedisplayitsfamilyofcurves)andcurrentamplificationcoefficientvaluesβ(usingfour8-segmentdigitaltubedisplay)design.ThedesignofanelectronicchipCD4518,DAC0832,CC4097,ICL7107andLM324opampcomponentssuchasintegratedasthecore,todigitaldisplaydevicessuchasauxiliarycomponentstoformananalog-digitalelectroniccircuits,thuscompletingthetransistorparametersandcharacteristicsofthetest.
Throughitsparametersandoutputcharacteristicsofthetest,youcandeterminethetransistorisintact,anditsparametersareusedtomeettherequirements.Itssimpledesignideasandeaseofusehascertainpracticalsignificance.
Keywords:
transistor;oscilloscope;outputcharacteristics;tracers
引言
由方波发生电路产生的同步方波信号,分别加至积分运算电路(产生与方波信号同步的锯齿波)和计数器CD4518上,方波信号的上升沿作为触发信号触发CD4518计数;而CD4518的计数输出加到了数模转换器DAC0832上,通过此数模转换器将从CD4518输出到DAC0832的数字量转换为模拟量作为基极电压加至被测晶体管的基极(基极电压波形即为阶梯波)。
锯齿波通过电平移动网络调节之后作为集电极电源加至被测晶体管集电极,从而为被测晶体管提供集电极扫描电压。
而集电极电阻两端的电压(此电压与集电极阶梯电流成正比)经减法器取出后的驱动示波器Y轴偏转板,把由低到高变化的信号加至X轴偏转板。
选择示波器的水平显示X-Y模式,即可显示晶体管的输出特性。
CD4518输出的数字量()作为CC4097的地址输入(依次接通C、B、A),经减法器取出的集电极电阻两端电压再经过电子开关取出在某一特定代码下的电压值,此电压信号在经过两级反相器构成的电平调节网络后送至ICL7107,最后驱动共阳LED数码管显示电流放大系数。
第一章设计方案及各集成芯片介绍
1.1设计方案的目的及基本思路
1.1.1设计方案的目的及意义
设计的主要目的是做到将生产实际与电子电路设计与综合应用紧密结合,而最终为生产实际服务;要求提前熟悉示波器外接触发信号的应用,了解与晶体管输出特性的相关知识。
对宽带或射频晶体管的电气参数测量作出分析研究。
1.1.2设计方案的基本思路
晶体管输出特性显示原理:
方波发生器产生正负半周波形,经二极管D整流放大后驱动加法计数器计数,计数结果(Q3Q2Q1Q0)控制D/A转换器产生阶梯波电压信号,用于控制基极产生阶梯电流,继而可形成集电极阶梯电流。
与集电极阶梯电流成正比的阶梯电压取自RC,经减法器产生的VRC驱动示波器Y轴偏转板。
由于被测晶体管所加电源为锯齿波信号,故VCE可产生由低到高的扫描电压信号并将UCE加至X轴偏转板,从而可使示波器显示一曲线族,即晶体管输出特性。
电流放大系数β显示原理:
集电极负载电阻RC两端电压经电子开关取出,在某特定代码下的电压值(此时的基极电流在此代码下亦为定值),该电压信号经电压调节网络(可使LED数码管显示值与校准值一致),送至ICL7107继而驱动共阳LED数码管显示电流放大系数。
图1-1整机电路原理框图
1.2各集成芯片的介绍
1.2.1CC4518
CD4518/CC4518是二——十进制(8421编码)同步加法计数器,内含两个单元的加计数器,其功能表如1-1所示。
每个单元有两个时钟输入端CLK和EN,可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。
由表可知,若用ENABLE信号下降沿触发,触发信号由EN端输入,CLK端置“0”;若用CLK信号上升沿触发,触发信号由CLK端输入,ENABLE端置“1”。
RESET端是清零端,RESET端置“1”时,计数器各端输出端均为Q1~Q4为“0”,只有RESET端置“0”时,CD4518才开始计数。
CD4518采用并行进位方式,只要输入一个时钟脉冲,计数单元Q1翻转一次;当Q1为1,Q4为0时,每输入一个时钟脉冲,计数单元Q2翻转一次;当Q1=Q2=1时,每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次;当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时,每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。
这样从初始状态(“0”态)开始计数,每输入10个时钟脉冲,计数单元便自动恢复到“0”态。
若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号,便可组成两位8421编码计数器,依次下去可以进行多位串行计数。
表1-1CD4518引脚功能列表
引脚
符号
功能
1\9
CLOCK
时钟输入端
7\15
RESET
消除端
2\10
ENABLE
计数允许控制端
3\4\5\6
Q1A-Q4A
计数输出端
11\12\13\14
Q1B-Q4B
计数输出端
8
VSS
地
16
VDD
电源正
将数片CD4518串行级联时,尽管每片CD4518属并行计数,但就整体而言已变成串行计数了。
需要指出,CD4518未设置进位端,但可利用Q4做输出端。
有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端,结果发现计数变成“逢八进一”了。
原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的,其上升沿不能作进位脉冲,只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。
正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端,高位计数器的CP端接USS。
以下是CD4518引脚、功能、和逻辑图。
图1-2CD4518引脚图图1-3CD4518功能图
图1-4CD4518逻辑图
1.2.2DAC0832
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。
与微处理器完全兼容。
此芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。
D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
DAC0832中有两级锁存器,第一级锁存器称为输入寄存器,它的锁存信号为ILE;第二级锁存器称为DAC寄存器,它的锁存信号为传输控制信号XFER。
因为有两级锁存器,DAC0832可以工作在双缓冲器方式,即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量,这样能有效地提高转换速度。
此外,两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时,利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。
图1-5DAC0832引脚图
图1-6DAC0832内部结构框图
DAC0832是20引脚的双列直插式芯片。
各引脚的特性如下:
CS——片选信号,和允许锁存信号ILE组合来决定LE1是否起作用,低电平有效。
ILE——允许锁存信号,高电平有效。
WR1——写信号1,作为第一级锁存信号,将输入资料锁存到输入寄存器(此时,必须和CS、ILE同时有效),低电平有效。
WR2——写信号2,将锁存在输入寄存器中的资料送到DAC寄存器中进行锁存(此时,传输控制信号XFER必须有效),低电平有效。
XFER——传输控制信号,低电平有效。
DI7~DI0——8位数据输入端。
IOUT1——模拟电流输出端1。
当DAC寄存器中全为1时,输出电流最大,当DAC寄存器中全为0时,输出电流为0。
IOUT2——模拟电流输出端2。
IOUT1+IOUT2=常数。
Rfb——反馈电阻引出端。
DAC0832内部已经有反馈电阻,所以,RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端。
相当于将反馈电阻接在运算放大器的输入端和输出端之间。
VREF——参考电压输入端。
可接电压范围为±10V。
外部标准电压通过VREF与T型电阻网络相连。
VCC——芯片供电电压端。
范围为+5V~+15V,最佳工作状态是+15V。
AGND——模拟地,即模拟电路接地端。
DGND——数字地,即数字电路接地端。
DAC0832进行D/A转换,可以采用两种方法对数据进行锁存。
第一种方法是使输入寄存器工作在锁存状态,而DAC寄存器工作在直通状态。
具体地说,就是使WR2和XFER都为低电平,DAC寄存器的锁存选通端得不到有效电平而直通;此外,使输入寄存器的控制信号ILE处于高电平、CS处于低电平,这样,当WR1端来一个负脉冲时,就可以完成1次转换。
第二种方法是使输入寄存器工作在直通状态,而DAC寄存器工作在锁存状态。
就是使WR1和CS为低电平,ILE为高电平,这样,输入寄存器的锁存选通信号处于无效状态而直通;当WR2和XFER端输入1个负脉冲时,使得DAC寄存器工作在锁存状态,提供锁存数据进行转换。
根据上述对DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法,DAC0832有如下3种工作方式:
单缓冲方式;单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料,或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。
此方式适用只有一路模
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