小功率三極管測(cè)試儀的設(shè)計(jì)制作開題報(bào)告

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- 0 -1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等研究?jī)?nèi)容在科研實(shí)驗(yàn)室中，面對(duì)種類繁多，功能各異的晶體管。研究人員需要用專業(yè)的儀器檢測(cè)其特性參數(shù)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果篩選使用。晶體管的特性參數(shù)是設(shè)計(jì)人員篩選使用晶體管的依據(jù)，只有跟據(jù)實(shí)際需要，選擇適當(dāng)器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)才能滿足應(yīng)用要求，傳統(tǒng)的晶體管測(cè)試技術(shù)成熟、價(jià)格便宜，但測(cè)試精度不高，國(guó)外產(chǎn)品功能強(qiáng)大，精度高，但價(jià)格昂貴。本課題針對(duì)實(shí)驗(yàn)室科研要求，研制一種價(jià)格適中，操作簡(jiǎn)便、測(cè)試精度高、有較強(qiáng)實(shí)用性的小功率三極管測(cè)試儀。使它具有測(cè)量晶體管的直流放大系數(shù)、交流放大系數(shù)和輸出特性曲線的功能同時(shí)可自動(dòng)識(shí)別三極管的類型及管腳。本課題的研究主要有一下幾個(gè)方面：（1） 研究三極管測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀；（2） 研究三極管基本測(cè)試技術(shù)和原理；（3） 研究三極管類型和管腳的自動(dòng)測(cè)試；（4） 研究三極管放大電流倍數(shù)的測(cè)試、漏電流的測(cè)試；（5） 研究小功率三極管測(cè)試儀的設(shè)計(jì)和制作。研究重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：（1）小功率三極管測(cè)試儀系統(tǒng)的硬件測(cè)試，使基本硬件電路能自動(dòng)判別三極管的三個(gè)管腳及其他基本參數(shù)；（2）選擇合適的芯片、電阻、電容等元器件，并設(shè)計(jì)出相關(guān)電路原理圖；（3）正確設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的測(cè)量程序，精確的滿足測(cè)量要求，并設(shè)計(jì)出操作簡(jiǎn)單、界面直觀簡(jiǎn)潔的人機(jī)界面。難點(diǎn)：（1）如何設(shè)計(jì)三極管基極和集電極電壓的采樣電路，使之能夠符合單片機(jī)采集數(shù)據(jù)的要求同時(shí)滿足測(cè)量參數(shù)的需求；（2）如何設(shè)計(jì)一個(gè)性能穩(wěn)定的可根據(jù)需要提供多種恒流值的恒流電路；（3）如何合理的設(shè)計(jì)出單片機(jī)程序，使之能自動(dòng)測(cè)出三極管類型及管腳并測(cè)量出其他基本參數(shù)。- 1 -2．準(zhǔn)備情況（查閱過的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等）研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（1）三極管測(cè)試儀研究概況 [3-5]三極管能夠放大信號(hào)，并且具有較好的功率控制、工作速度快、持久力強(qiáng)等特點(diǎn)，故三極管常被用來構(gòu)成放大電路，開關(guān)電路，以及各種電氣設(shè)備，廣泛的應(yīng)用于電子、機(jī)械等領(lǐng)域。因此三極管的參數(shù)的測(cè)量在實(shí)際的工作中十分必要。按晶體管的結(jié)構(gòu)分類，晶體三極管可以分為 NPN 型和 PNP 型，而在我們使用三極管之前，了解三極管的類型和三極管的放大系數(shù)等基本參數(shù)是非常必要的?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的測(cè)量晶體管參數(shù)的儀器種類繁雜，其功能也因測(cè)試的參數(shù)不同而千差萬(wàn)別，較為普遍的是測(cè)量三極管的放大系數(shù)，還有很多三極管參數(shù)測(cè)量?jī)x可以測(cè)量反向擊穿電壓、反向飽和電流、晶體管的輸入輸出特性曲線、延遲時(shí)間、晶體管開啟時(shí)間、存貯時(shí)間等多種參數(shù)，最為常用的就是用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量三極管的直流放大系數(shù)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的三極管測(cè)量?jī)x雖然功能強(qiáng)大、操作方便、精度高，但是體積較大、價(jià)格也相對(duì)昂貴。隨著半導(dǎo)體器件越來越大規(guī)模集成化，復(fù)雜化，其形式也更多樣化，用途也越來越廣泛，半導(dǎo)體器件奠定了現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)而作為半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)組成部分的三極管，它的正確使用是設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視的問題。（2）國(guó)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì) [8-9]自 50 年代起，電子器件出現(xiàn)了重大的突破，電子工業(yè)由電子電子管時(shí)代邁向晶體管時(shí)代，這是一次質(zhì)的飛躍。隨著晶體管的出現(xiàn)，測(cè)試其參數(shù)的測(cè)試儀也相應(yīng)而生，并隨著晶體管的發(fā)展而發(fā)展。傳統(tǒng)的晶體管特性測(cè)試儀一般也稱為圖示儀，晶體管圖示儀經(jīng)經(jīng)歷了全電子管式，全晶體管式，與集成電路混合式幾個(gè)發(fā)展階段，1964 年，我國(guó)第一臺(tái)電子管式圖示儀 JT1 型問世。70 年代初， ，上海無線電二十一長(zhǎng)廠試制了 QT2 型晶體管式圖示儀，滿足了半導(dǎo)體器件飛速發(fā)展的需要，80 年代，一 XJ4810 型為主要代表的晶體管與集成電路混合式的晶體換特型測(cè)試儀出現(xiàn)。隨著科技的發(fā)展和需求的提升，嵌入式技術(shù)，液晶顯示，接口擴(kuò)展的引入，以及測(cè)試電路的不斷優(yōu)化，使晶體管的特性測(cè)試儀向著集成化、智能化，高精度、多功能方向不斷發(fā)展，因而形成了一些顯著特點(diǎn)是：集成信源是全合成花的信號(hào)源，即使在掃描是亦可保證其穩(wěn)定性和精度；內(nèi)置矢量精度增強(qiáng)措施，對(duì)顯示提供優(yōu)良的誤差修正精度；測(cè)試速度極快，智能化操作簡(jiǎn)便。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和三極管的廣泛應(yīng)用，晶體管測(cè)試儀體積趨于小型化，便于攜帶；功能趨于全面，測(cè)試范圍廣；測(cè)試精度高。但是這樣的產(chǎn)品會(huì)增加相應(yīng)的成本，如何降低成本并且測(cè)試指定的參數(shù)成為今后三極管測(cè)試儀發(fā)展的趨勢(shì)。- 2 -主要參考文獻(xiàn)[1] 譚浩強(qiáng) .C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社， 2007.[2] 李升.單片機(jī)原理與接口技術(shù) [M] 北京：北京大學(xué)出版社 ,2011.08.[3] 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M]. 北京：高等教育出版社， 1989.[4] 王連娣.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M] 長(zhǎng)沙市：湖南科學(xué)技術(shù)出版社 ,1994.[5] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M].北京：高等教育出版社， 2005.[6] 任致程.萬(wàn)用表測(cè)試電工電子元器件300例[M] 北京市：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2003.[7] 陳永甫.多功能集成電路555經(jīng)典應(yīng)用實(shí)例[M] 北京市：電子工業(yè)出版社 ,2008.[8] 陳艷燕，楊小鋒.基于單片機(jī)的晶體管特性曲線圖示儀 [J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2005，08（26）:464-465.[9] 熊開封，田俊武.三極管類型、管腳及材料的理論判斷方法[J].西南科技大學(xué)高教研究，2010,03（09）:19-24.[10] Atmel Corporation 8-bit AVR with 8k byte In-System Programmable Flsah-ATmega8(L).Manual[S].2486Z-AVR-02/11,2011.[11] Atmel Corporation Atmel AVR121:Enhancing ADC resolution by oversampling. Application[S].現(xiàn)有設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件個(gè)人計(jì)算機(jī)、示波器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬(wàn)用表、開放實(shí)驗(yàn)室- 3 -3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料實(shí)施方案本課題有三個(gè)主要問題需要解決，分別是系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)誤差規(guī)避、系統(tǒng)程序和系統(tǒng)實(shí)物設(shè)計(jì)制作。其中，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)可以通過查閱相關(guān)資料和借鑒工業(yè)成品來解決；系統(tǒng)誤差規(guī)避主要通過所學(xué)知識(shí)和查閱相關(guān)資料吸取總結(jié)已有經(jīng)驗(yàn)，提高制作工藝規(guī)避系統(tǒng)誤差和偶然誤差來實(shí)現(xiàn)；軟件程序的設(shè)計(jì)和實(shí)物的制作與調(diào)試可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行，對(duì)于該過程中所遇到的問題可以通過查閱相關(guān)資料，和同學(xué)討論，詢問指導(dǎo)老師，到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)等手段解決。具體如下：(1)硬件設(shè)計(jì)控制模塊： AT89C2051 片內(nèi)含 2k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和Flash 存儲(chǔ)單元。模擬部分：主要在于恒流電路的設(shè)計(jì)，它是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。在整個(gè)系統(tǒng)的工作過程中，都需要提供一個(gè)相對(duì)恒定的基極電流，因?yàn)榫_程度直接影響到測(cè)量參數(shù)的精確與否，決定了測(cè)試的成敗。自己制作可調(diào)恒流源，這樣可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要提供多種恒流值，且成低，易于實(shí)現(xiàn)。數(shù)字模塊：該模塊主要包括產(chǎn)生掃描電壓電路、AD/DA 轉(zhuǎn)換電路，其中用 C51產(chǎn)生掃描電壓的產(chǎn)生電路是重點(diǎn)之一，其波形的選擇很重要，現(xiàn)擬采用鋸齒波作掃描電壓。管腳自動(dòng)測(cè)試部分：由單片機(jī)將二進(jìn)制碼分別送至三極管的各引腳，不同的引腳上將有不同方向的電流，此時(shí)由電流方向檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)放大后經(jīng)反相電路送回單片機(jī)，該信號(hào)與單片機(jī)預(yù)先寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)滿足相應(yīng)的條件時(shí)有發(fā)光二極管顯示相對(duì)應(yīng)的三極管類型和管腳。顯示部分：該模塊主要包括用發(fā)光二極管來判別三極管類型和管腳、用液晶顯示三極管的基本參數(shù)等。系統(tǒng)組成如圖 1 所示：- 4 -采樣電路控制模塊AT89C2051恒流電路三極管電路方向檢測(cè)電路檢測(cè)信號(hào)放大電路反相電路顯示模塊鍵 盤圖 1 系統(tǒng)組成（2）軟件設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)模塊化，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、參數(shù)計(jì)算、數(shù)據(jù)、圖形顯示等功能。液晶顯示部分采用液晶分屏顯示基本參數(shù)、輸入曲線、輸出曲線等。在輸入輸出曲線模塊中，程序?qū)?AD 采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，再一次性寫入液晶的 DDRAM 和GDRAM 進(jìn)行顯示。程序同時(shí)加入了軟件復(fù)位功能，通過按鍵返回開機(jī)畫面，程序進(jìn)行重新檢測(cè)。自動(dòng)測(cè)試三極管管腳部分由于常用的中小功率三極管中 NPN 的三極管管腳排列順序一般有 EBC/ECB/BCE 三種，而 PNP 的只有 EBC 一種。所以總體編寫思想是在各種不同管腳排列順序的三極管三個(gè)管腳上加上不同電壓，測(cè)試其電流情況并將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼。將這些二進(jìn)制碼寫入單片機(jī)，外部輸入的數(shù)據(jù)與單片機(jī)內(nèi)部的二進(jìn)制碼進(jìn)行比較，如果讀入數(shù)據(jù)與內(nèi)部事先寫入的某個(gè)數(shù)據(jù)相等，則所測(cè)的三極管的管型和管腳就為該數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的管型和管腳，然后用對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮出對(duì)應(yīng)的管型和管腳。本系統(tǒng)軟件主程序圖如圖 2 所示：- 5 -開始顯示初始化，顯示開機(jī)畫面有鍵按下F11F2 F3 F4 F5測(cè)基本參數(shù)輸入曲線輸出曲線判斷三極管管腳發(fā)送數(shù)據(jù)判斷鍵盤指令圖 2 程序框圖進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃第一階段（2 月 10 日至 3 月 1 日）：復(fù)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機(jī)原理及其應(yīng)用等相關(guān)課程，閱讀專業(yè)外文文獻(xiàn)。第二階段（3 月 1 日至 3 月 6 日）：查找資料，思考方案，撰寫開題報(bào)告，畫出原理框架圖，提交硬件原理草圖一份。第三階段（3 月 7 日至 3 月 13 日）：方案論證，英文翻譯撰寫。第四階段（3 月 14 日至 4 月 1 日）：硬件設(shè)計(jì)布局，器件選型，進(jìn)行各電路調(diào)試。第五階段（4 月 2 日至 5 月 1 日）：軟件編程并與硬件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，調(diào)試整體電路板。第六階段（5 月 1 日至 5 月 16 日）：查閱、總結(jié)相關(guān)資料，撰寫設(shè)計(jì)說明書。第七階段（5 月 16 日至 5 月 25 日）：進(jìn)一步修改畢設(shè)說明書。第八階段（5 月 25 日至 5 月 30 日）：整理所有畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料，提交資料。- 6 -預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料1、撰寫兩萬(wàn)字以上的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（兼附 15 篇以上的參考文獻(xiàn)） ；在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中應(yīng)包括 300～500 個(gè)單詞的英文摘要及關(guān)鍵詞；2、完成與課題相關(guān)英文資料的翻譯（約四萬(wàn)英文字符，附英文全文） ；3、完成小功率三極管測(cè)試儀的研究和實(shí)現(xiàn)方案；4、設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的硬件和完成相應(yīng)軟件程序設(shè)計(jì)，完成兩張 A3 以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙；5、根據(jù)課題任務(wù)與要求，完成可供演示的功能樣機(jī)。- 7 -指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師（簽字）：2016 年 03 月　　日開題小組意見開題小組組長(zhǎng)（簽字）：2016 年 03 月　　日院（系、部）意見主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字：2016 年 03 月　　日- 8 -