【正文】 用坐標(biāo)形式確定其位置，在 LCD 上顯示出曲線的形狀。 測(cè)量輸出特性曲線： ①輸出特性曲線： 輸出特性曲線描述基極電流 IB為一常量時(shí)，集電極電流 iC與管壓降 UCE之間的函數(shù)關(guān)系，即 iC=f(UCE) ｜ IB=常數(shù) 。 圖 3 輸出特性曲線 對(duì)于每一個(gè)確定的 IB，都有一條曲線，所以輸出特性是一簇曲線，如圖所示。對(duì)于某一條曲線，當(dāng)UCE從零逐漸增大時(shí)，集電結(jié)電場(chǎng)隨之增強(qiáng)，因而 iC也就逐漸增大，收集能力已不能明顯提高，表現(xiàn)為曲線幾乎平行于橫軸，即 iC幾乎僅僅決定于 IB。 從輸出特性曲線可以看出，晶體管有三個(gè)工作區(qū)域： 截止區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓且集電結(jié)反向偏置。對(duì)于共射電路， UBE≦ Uon且 UCE UBE 。此時(shí) IB=0，而 iC≦ ICEO 。小功率硅管的 ICEO 在 1μ A以下，鍺管的 ICEO 在小于幾十微安。因此在近似分析中可以認(rèn)為晶體管截止時(shí)的 iC≈ 0 。 ic 8 放大區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)正向偏置（ UBE 大于發(fā)射結(jié)開啟電壓 Uon）且集電結(jié)反向偏置。對(duì)于共射電路，UBEUon 且 UCE≧ UBE 。此時(shí)， iC幾乎僅僅決定于 iB，而與 UCE無關(guān)，表現(xiàn) 出對(duì)的控制作用， IC= IB，Δ iC=βΔ iB 。在理想情況下，當(dāng) IB按等差變化時(shí)，輸出特性是一簇橫軸的等距離平行線。 飽和區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏量。對(duì)于共射電路， UBEUon 且 UCEUBE 。此時(shí) iC不僅與 iB有關(guān)，而且明顯隨 UCE增大而增大， iC小于 IB 。在實(shí)際電路中，若晶體管的 UBE增大時(shí)， iB隨之增大，但iC增大的不多或基本不變，則說明晶體管進(jìn)入飽和區(qū)。對(duì)于小功率管，可以認(rèn)為當(dāng)， UCE=UBE，即 UCB=0V時(shí)，晶體管處于臨界狀態(tài)，即臨界飽和或臨界放大狀態(tài)。 ② 按設(shè)計(jì)要求分 別在 IB=0、 10μ A、 20μ A、 30μ A時(shí)描繪出基極電流 IC隨集電極電壓 UC變化的曲線圖（由于發(fā)射極接地，所以 UCE≈UC）。因?yàn)?IB=URB/RB,而 URB=UUBE，而設(shè)計(jì)中采用的 BJT為晶體硅，所以UBE 的導(dǎo)通值在 ~ 之間，不妨設(shè) UBE =，所以固定基極電流不變的方法是選通基極電阻。然后通過 DA輸出變化的電壓值 UCE， 每改變一次電壓后采集一次相應(yīng)的集電極電流 iC， 將數(shù)據(jù)送進(jìn)內(nèi)存中，單片機(jī)將采集到的各組數(shù)據(jù)處理后，將各組數(shù)據(jù)用坐標(biāo)的形式確定其在 LCD上的顯示位置，然后輸出送 到 LCD上顯示出來。 測(cè)量結(jié)果顯示放案 將測(cè)量所得的三極管的參數(shù)以及輸入輸出特性曲線通過 LCD 液晶屏顯示，設(shè)計(jì)中使用了開關(guān)來切換顯示數(shù)據(jù)。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的核心，連接著各功能模塊，發(fā)送命令和接受處理收集到的數(shù)據(jù)，單片機(jī)最小系統(tǒng)是由組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所必需的一些部件和電路構(gòu)成的，主要有電源、產(chǎn)生時(shí)鐘的晶體振蕩器，另外還需要有能使單片機(jī)復(fù)位的電路等。 AT89C51 的時(shí)鐘電路： ATC89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)振蕩器，只要單 片機(jī)的 1 19 引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）和諧振電容，就構(gòu)成了時(shí)鐘電路，系統(tǒng)也就具備了正常工作的基本條件，時(shí)鐘電路就可以產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。通常諧振電容的值為 30pF，晶振的典型值為 12MHz、 24MHz或 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的圖如下： 9 圖 4 單片機(jī)最小系統(tǒng) AT89C51(AT89S52)： MCS51單片機(jī)設(shè)有 4個(gè) 8位雙向 I/O端口 (P0 、 P1 、 P2 、 P3 )，每一條 I/O線都能獨(dú)立地用做輸入或輸出。 P0 口為三態(tài)雙向口，能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 電路。 P1 、 P2 、 P3 口為準(zhǔn)雙向口 (在用做輸入線時(shí)，口鎖存器必須先寫入 “1” ，故稱為準(zhǔn)雙向口 )，負(fù)載能力為 4個(gè) TTL電路。 設(shè)計(jì)中使用到 P3口控制電平的輸出，下面簡(jiǎn)單介紹 P3口的功能， P3口為雙功能口。作為第一功能使用時(shí)，其功能同 P1口，為普通 I/O口。當(dāng)作第二功能使用時(shí)，每一個(gè)功能定義如下表所示： 表 1 P3 口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0輸入口） INT1（外部中斷 1輸入口） T0（定時(shí) 器 0外部輸入口） T1（定時(shí)器 1外部輸入口） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)） 10 電壓采樣電路的設(shè)計(jì)及放大系數(shù)的計(jì)算 基極、集電極采樣電路 測(cè)量三極管的特性參數(shù)時(shí)，需要測(cè)量三極管的基極電流，集電極電流，基極 發(fā)射極電壓，集電極 發(fā)射極電壓，這些數(shù)據(jù)的得到需要由單片機(jī)控制或是由采樣采集后送到 A/D 轉(zhuǎn)換器中處理，采樣電路如下圖所示： 圖 5 基極、集電極采樣電路 11 （ 1） 采樣電路中電阻值的選擇。 ①基極電阻的選擇：根據(jù)設(shè) 計(jì)要求，在測(cè)量輸出特性曲線時(shí)，要求 IB=0， 10μ A， 20μ A， 30μ A時(shí)描繪出三極管的共射時(shí)的輸出特性曲線，由于是共射電路，所以發(fā)射極接地， 在測(cè)放大倍數(shù)和輸出曲線時(shí)，保持基極電壓為 +5V（ NPN 時(shí)為 +5V， PNP 時(shí)為 5V）不變。因?yàn)楣栊腿龢O管的基極 發(fā)射極的導(dǎo)通電壓在 ~，不妨設(shè) UBE =，可計(jì)算出三種情況下的基極電阻分別為： 1 ( 5 0 .6 5 ) 43510 VRKA??? ? ?2 ( 5 0 .6 5 ) 21820 VRKA??? ? ? 3 ( 5 0 .6 5 ) 14530 VRKA??? ? ? 在實(shí)際選取時(shí)，這三個(gè)電阻的匹配很難準(zhǔn)確達(dá)到，所以可以調(diào)節(jié)電位器達(dá)到規(guī)定的電阻值，然后連接到電路中。用繼電器來實(shí)現(xiàn)基極電阻之間的切換。 ②集電極電阻的選擇：集電極電阻的選擇需要根據(jù)送入到 ADC0809 的電壓值來確定，由于集電極電流的值 一般在 1mA— 10mA之間，集電極兩端的電壓還要經(jīng)過一個(gè)儀表放大器放大 5 倍后送到 ADC0809中， ADC0809 接受的電壓范圍應(yīng)在 0~5V之間，所以可以在集電極上接一個(gè)阻值為 75Ω的電阻，然后對(duì)它兩端的電壓進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)在集電極上再接入一個(gè)阻值為 500Ω的電阻起分 壓的作用 ， 保證測(cè)量放大倍數(shù)時(shí) UCE ≈ 10V。 （ 2） 采樣功能的實(shí)現(xiàn)過程 ①對(duì)于基極采樣電路，如 圖 3中每個(gè)繼電器一端接 +12V電壓，一端接一個(gè) BJT的集電極，每個(gè) BJT的基極串聯(lián)一個(gè) 47K的電阻然后連到單片機(jī)上，由單片機(jī)的一個(gè) I/O口控制。當(dāng)單片機(jī)的 I/O口輸出高電平時(shí)， BJT 的基極得電導(dǎo)通，繼電器就閉合。 — 繼電器 8， — 繼電器 7， — 繼電器 3， —繼電器 5， — 繼電器 4。在這里繼電器起到“自動(dòng)開關(guān)”的作用，繼電器實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種電子控制器件，在電路中起 著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 若單片機(jī)的輸出端 P3口給采樣電路提供的是高電平時(shí) PN結(jié)導(dǎo)通，有基極電流產(chǎn)生，繼電器中有電流通過，此時(shí)繼電器由常開觸點(diǎn)切換到常閉觸點(diǎn)；若單片機(jī)輸出的是低電平，則沒有基極電流產(chǎn)生，繼電器中沒有電流，繼電器保持在常開觸點(diǎn)上。 在 |IB|≈ 10μ A,| UCE|≈ 10V條件下，繼電器 1的兩個(gè)開關(guān)分別接在 +12V和 +5V（如果被測(cè)三極管是 PNP型接 5 V和 12V）。繼電器 3的開關(guān)閉合在接電源的一側(cè)。為產(chǎn)生所需電流 |IB|≈ 10μ A，繼電器 8的兩個(gè)開關(guān)分別接在電阻 R1和 R3 側(cè)。 繼電器 7的開關(guān)接在 1’ 側(cè)。由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809讀取三極管基極電壓 UB。由于電路末端接177。 5V 電壓。則電路兩端的電壓是 URB =|5UB|易得基極電流 IB的表達(dá)式 ：IB=URB/ RB=|5UB|/ RB ②對(duì)于集電極采樣電路，如圖 3，在 同樣的條件下，電路中繼電器 4的開關(guān)接在電阻 R5側(cè)，繼電器 5的開關(guān)接在電源177。 12V一側(cè)。由專用儀表放大器 INA126負(fù)責(zé)直接讀取集電極電阻兩端的電壓 URC，經(jīng)過放大 5 倍后經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)。 INA126 是一種低電壓，微功耗的放大器。 INA126 對(duì)采樣電路的輸入信號(hào)影響很小。 INA126的引腳圖及其引腳功能： 12 圖 6 INA126引腳圖 1 腳、 8 腳 : Rg ,增益設(shè)置端 ,一般接入精密電阻 3 腳、 2 腳 : IN + 、 IN , 差分正負(fù)輸入端 , 一般輸入傳感器信號(hào) 。 7 腳、 4 腳 : V + 、 V ,正負(fù)電源輸入端 , 一般各自與地接入 0. 1μ F 的去耦電容 。 5 腳 : Ref , 參考輸入端 , 通常接地 , 也可通過其調(diào)整失調(diào)電壓。 6 腳 : Vo ,放大器輸出端。 INA126 的性能特點(diǎn) ? 靜態(tài)電流 小 ,小于 175μ A 。 ? 電源范圍寬 , 177。 1. 35～ 177。 18V 。 ? 失調(diào)電壓低 ,小于 250μ V 。 ? 漂移低 ,小于 3μ V / ℃ 。 ? 低噪聲 ,典型值 35nV / Hz (100k Hz 時(shí) ) 。 ? 頻率響應(yīng)的典型值 200k Hz ( G = 5) 。 ? 壓擺率的典型值 0. 4V / μ s (輸出 177。 10V ,G = 5) 。 ? 輸入阻抗的典型值 109Ω / 4p F 。 ? 共模抑制比大于 83 dB ( 共模電壓為177。 11. 25 V 時(shí) ) 。 在測(cè)三極管的的放大系數(shù) 時(shí)，繼電器的開關(guān)打在電阻 5R 上。電阻 5R 的電阻值是 75Ω ，易得集電極的電流表達(dá)式： IC=URC/75。根據(jù)三極管直流電流放大系數(shù)的定義式可以算出： C CEO CBBI I III? ??? 一般來說， ? 和 ? 的大小是不一樣的， ? 不是一個(gè) 固定不變的常數(shù)，它是兩個(gè)變化量之比，其值 13 的大小與工作點(diǎn)密切相關(guān)。但是在恒流特向較好的區(qū)域，如果忽略了 ICEO,兩者的大小是基本相等的。由于在完成本題中前兩個(gè)任務(wù)時(shí)，三極管一直工作在恒流特性較好的區(qū)域，可以認(rèn)為 ? 和 ? 是相等的。只要把 | IB |從 10μ A 改變到 20μ A ， |UCE|保持不變，三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生了改變，此時(shí)用與測(cè)直流放大倍數(shù)相同的辦法就可以測(cè)出交流放大系數(shù)。也就是說只要使基極電路 中的繼電器 8的開關(guān)改變方向，使電阻 R2接在電路中，電流就會(huì)改變到 20μ A，再用同樣的方法測(cè)量即可。 A/D 轉(zhuǎn)換輸出電路： A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的核心部件，它把采集的模擬量變換成數(shù)字序 列，并讀回計(jì)算機(jī)。在設(shè)計(jì)中，我們對(duì) A/D的轉(zhuǎn)換速度、精度和器件成本作了最好的折中，選用了 8位 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 ADC0809是八位 A／ D轉(zhuǎn)換器。每采集一次一般需 100μ S， A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生EOC信號(hào)。 ADC0809在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的電路 ADC0809 在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的電路 如圖所示。 ADC0809 輸入通道的控制是由單片機(jī)的 ， 和 完成，跳線 J504使能 U501 鎖存使能。 EOC 與單片機(jī)的中斷 0（ INT0）相連，當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成時(shí) EOC向單片機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)中斷，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（也可采用查詢方式）。 ADC0809的 D0~D7與單片機(jī)的P0口相連。單片機(jī)的 ALE信號(hào)經(jīng)過 74LS74二分頻后，作為 ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)。 U504是與非門 CD4001，用于和單片機(jī)的 AD的片選和使能信號(hào)。 ，且當(dāng) WR信號(hào)來（為低電平），這時(shí)送到 AD轉(zhuǎn)換器的 ALE和 START引腳為高電平，啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換。同樣，當(dāng) RD信號(hào)來時(shí)使能 OE信號(hào)， AD轉(zhuǎn)換器向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì) ADC0809的控制過程是：通過 ， 和 ；通過 WR信號(hào)啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志 EOC；輸出數(shù)據(jù)使能 OE；讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 14 IN 31IN 42IN 53IN 64IN 75S T A R T6E O C7D38OE9C L K10V C C11V R E F ( + )12GND13D114D215V R E F ( )16D017D418D519D620D721A L E22ADDC23ADDB24ADDA25IN 026IN 127IN 228U 5 03A D C 08 0 9V C CV C CV C C123456789101112131411U 5 04C D 4 00 1P R E4C L K3D2C L R1Q5Q6U 5 02 A7 4L S 7 4P 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7A L EWRRDP 2. 3OC1C