晶体管测试报告
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摘要：
以单片机PIC16F877A为核心，由数字控制电路、恒流源电路及三极管扩流电路组成一数控直流电流源；用单片机PIC16F877A控制数字电位器MCP41010的阻值按照输出电流的大小做相应的调整，在基准电压下按照一定的比例输出步进电压值，再经过由运放构成的恒流源电路从而得到恒定的电流，而为了保证能够适应较大的负载，本设计采用了达林顿三极管进行扩流，使输出电流能达到较高的要求。
最终实现了可调节的流直流电源。
关键词：PIC16F877A、晶体管、特性曲线、同步数控
目录
1 系统设计 (3)
1.1设计任务 (3)
1.2设计要求 (3)
1.2.1基本要求 (3)
1.2.1发挥部分 (4)
1.3设计方案 (4)
2 单元电路设计 (5)
2.1同步锯齿波产生电路 (5)
2.1.1电路原理图 (5)
2.1.2工作原理 (5)
2.1.3 参数计算 (5)
2.1.4器件选择 (6)
2.2 V/I转换模块 (6)
2.2.1电路原理图 (6)
2.2.2工作原理 (6)
2.2.3参数计算 (6)
2.2.4 器件选择 (7)
3、软件设计 (7)
3.1实现功能 (7)
3.2软件设计平台、开发工具 (7)
3.3主程序设计 (7)
3.3.1算法 (7)
3.3.2流程图 (7)
3.4子程序设计 (8)
3.4.1算法 (8)
3.4.2流程图 (8)
4、系统测试 (9)
4.1测试仪器 (9)
4.2测试结果 (9)
4.2.1阶梯波测试 (9)
4.2.2同步锯齿波的测试 (9)
4.2.3晶体管特性曲线的测试 (10)
5、结论 (10)
6、参考文献 (10)
7、附录 (11)
7.1元器件明细表 (11)
7.2系统原理图 (11)
7.3 PCB图 (12)
7.4 程序清单 (12)
1 系统设计
1.1设计任务
设计出能借助示波器显示三极管CS9013（50V/500mA）特性曲线的数控步进恒流电源和同步锯齿波扫描电压，并与示波器结合测三极管CS9013特性曲线，其原理方框如图１所示。
图1：晶体管特性图示仪工作原理
1.2设计要求
1.2.1基本要求
1）数控步进恒流源：500µS步进一阶，每阶电流增量100µA，从0至900µA，共10阶。
2）扫描锯齿波：周期500µS，幅度50V，负载能力大于250mA。
3）数控步进恒流源与扫描锯齿波用单片机1个IO口同步，同步周期500µS。
4）各信号如图2所示。
1.2.1发挥部分
数控恒流电源每步进阶电流增量可预设：共有10、20、…、100µA十个值。
同步信号
9 10
数控步进
恒流源
扫描锯
齿波
图2 信号波形
1.3
图3 系统管图
共射极的输出特性是指当基极电流不变的时候，集电极电流与集射极电压之间的关系，当I B取不同的定值，I C与U CE的关系曲线不同。
因此，以PIC16F877A为核心，利用其内部产生步进电压转换为恒流源从而实现数控I B,并由PIC16F877A控制锯齿波电路产生同步锯齿波扫描电压，三极管的特性曲线，在示波器工作方式XY下显示三极管的特性曲线。
2 单元电路设计
2.1同步锯齿波产生电路
2.1.1电路原理图
图4 同步锯齿波产生电路
2.1.2工作原理
稳压管D1导通时压降为3.9V ，则V ab=3.9V ，三极管2N5401的射集电压V ec=0.7V 。
所以V ae 的压降保持在3.2V ，当R1、RW2固定不变时，流过它们的电流也不变，在三极管中，ie ≈ic,所以对电容Ci 形成恒流充电，使其两端电压线性增加。
单片机控制产生一个脉冲，
使得三极管2N5551导通，电容Ci 通过其迅速放电，在输出端即可产生锯齿波，且与单片机产生得同步信号同步，输出端电流很小，可接一个达林顿管提高带负载能力。
2.1.3 参数计算
电容Ci 取0.1uF ， 脉冲周期为500us 。
假设脉宽只有10us 左右，在此计算电容最大充电电流时不考虑。
由IT C
Idt C Uc 11=
⎰=
，由mA us
V uF T
CUc I 10500501.0=⨯=
=。
因为
ie ≈ic=I ，V ae=3.2V .所以有Ω===320102.3mA
V I
Uae Rae ，则可取一个180Ω的电阻和一个
1K Ω的电位器串联。
Ci 取0.1Uf ，Ri 取180Ω，Rw2取1k Ω电位器，R6=10K Ω,R7=R8=1K Ω,C3=0.001Uf,T1为2N5401,T2为2N5551，T3为TIP127。
2.2 V/I 转换模块
2.2.1电路原理图
锯齿波
图5 V/I 转换电路
2.2.2工作原理
据5图可知，运放电路A 、C 构成跟随器，运放B 为同相放大电路，则U3=U1Uin,U8=U10=Uout
，)(2
1)(1
21
5Uout Uin Uout Uin R R R U +=
++=
，721
74336U U R R R U =+=。
根据U5=U6。
有)(2
1U o u t U
i n +=72
1U ，即U o u t
U U i n -=7，
当R5和Rw1固定后，其输出电流也是固定得，所以通过此电路实现了V/I 转换，且输出为恒流。
2.2.3参数计算
单片机输出得最大步进电压为V V U 2.024
5==
∆,步进电流为A i μ100=∆,则
Ω≈==
K uA
V i Uin Rb 21002.0，则可取1K8Ω的电阻与5k Ω的电位器串连。
电路的最大电
流为A i μ900=，CS9013的放大倍数取200，则流过电阻Rp 的电流为i=18mA,取
Rp=100Ω，W R I P 0324.02
==，则Rp 可取100Ω/2W 的功率电阻。
R1=R2=R3=R4=10KΩ、C1=22uF、C2=0.1uF。
R5=1K8Ω,Rp取100Ω/2W的功率电阻，Rw1取5KΩ电位器。
3、软件设计
3.1实现功能
1）利用RA1口产生一同步脉冲信号控制电容的充放电
2）利用PIC16F877内部的比较器和电阻桥，通过按键控制状态值，根据不同的状态值实现在RA2口输出电压的步进值；包括手动和自动两种形式
3.2软件设计平台、开发工具
本系统采用的开发平台是PIC16F877 ，开发工具为MPLAB ICD2
3.3主程序设计
3.3.1算法
在程序开始时，先判断是否需要上电复位，再对特殊功能寄存器进行复位初始化，设置500μS定时，并开始执行子程序。
3.3.2流程图
图6 主流程图
3.4子程序设计
3.4.1算法
调整D/A数值模块时，电流值按每100μA自动加一次，加满九次，当电流值大于900μA 时就进行清零操作。
同时开启同步脉冲显示电流值，延时一定时间后关闭同步脉冲。
3.4.2流程图
图7 子流程图
4、系统测试
4.1测试仪器
表1
4.2测试结果
4.2.1阶梯波测试
用双踪方式同时观察RA1口及RA2口的波形，如图8所示。
图8 数控阶梯电压
通过观察可知，在RA1口检测到同步脉冲，周期为500sμ，脉冲宽度为10sμ.
同时在RA2口检测到阶梯波，从图上可知，一个周期共有十阶，每阶500sμ，且与同步脉冲同步，在同步脉冲上升沿到来时即上升一阶。
4.2.2同步锯齿波的测试
用双踪方式同时观察原理图上设置的锯齿波观察点及RA1口的波形，如图9所示。
图9 同步锯齿波电压
观察可知，锯齿波与阶梯波基本达到同步。
4.2.3晶体管特性曲线的测试
用示波器接成图1的X-Y模式，观测特性曲线如图10.
图10 CS9013特性曲线
观察可知，待测曲线基本符合理论结果，测试结果较为理想
5、结论
经测试，本电路可以实现基本部分的所有要求，所得数据基本能够达到设计的要求，观察到的三极管特性曲线也较为理想。
能够做到0～900uA范围内每次增加100uA,经测试示波器所得波形符合电路的设计要求。
6、参考文献
[1]张华林，周小方.电子设计竞赛实训教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005年第9次印刷.
7、附录7.1元器件明细表
表2
7.2系统原理图
7.3 PCB图
7.4 程序清单。
