【参赛】DIY三极管图示仪

changwanren

概述
       由于此仪器可以绘制三极管输出曲线，所以命名为“三极管图示仪”感觉应该叫“二三极管直流数据采集器”更贴近一些。
此仪器有两个数控变量，基极电流和集电极电压，有两个测量变量，基极电压和集电极电流，所以，此仪器可以显示三极管输出特性曲线图像，三极管的直流放大倍数随集电极电流变化曲线图像，二三极管的输入UI曲线图像，三极管的输入阻抗变化曲线图像等进行定性测量。
此仪器的四个变量数据可以以表格的形式进行数据采集和显示，并通过相关公式计算可得到在相应电流下的放大倍数、输入阻抗、输出阻抗等进行定量测量。


一、三极管图示仪功能：
     1、能够以图像的形式显示三极管的输出曲线，输入UI曲线，直流放大倍数和集电极电流关系等曲线。对三极管的直流特性进行形象直观的定性测量。
     2、数据采集，可采集三极管基极电流，基极电压，集电极电流，集电极电压。采集步长和采集次数可随意设置。
     3、结合实际数据采集和计算，可以较准确的测出三极管的输入阻抗、输出阻抗。

二、电路原理及设计思路
电路设计框图：

     1、电源电路，电源变压器采用10W双10伏，全波整流，数字电路稳压采用7805，模拟电路需要正负电源，稳压采用芯片78L05和79L05。

    2、图示仪的三极管基极偏流和集电极电压的两个变量采用数控，D/A转换采用TLC5615，它是一个10位二进制芯片，可分1024控制点，基极电压和集电极电流两个变量，采用AD1115芯片进行A/D转换后传给单片机，是一个16位二进制高精度的转换芯片。此芯片具有4路输入或两路差分输入，此机采用两路差分输入，目的是能够读取正电压和负电压。
     关于三极管的基极恒流，V/I转换由芯片LM358完成，当给D/A转换芯片输入数据1000，使得加在ML358上的电压为1伏，芯片输出的电流是加在LM358上的电压除以电阻R,恒流的变化范围分为0-10uA, 0-100uA，0-1mA，0-10mA四个档次，对应电阻100K,10K,1K,100Ω。如选择10uA档，给D/A转换芯片输入数据1000，对应的恒流是100uA(1V/100K=10uA), 输入数据500，对应的恒流是50Ua(0.5V/100K=5uA)。
关于三极管的集电极电压，是0-6.144伏变化，由10位二进制数码控制，电压的分度值为0.006伏。
    3、三极管的PNP型和NPN型转换，由于TLC5615只能输出对地正电压，而PNP管需要对地负电压，当三极管插座不变时，需要把加在三极管上的电压，进行正负极性转换，此转换通过转换开关和芯片OP-07的差分不同极性输入信号完成。其转换原理，当测量NPN管时，TLC5615的输出电压输入给OP-07的输入“+”。“-”接地，当测量PNP管时，TLC5615的输出电压输入给OP-07的输入“-”。“+”接地，由于“+”接地和“-”接地，芯片的放大倍数不一致，通过改变负反馈电阻，得到相同的放大倍数。见电路图。

   4、关于PBC的设计，由于此电路工作在较强信号的状态，所以，设计比较随意，见图片。

三、制作资料
     1、关于外壳的制作，本人对外壳的要求是，以取材容易、制作简单为原则，所以，外壳有些不完美，只要实用就行。材料采用捡来的装修用的边角料有机塑料板，为了使是外壳边缘美观，使用壁纸刀倒角，然后弯曲、胶粘制成外壳。

     2、关于PCB板的制作，虽然网上有免费打板的厂家，但打板一旦出现设计有错误，不好修改，所以，应然采用热转印法制板，感觉还有DIY特色感。
PCB板采用Word文档绘制，用墨粉打印机打在热转印纸上，用电熨斗转印在覆铜板上，小手电转打孔，电路板及元件焊接见下图。

    3、总体正反照片照片


    4、单片机程序采用的是汇编语言，（HEX文件在压缩包中）
    5、软件的制作与设计








  

changwanren

四、实际测量纪实
    1、实测一只3DG8数据采集记录和对输入阻抗的计算（见图片）
三极管的输入阻抗计算公式：Rb=rbb+(1+B)26/Ie，公式很简单，但是必须测出三极管在他的直流工作点处的放大倍数。
一些万用表附加了测量三极管的直流放大倍数，二极管的正向导通电压等功能。但实际上，三极管的直流放大倍数是随集电极电流的变化而变化，二极管的正向压降是随二极管的正向电流而改变，所以万用表的这个简单的功能，只能用在挑选二极管和三极管的简单的判断，所以，采用普通万用表测出的放大倍数进行输入阻抗计算，精度很差。

两种方法计算中，随误差较大，但是两种计算其输入阻抗还是较接近的。

      2、实测输入曲线和理论计算输入曲线的比较。
对于下述二极管三极管的一个计算公式就很难人工计算了，但是可以用电脑来计算，


     上式中的i是二三极管的输入电流，u是二三极管的正向输入电压，Is是反向饱和电流。
公式中的UT约等于26，是一个常量，IS是一个变量，此仪器通过实测输入曲线和理论计算曲线进行比较，可以得出UT和IS较精确的数值。

    下图中绿色曲线为实测曲线，红色由点构成的输入曲线为理论计算输入曲线，为了使理论计算输入曲线尽量的跟接近实测输入曲线一至，需反复的修改UT和Is，使其两线接近重合。
    实验测量结果：3AG1,3AX31,1N60的UT的常数基本等于26，其计算曲线和实测曲线基本重合。2AP9的UT的常数等于30-33时其计算曲线才和实测曲线基本重合。从二曲线的重合情况看，当电流较大时，在相同电压下，理论计算电流要比实测电流要大一些，分析原因是在实测电路中，存在引线电阻，半导体基片电阻，这个电阻在电流较大时，对电流影响较大。





    3、三极管输出曲线测量记实




   此仪器使用视频网址：
https://v.youku.com/v_show/id_XN ... o_XNTgxODg4MDIwOA==

https://v.youku.com/v_show/id_XN ... o_XNTgxODg4MDI0OA==

河西老道

qiuwei8375 发表于 2021-11-13 06:41
这是近几年看到DIY优秀作品之一，思路非常新颖，软硬兼施，功夫了得。

说得好，给你加分，恭喜你晋级

changwanren

刘佑红 发表于 2021-11-12 07:36
有一种想仿制的冲动。到时候投你一票！另建议优化一下PCB布线，再去嘉立创打个样板，电路板进出引线采用插 ...

谢谢点赞，谢谢你的建议，PCB板采用插件与开关导线连接即美观维修又方便。

changwanren

donglele2005 发表于 2021-12-2 19:12
谢谢，本身业余制做，涉及强电，安全第一。安全规范这是一切的根本

     谢谢提醒！手中还有些各式各样的单层绝缘皮的插头，还有些单层绝缘皮的小电器已经使用了三十多年，如20W的内热电烙铁，不知还有没有坛友还在使用单层绝缘皮的插头？是不是很吓人，幸运没触点。
     无论做什么事情，都是需要安全第一！

changwanren

按大赛要求补充一张作品照片。

changwanren

上拉机运行软件
若有兴趣制作的坛友，关于上拉机软件使用弄不清楚，可以单独交谈。

LXWYK

软硬兼施，是真正的高手。

河西老道

BIAN新文 发表于 2021-11-10 21:07
预祝大赛圆满成功，我收藏下来学习。我定制的作品材料还没到，先卖一个关子。

期待你的参赛作品。

BIAN新文

预祝大赛圆满成功，我收藏下来学习。我定制的作品材料还没到，先卖一个关子。

kehua

好东西，请问能否改下给电子管用？

河西老道

changwanren 发表于 2021-11-10 08:42
四、实际测量纪实
    1、实测一只3DG8数据采集记录和对输入阻抗的计算（见图片）
三极管的输入阻抗计算 ...

你是十三届DIY大赛第一个报名参赛的作品。欢迎。

mimihuhu2008

上位机的软件也给一个呗

changwanren

河西老道 发表于 2021-11-10 08:48
你是十三届DIY大赛第一个报名参赛的作品。欢迎。

谢谢！我是笨鸟先飞，重在参与，为大赛献上一个小小的作品，预祝大赛圆满成功，精品倍出！

天门冬

挺好，比较实用的参赛作品，有创新

w6955

changwanren 发表于 2021-11-10 09:22
上拉机运行软件
若有兴趣制作的坛友，关于上拉机软件使用弄不清楚，可以单独交谈。

系统反应，丢失文件无法工作。

changwanren

w6955 发表于 2021-11-10 10:00
系统反应，丢失文件无法工作。

此图示仪与电脑串口连接，新电脑若无串口，与要购买u转串数据线，加装驱动程序。你的电脑可能是这种。

whli

不错！设计新颖，收藏下来学习学习。

whli

楼主可否考虑通过电子开关芯片转换 A、B两管，增加管子配对的功能？用不同的颜色同屏显示A、B管的曲线。