基于双踪示波器的半导体特性图示仪设计【开题报告】.doc

1、 毕业设计开题报告 电子信息工程 基于双踪示波器的半导体特性图示仪设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 在国民经济高速发展的今天，信息产业的发展是拉动国民经济保持快速发展的重要力量信息产业已成为世界经济发达国家的支柱产业之一。而电子器件是电子产品的重要部分，是决定电子产品水平高低的关键，其技术水平直接决定电子产品的质量与性能，因而电子元器件行业是电子信息产业的重要组成部分，也必将随着信息产业的整体发展而保持稳定而高速的增长。 从无线通信、电视数字化、无线传感器网络 (WSN)到 MEMS， 各种电 子器件都是由半导体制造的 。在整个知识经济规模下，半导体经济所占的比重虽然不

2、是那么大，但是它对促成整个知识经济规模的贡献度非常大。 半导体市场兴旺与否直接动因是市场经济发展的动向 ,由于半导体产业的崛起，人类实现了诸如移动电话、数字电视、打印机设备非常多的应用 ,随后还推动了更上层的服务，包括 Google、中国移动这些网络及电信服务供货商们也开始兴起。这些发展可以证实，半导体带动了整个产业，其在经济增长中所起到的是乘数效应。 我国的半导体产业近几年有了长足的进步 ,但距世界先进水平差距甚远。从半导体产品需求角度讲 ,我 国对各类集成电路需求量极大 1。半导体产业的发展水平是一个国家进入信息化社会的重要标志。在发达国家 ,国民经济的各个门类的基础产品和设备都与半导体芯

3、片有关。因而发达国家的每年的产值中有 65%来自半导体集成电路的应用。 半导体产业在促成今日庞大知识经济规模的道路上扮演着举足轻重的角色。在整个经济体系中，半导体这个高度知识与技术集中的产业 ,正带领着全人类往更先进、更科技的方向前进。 要推进半导体产业的发展，就必须先彻底了解半导体的特性，才能更好的利用半导体设计出各种半导体集成电路，从而推进信息产业的发展。 通常， 可以用简易的仪器设备鉴别晶体管的性能，如用外用表初测晶体管的性能和用逐点法测绘管子的特性曲线 2。在条件许可时，一般用晶体管特性图示仪测量，这样能更全面地获得晶体管的一些特性 3。 晶体管特性曲线测试原理：由图示仪内部给被测晶体

4、管一个合适的工作状态（可由外部控制扭调节），然后将有关部分的电压、电流变化情况转到示波系统中显示出来。由于示波系统直接显示电压的变化，所以电压参数可直接输送，而对电流参数的显示，是将电阻串入被测电流支路中，在电阻上得到与电流成正比的电压，再显示出来 9。 而在具体设计中，要实现 该仪器的功能测出晶体管的特性，可按如下思路进行设计： 1，测二极管伏安特性；将一个经全波整流后的变化电压，作为电源电压加在二极管 D 和电阻 R的串联电路上，再将二极管两端的压送至示波管的 X 轴偏转板上，将电阻 R 上的电压 RV 加至示波管的 Y 轴偏转板上。因电阻 R 二端电压的大小反映了二极管电流的大小，这样，

5、二极管中的电流变化情况，可以从示波管荧光屏上的光点轨迹来反映。当电压从 0V 开始增长，荧光屏光点向右偏移。同时，加于 Y 轴偏转板的电压 RV 是反映二极管电流大小的电压，在电压达到起始电压以前，二极管电流很小， RV 也很小，光点沿 Y 轴方向偏移很小。随着变化电压增长，光点继续向右偏移，当超过起始电压后， RV 增长加快，光点向右偏移同时又向上偏移，合成二极管的正向特性曲线。由于电源电压反复往返，荧光屏上显示出稳定的曲线图形 4。 2，晶体管输出特性曲线是一组曲线族，将变化的电源电压加载晶体管电路上，分别把 CEV和集电极电阻上的电压送入显示系统的 X 轴偏转和 Y 轴偏转，则 X 轴反

6、映了 CEV 值， Y 轴反映了 CI 值， CR 就是 CI 的取样电阻，即可显示出晶体三极管的输出伏安特性曲线 8。 为了显示整个特性曲线族，基极电流以阶梯形式变化，每一阶梯的维持时间正好等于加于集电极上脉动电压的周期。脉动电压每经历一个周期，基极 电流就增长一级阶梯的幅度 11。 本研究可以用示波器直接观察晶体管的特性， 从它的特性曲线或一些参数上加以判别晶体管性能的优劣。 二研究的基本内容，拟解决的主要问题： 该设计题目是 基于双踪示波器的半导体特性图示仪设计 ， 以双踪示波器为显示设备，设计并制作一个附件，可以用于测量小功率晶体管、场效应管等器件的低频伏安特性，显示输入特性、输出特性

7、等曲线。通过对半导体特性图示仪接口模块电路的设计，熟悉半导体特性图示仪的设计和曲线显示方法。 有许多问题需要研究 ，总结一下有以下的问题要考虑，需要研究 10： （ 1） 半导体的 基本工作原理及基本特性是什么； （ 2） 如何正确使用双踪示波器； （ 3） 怎样给双踪示波器的 X,Y 轴加上连续变化的电压；用什么器件什么方法可以产生这个连续变化的电压； （ 4） 要准确地测出半导体的特性，在设计电路的时候要注意哪些细节的部门； （ 5） 怎样实现在一个电路图上对不同半导体的测试； 三、研究步骤、方法及措施： 首先研究通过复习以前的模电知识，了解其三极管（ NPN 跟 PNP）和二极管的输入和

8、输出特性，分析其相同点与不同点。在了解的基础上进行电路图的设计。并对各种可以产生连续变化的电压的方法进行比较，采用最容易实现的。先对 NPN 进行小模块的设计、测试，如果成功则对其他半导体进行电路设计、测试，最后将电路汇总成一个，注意各个环节是否衔接的合理恰当。 措施：在实验室里现有资源的基础上，积极翻阅图书馆等资料，在指导老师的帮助下完成设计任务。 四、参考文献 1 半导体 . http:/ 2 陈庭勋 .模拟电子技术实验辅导书 M.北京：中国电子音像出版社 .2003 3 康华光 .电子技术基础（模拟部分） M. 高等教育出版社 .2005 4 刘继修 .巧用双通 道示波器测量电路参数 J

9、.低温工程 .1993. 33(4): 6267. 5 梁华 .晶体管特性图示仪原理与使用 M北京：人民邮电出版社 , 1980 6 林家儒 .电子电路基础 M 北京：北京邮电大学出版社 ， 2006 7 吴文礼 .电路分析基础 M. 北京：北京邮电大学出版社 ， 2004 8 晶体管特性图示仪 .http:/ 9 周顺娣 .教学双踪示波器 J.中国仪器仪表 .2004.21(4): 4245. 10 秦曾煌 .电工学 M.北京 .高等教育出版社 .2004 11E. I. Rashba, Eur. Phys. J. B 29, 513 ， 2002 12 J. D. Albrecht and D. L. Smith, Phys. Rev. B 68, 035340， 2003