1、 毕业设计文献综述 电子信息工程 基于双踪示波器的半导体 管 特性图示仪设计 前言 根据模拟电子技术教材述： 半导体，指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。 半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。 与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到 20 世纪 30 年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。 半导体的分类，按照其制造技术可以分为：集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟 IC、储存器等大类，一般 来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类，此外，
2、还有按照其所处理的信号，可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。 根据 http:/ 所述： 最早的实用“半导体”是三极管和二极管。可用在 1：在 无线电收音机及电视机中，作为“讯号放大器 /整流器 ”用。 2：近来发展太阳能，也用在光电池中。 3：半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的 70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达 0.1，甚至达到 0.01也不是不可能，线性度 0.2%，测温范围-100+300，是性价比极高的一种测温元件。 世界 半导体行业 巨头纷纷到国内投资，整个半导体行业快速发展，这也要求材料业要跟上半导体行业
3、发展的步伐。可以说，市场发展为半导体支撑材料业带来前所未有的发展机遇。 本次设计主要 基于双踪示波器的半导体特性图示仪设计 ，达到可以用示波器直接观察二极跟三极管的特性， 从它们的特性曲线或一些参数上加以判别晶体管性能的优劣。 主题 1、半导体的发展概述 1833 年，英国巴拉迪 最先发现硫化银的电阻随着温度 的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。 不久， 1839 年法国的贝克莱尔 发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导
4、体的第二个特征。 在 1874 年，德国的布劳恩 观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特 有的第三种特性。 同年，舒斯特 又发现了铜与氧化铜的整流效应。 1873 年，英国的史密斯 发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。 半导体的这四个效应， (霍尔效应的余绩 四个伴生效应的发现 )虽在 1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到 1911 年才被考尼白格和维斯 首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到 1947 年
5、 12 月才由贝尔实验室完成。 2、 当前化合物半导体产业的发展主要体现在六个方面： 第一、半导体照明技术的迅猛发展。 第二、消费类光电子， 第三、汽车光电子市 场， 第四、新一代光纤通信技术。第五、移动通信技术正在不断朝有利于化合物半导体产品的方向发展。 第六、军用光电子 。 3、两大类晶体管测试方法的比较和选择 根据李娜，李斌晶体管原理教学的一些思考、赵俏王 .简易晶体管特性图示仪设计、朱向庆简明晶体管输出图示仪的设计、王辉，张绍忠晶体三极管输入输出特性曲测试方法探讨、 朱立文 .三极管输入输出特性的示波器测量所述： 一： 简单测量法 利用指针式万用表测试晶体二极管 将万用表选在 R*10
6、0 档，两棒接到二极管两端，若表针指在几千欧以下的阻值，则接黑棒一端为二极管 的正极（阳极），二极管正向导通；反之，如果表针指很大（几百千欧）的阻值，则接红棒的那一端为正极（阳极）。 利用万用表测试小功率晶体三极管 判断基极 B 和管子的类型 用万用表的红棒接晶体管的某一极，黑棒依次接其他两个极，若两次测得电阻都很小（在几千欧以下），则红棒接的为 PNP 型三极管的基极 B，若测得电阻都很大（在几百千欧以上），则 红棒所接的是 NPN 型三极管的基极 B。若两次测得的电阻为一大一小，说明红棒所接的不是三极管的基极 B，应该换一个极再测试。 确定发射极 E 和集电极 C 以 NPN 型管为例，基
7、极确定以后，用万用表两根棒分别接另两个未知电极，假设黑棒所接电极为 C，红棒所接电极为 E，用一个 100 千欧的电阻一端接 B，一端接假设的 C 极（相当于注入一个 I），观察接上电阻时表针摆动的幅度大小。再把两棒对调，重测一次。根据晶体管放大原理可知，表针摆动大的一次，黑棒所接的为管子的集电极 C，另一个极为发射机 E。 用逐点法测晶体管的输入输出特性曲线 输入特性曲线测量 维持 CEV 为某 一定值，逐步改变 BEV ，测出若干 BI 和 BEV CEV ，根据测量数据描绘一条输入特性曲线。一次取不同的 CEV 值，可获得一组三极管输入特性曲线。 输出特性曲线测量 维持 BI 为某一定值
8、后，逐点 改变 CEV ，测出若干对应的 CI ，根据测量数据描绘一条输出特性曲线。依此类推， BI 取不同几个值，重新测量 CEV 与 CI 的关系，即可得输出特性曲线族。 根据刘继修 .巧用双通道示波器测量电路参数 、 周顺娣 .教学双踪示波器所述： 二：用晶体管图示仪测量晶体管特性曲线 晶体管图示 仪是测量晶体管特性较为专业的测试仪器，它可以将晶体管特性以曲线形式直接显示在示波管上，使得测试工作显得十分方便，是真正实用有效地测试手段。学会利用这一仪器测量晶体管的各种低频特性，有利于充分把握元器件性能，分析电路的基本情况。 晶体管特性曲线测试原理：由图示仪内部给被测晶体管一个合适的工作状态
9、（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。 本课题要求用示波器直接观察晶体管的特性 ， 因此要设计一个可以实现晶体管图示仪功能的简单电路。 4、阶梯波的产生方法 晶体管特性测试中经常需要阶梯波信号源作为晶体管基极驱动信号源，因此本研究的主体电路部分是阶梯波的产生，有如下两种方法： 普通的阶梯波产生电路 首先考虑产生一个方波，其次，经过微分电路输出得到上下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再
10、经过几分电路，实现累加二输出一个负阶梯。对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变， 在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器就起到了几分累加的作用。当积分累加到比较器的比较电压时，比较器翻转，比较器输出正电压，使振荡控制电路起作用，方波停振。同时，这个正电压使电子开关导通，积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波的输出。积分器输出由负值向零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样振荡控制电路不起作用，方波输出，同时电子开关断开，积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。 单片机控制 阶梯波产生
11、阶梯波是在一定时间范围内每隔一段时间，输出幅度递增一个恒定值。单片机控制阶梯波信号的产生式通过 AT89C51 执行波形产生程序，向 DAC0832 转换器的输入端按每隔 10ms 同步送入阶梯波编码，在单缓冲方式下就可以输出阶梯波信号。 DAC0832 和放大器组成 D/A 转换和I/V 转换电路。 单片机控制阶梯波信号发生电路具有线路简单，结构紧凑，易于调整同步等特点，克服普通阶梯波信号发生电路的缺点。所以在本次研究中我采用了用单片机控制阶梯波信号发生电路。 小结 本研究可以用示波器直接观察晶体管的特性， 全 面地获得晶体管的一些特性。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。
12、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。 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.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
13、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 11 朱立文 .三极管输入输出特性的示波器测量 J. 鄂州大学学报 .2009.15: 1114. 12王辉，张绍忠晶体三极管输入输出特性曲测试方法探讨 J山西电子 .2006. 2226. 13李娜，李斌晶体管原理教学的一些思考 J中山大学学报论丛， 2004. 4347. 14蒋焕文，孙续电子测量 J北京：中国计量出版社， 200l. 5456. 15E. I. Rashba, Eur. Phys. J. B 29, 513 ， 2002 16 J. D. Albrecht and D. L. Smith, Phys. Rev. B 68, 035340， 2003
