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原来的草稿版本在这里:http://www.hifidiy.net/dispbbs.asp?boardID=2&replyID=226879&ID=22044&skin=0
这是改进后正式定型实物图
[原创]PC半导体图示仪正式版设计(硬件部分)
[原创]PC半导体图示仪正式版设计(硬件部分)
现在这个正式版本和最先的草稿有以下改动:
1.多通道AD转换部分采用LTC1090而不是MAX188;
2.原有的扩流部分改成电压、电流放大,扩大测量范围;
3.原来的单端扩流部分改成推勉输出
4.原来只有对集电极通道进行扩流,现在3个通道都进行扩流,3个通道之间相对电压可正可负,这样测量P型管就没问题了。
5.加入基极和集电极量程切换;
6.AD转换器采用可变基准电压方式扩展量程。
框图如下:
[原创]PC半导体图示仪正式版设计(硬件部分)
举例测NPN时的原理,PC控制3个通道输出电压高低关系如下:DAC1>DAC2>DAC3,就是说Vc > Vb > Ve满足测量NPN工作点要求,然后通过AD转换器分别测量AD0-AD5 6个通道的电压,这样通过下面几条公式就可以测量出Vbe、Ic、Ib、Vce等参数,根据这些参数多次测量就可以画出曲线来。
Vbe=Vad3-Vad5
Ic=(Vad0 - Vad1) / Rc
Ib=(Vad2- Vad3 ) / Rb
Vcec=Vad1-Vad5
同样测其他类型半导体管时原理一样。
正式版原理图如下:
[原创]PC半导体图示仪正式版设计(硬件部分)
电路原理分别描述如下:
一、DAC部分:
采用M62359这块邮购拆机芯片,他是8通道8bit D/A转换器,内置数控增益电压放大器,控制增益范围1-2.4,输出电压范围0-12V,2.5mA。折合精度有9bit。Datasheet这里有http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/1295/MITSUBISHI/M62359.html,
DAC的基准电压Vref是外接TL431接成的5V基准电压。输出通道现在只用到5个通道,其中Ch0-Ch2这3个通道分别驱动C B E通道的电压电压电流功率放大器;还有2个通道CH6 CH7组合输出供给AD转换器作基准电压。实测M62359在+5V基准电压下的最小输出电压步长为8mV,而我要两种基准电压,一个是10.24V,一个是1.024V,精确到1mV,所以用这2个DAC通道通过不同加权电阻R11 R12来获得1mV的基准电压精度。为了上电时所有通道都输出0,在复位端R加入开机RC延时复位。
二、AD转换部分:
采用LTC1090,他是8通道10Bit AD转换器,转换时钟和参考电压都是外接的。工作电压范围5-12V。我采用LTC1090主要是因为他的电源电压可以达到12V。因为AD通道的输入不允许超过电源电压,我用12V供电,这样AD通道的最大输入电压就可以达到12V,而我这里DAC电压放大后最大输出电压达到40V,只需1:3分压电阻就行了。原草稿电路是采用MAX188,他是8通道12bit AD转换器,但他的电源仅仅5V,这样最大输入电压最多5V,这样分压电阻要达到1:9,而MAX188的精度是12Bit,基准电压是4.096V,所以AD通道的精度是1mV,但经过分压后,测量精度最多9mV。而我这里采用LTC1090,虽然他只有10bit精度,但我这里独创性地采用双基准电压方式,测量低电压时,基准电压是1.024V,这样经过分压后的测量精度达到3mV,比MAX188的12Bit还高。采用(LTC1090还有一个主观原因是我手头有10只拆机品)
AD转换器的Ch0-Ch5这六个通道通过1:3电阻分压网络(6.666K:20K)分别测量串联在集电极、基极、发射极端的采样电阻上的电压和C B E这3个端子上的电压。
AD转换器LTC1090的Ref端接M62359 DA转换器第6、7通道输出合成的基准电压,PC机控制DAC输出1.024V或者10.24V作为AD转换器的基准电压。
AD转换器的有两个时钟输入端,一个是命令/数据移位时钟端SCLK,一个是AD转换时钟端ACLK。这里ACLK时钟是由PC模拟产生时钟时序。如果不用软时钟,用门电路搭成一个振荡器也可以,但如果用硬件组成时钟振荡,就增加了硬件成本,最重要的是因为LTC1090没有一个输出端告诉PC机什么时候AD转换结束,PC机究竟要延时多长时间难确定。而用软时钟,只要PC机产生至少44个时钟脉冲,LTC1090肯定可以转换完毕。虽然这样加多一条控制线,但却获得成本和速度,电路也没那么复杂。(曾经试图将移位时钟和AD转换时钟接在一起,但控制十分不可靠,没办法准确读出结果)。
三、电压电流功率放大部分:
草稿设计是采用射极跟随器单端输出,这样最大输出电压不超过DAC输出电压,还要减去一个Vbe压降,实测不超过11V,限制了测量范围。后来试图增加一个运放+晶体管方式的电压电流扩展电路,但运算放大器选择又有难题,因为是工作在单电源下面,DAC输出最低0V,而很多运放的输入端如果接到Vss这样的电位,工作就有很大问题,我测量了手头很多运放,除了LM358/324可以之外,大部分都不能工作在输入端小于0.8V的状态下,一旦小于0.8V,运放就失控,锁死了,这时即时将输入电压升高也不能工作,只能断开电源。为了解决使用通用运放这个问题,又想出了悬浮地的电路,电路如下:
[原创]PC半导体图示仪正式版设计(硬件部分)
这个电路的地和电源浮动的,通过3只串联二极管产生1.5-2V左右的负电压(相对地)提供给运放作负电源。较好的解决了使用通用运放的问题。
但 |
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[原创]PC半导体图示仪正式版设计(硬件部分)
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