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说我的智能图示仪原理前，先说一下一般用mcu测量管子曲线的原理图，如图
(原文件名:old.png)
mcu控制B、C通道的DAC,再经过直流功率放大器驱动被测管的B C极，再用ADC测出VCH VC VBH VB这4点电压，经过运算就可以得到Ib Ic Hfe Vbe,就可以得到Vbe-Ic、Vce-Ic、Hfe-Ic曲线，
因为需要测量P和N型管，所以所有的电压都是双极性的（很多论文上的用mcu测量曲线的都只是介绍了测量N管，都是正极性的测量，因此看起来是很简单)。
但考虑到元件选型，因为绝大部分的DAC都只能输出单极性电压，
ADC也是一样，绝大部分也只能测量单极性的电压，双极性的ADC价钱会很昂贵，
考虑成本的话，采用单极性AD DA便宜很多，选择的范围也大很多。
这种测量方式优点是简单明了，容易控制，缺点是
1.需要双电源供电，电源利用率不高，而被测管子上的Vce电压范围也只有总的电源电压总和的一半；
2.需要8个AD测量通道（vbh1、vbh2、vb1、vb2、vc1、vc2、vch1、vch2）；
3.需要4个增益为—1的放大器（以便将vch vc vbh vb变成单极性的电压），这个-1倍放大器想做的准确也不容易，因为-1放大器的放大倍数会依赖于前级的输出阻抗。
4.需要2个将DAC输出电压变成正负极性的偏移电路。
我的智能图示仪在上面原理做一个改进，采用“三电压驱动”方式测量，被测管的发射极不再接地，而是接到一个电压源上，原理如下图
(原文件名:new.png)
这个发射极电压源非常关键，完全解决上面的缺点，下面距离说一下测量原理就知道增加这个发射极电源是多么巧妙
测量N管，将发射极电源设置成2.5V，基极电源和集电极电源发生器都设置成大于2.5V，测量时需要连同Ve一起测量，通过运算也可以得到所有Ib Ic Vbe Vce
而测量P管时，将发射极设置成最高电源电压，例如40V，而基极和集电极电源设置成小于40V，这样被测管也能正常工作。
如果N-JFET管,设置发射极（源极)电压为10V，栅极为2.5～10V，漏极为10～40V，这样相当于被测管的Vgs范围为-7.5～0V，Vds为0～30V。
用浮动发射极电压方式，最大的好处就是只需一个电源就行了，你看见上面测量举例，所有的电压相对于地来说都是正的电压，没有负的电压，因此DAC和ADC都只需采用单极性的器件就可以了。也无需极性变换电路。
其次是电源利用率高，基本原理图上需要两个40V，但被测管Vce最大也只能40V，而用浮动发射极电压方式，只需单个40V，被测管的Vce最大也可以达到40V。
恒定基极电流发生器
因为测量三极管输出曲线时，需要恒定基极电流方式，虽然可以采用加大RB,提高VBH电压方式近似获得恒定Ib,但始终不算规范。
这个恒流源也必须是受控的，因此自然就想到压控恒流源，即VI转换电路，
同样因为P N型三极管的关系，这个恒流源极性也需要是双极性的，一般VI转换电路产生双极性的电流的话，也必须要双电源供电。
我于是对这个VI转换电路做了一些修改，电路如下图：
(原文件名:VI.png)
我将直流电压放大器输出和压控恒流电路合并成上图这样实际的B通道输出电路。
A1是图10的电压功率放大器器的简化示意图， SW1、SW2是同时动作的双刀双择开关，用来控制工作在恒压还是恒流状态。
图中所示的位置是恒压工作状态，此时R1、R4接地，由于A1的输入被先衰减了R4/(R3+R4)倍，所以A3预先进行1+R9/R10倍放大，如果R9＝R3、R10＝R4，那么
（1+R9/R20）*R4／（R3+R4）=1
正好可以补偿R3、R4的衰减。所以总的放大倍数仍旧是1+R2/R1=4.4倍。
如果sw3接到Vref、sw4接到A2输出端，此时工作在输出恒流状态，
这个VI转换采用两个输入端，其中一个输入端接一个偏移电压Vref,
当输入电压Vin小于Vref时，Rb上的电流方向是从右到左的，倒灌方向的电流；
如果Vin大于Vref，Rb上的电流就是从左向右，为输出方向的电流。
怎样理解单电源为啥能产生双极性的电流？关键是这里的"负载实际上并不是接地的！！"
测P管时，发射极接Vcc，此时电流是从发射极到基极，也就是倒灌入B通道的，
测N管时，发射极接2.5V，此时电流是从基极到发射极，也就是B通道输出电流的。
其实这就是产生了双极性的恒定Ib电流。
VI转换电路的准确性对R1 R2 R3 R4这4个电阻的匹配程度很高，如果匹配不好，恒流效果就变差，
并且R1 R3是和前级输出阻抗串联的，因此这里A3在这里除了补偿作用外，还起到0输出电阻作用。
实际上sw3、sw4用一个双刀双择继电器代替，由PC控制，继电器吸合时，工作在恒流状态；释放时工作在恒压输出状态。
这样用这样一个电路，就可以实现既能工作恒流输出，也可以恒压输出。
DAC部分
我采用廉价的M62359 8通道8bitDAC，一般用于电视机的直流音量、调谐等电路，价格便宜。
但8bit最多256步，B通道输出范围0～40V，即每步为0.156V,对于测量MOS管远远不够精度，
MOS管Vgs变化10mV，Id可能已经已经变化了500mA了，
因此为了测量MOS管，电压发生器的步长电压必须达到5mV，即8000个补偿，相当于13bit的DAC,
而多通道高bit的DAC也是超高价位，我这里采用两个DAC通过1K和56K电阻合成，相当于256×56=14bit的DAC
但这种DAC精度不好，实际上我这里不需精确的DAC,只需能够产生能够单调递增的电压即可。
待续 |
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发表于 2011-1-7 16:58:42
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