电路中的设计原理

一、模块原理图

1.原理图
下面是测量模块和核心电路原理图,市面上销售的不同厂家模块会在此基础和有所增加和修改。

 

电路下面关于电源控制部分比较经典。通过晶体管T1,T2,T3完成电路的自动关机,关机后的静态功耗只有20nA(也就是T1的漏电流乘以T3的电流增益)。

电路图右上方给出了用于元器件测试端子TP1, TP2, TP3的连接关系。每一个端口实际上与三个ATMEGA单片机管脚相连。

 

2.测试端口
对于ATMEGA单片机IO口,实际上对于现在大部分的单片机都类似,可以通过软件配置将IO口配置成输入、输出、特殊功能等多种形式。下图显示了ATMEGA单片机典型IO口的等效电路形式。

 

使用端口控制寄存器中的PUD、PORT、DD等控制位,可以设置端口是否为输出,是否接地,接VCC、上拉电阻是否接入等。端口的输入功能(PIN)和ADC转换(只有C端口)不受端口控制位的影响。

由于内部是通过MOS管完成对GND,VCC的连接,所以图中的19欧姆、22欧姆对应MOS管的导通内阻,是一个约数。

下图显示了三个测试端口(以TP2为例)对应的单片机的等效电路。除了对应单片机的端口不同,电路形式和参数都是一样的。

 

通过这个电路可以完成对测量端口状态(悬空、接GND、接VCC)的转换,同时接入GND, VCC有三种不同的阻值(直接接入,680Ω,470kΩ),PC端口可以完成对测量点的电压测量。

如果是测量普通的三极管,可以通过配置三个测试端口不同的状态,搭建三极管的共射、共基、共集等形式的放大电路,从而可以测量三极管的电流放大倍数、基极导通电压等参数。

 

二、元器件测量

1.测量三极管
下面给出了分别测量NPN型三极管、PNP型三极管、N-JFET场效应管的等效电路图。通过测量晶体管三个电极的不同点位,再根据连入的电阻(680,470k)可以分别测量出三极管的基极、集电极、发射极的电流。由此,可以获得三极管电流放大倍数参数,JFET导通电压等参数。

在原文中还给出了如何将三极管与晶闸管(Thyristor)、双向导通晶闸管(TRIAC)如何进行区分的判断标准。

 

由于三极管种类型号众多,通过ATMEGA单片机软件,按照一定流程分别对三个测试点的模式进行切换,逐步来确定待测三极管的正确种类、正确的管脚顺序。然后在按照所组成的电路完成性能的测量。

下图给出了软件判断的简化流程图。

 

2.测量二极管
在前面的判断流程图中,可以分别出连接器件为单向导通的两端器件。这可以通过判断该器件与680Ω和470k欧姆串联后,正反方向电流的变化来确认。

电路可以测量出二极管的正向导通电压,反向漏电流以及反向结电容的大小。

测量反向阶电容所使用的方法和后面测量电容的方法相同。

 

3.测量电阻
对于低阻电阻(小于20kΩ),使用680Ω已知电阻与待测电阻进行串联,通过测量分压比可以获得待测电阻的阻值。同样,对于高阻电阻(大于20kΩ),则使用470kΩ进行串联分压。

下面给出了测量的端口配置电路图。

4.测量电容和电感
测量电容是通过对电容进行充放电来实现的。对于大容量电容,则采用固定充电时间,检测充电电压来计算。对于小容量电容,则通过测量电容充放电时间来完成测量。

 

对于小容量电容,还可以通过比较充电过冲电压来测量电容等效串联电阻,进而可以计算出电容的品质因数等参数。

对于电感的测量则是通过测量电感上电压上升时间来完成。下图给出了利用内部的比较器来测量电压变化时间的配置框图。

 

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