本帖最后由 闻太师 于 2024-11-8 11:47 编辑
内容简介比较常见小电流恒流电路，并选择合适方案，搭配网售0.28寸电压表头，DIY简易HFE表。觉得没必要DIY的朋友请赶紧止步，以免耽误您的宝贵时间。
背景与动机越来越多的万用表取消了HFE档，可有时候还需要这个功能，就为这个功能买个老表不值得。测HFE并不复杂，只需要给三极管基极提供一个恒定电流，测集电极电流即可，完全可以自己DIY。网上卖的晶体管测试仪功能更多，价钱也不贵，可我不需要那么多功能，先看看DIY大概是多大工作量，不大就自己做。
DT830方案先看一下网上有没有人DIY，找了一下没找到。再找一下万用表是怎么测HFE的，在电子发烧友找到了DT830 HFE原理图
不难看懂其原理：基准电压串联限流电阻后串联至待测三极管基极，基极得到一个近似10uA的电流，发射极（NPN管是发射极，PNP管则是集电极）对地串联检流电阻，电压表头测量检流电阻电压，（再除以基极电流）就是HFE。 电路很简单，在已有电压表头和基准的情况下，只需要两个基极限流电阻（NPN、PNP各一个）和一个检流电阻（NPN接发射极，PNP接集电极）即可。这个方案缺点也很明显，不同HFE的管子发射极电流不一样，检流电阻电压也不一样，导致HFE影响基极电流大小，造成测量结果不准。常见的普通三极管HFE很少超过1000，即检流电阻电压不超过0.1V。假定将三极管插座B、E短路后调好Ib为10uA，且三极管BE压降为0.6V，限流电阻为(2.8V-0.6V)/10uA=220kΩ。测HFE为500的三极管时，检流电阻电压为50mV，此时Ib为(2.8V-0.6V-0.05V)/220kΩ=9.77uA。10/9.77=1.024，即测得的HFE比实际值大2.4%。同理可知HFE为1000的管子，测量值比实际值约大4.8%。当然这样计算并不是很准，只是大概估算一下差不太多。DIY常用的管子大多二三百，误差更小一些，这个精度一般来说够用了。搭配现成的电压表头，用TL431做基准，用洞洞板很容易就搞出来。不过本人很不擅长焊洞洞板，打板又不要钱，因此花点时间思考一下能不能将测量方案优化一下，既然打板了多几个元件也无所谓。
电压表头改造在讨论优化方案之前，先大致确定一下电压表头。手里有个0.28寸3位数字电压表头，吃灰好几年了，看看能不能用上。这个表量程为100V，分两档，10V以下两位小数，10V以上一位小数。用可调稳压电源从零逐渐调大，观察电压表头读数，发现虽然精度不高，可也够用了，先用其把功能实现了，以后有需要再考虑更换精度更高的表头。
研究一下电压表头电路，看看如何改造。
黄线是被测电压，其输出经由电位器和两个电阻串联级，成上分压电阻，再经一个1KΩ下分压电阻，分压后输入到无字单片机第5脚ADC。改造需要先知道表头显示1V时ADC电压值，为些将黄线接一相对较高的电压，我的可调稳压电源最大只有12V，测得ADC电压为0.3423V，0.3423V/12=28.525mV，即ADC为28.5mV时电压表头显示1，0.285mV时显示0.01（这个电压表头的最小分辨率）。 结合前边提到的HFE测量方案，Ib为10uA，假定HFE为1，检流电阻电流也是10uA（PNP是1，NPN是2，因为PNP检流电阻在集电极，NPN检流电阻在发射极），要使电压表头显示0.01，检流电阻应为0.285mV/10uA=28.5Ω。把电压表头上的小数点扣掉，电压表头上的1kΩ下分压电阻拆掉，读数就是HFE为1。同理HFE为999时读数为999，方案基本可行。由前边的讨论可知，检流电阻由10Ω增大到28.5Ω，测量误差也将增大，所以接下来考虑一下如何优化HFE测量方案。
加法器方案：为了克服检流电阻电压对测量精度的影响，最直接的想法是在原基准电压的基础上，用加法电路再加上检流电阻电压，抵消其影响，电路也不复杂。
这个方案还有一些问题，比如不同型号的管子，BE电压有差别，且BE电压受温度影响。为此最好是用恒流方案。NPN基极电流从基极流入，PNP基极电流从基极流出，为此需要分别使用拉电流源和灌电流源。电流源电路很多，比如DIY常用的LM317组成的电流源，这种电流源不适合10uA级这种小电流应用，因此接来来只讨论适合10uA量级的方案。
TL431+晶体管方案先看灌电流源，TL431 REF与A脚电压固定为2.5V，所以输出电流为2.5/R1。因为BJT集电极比发射极少了基极电流，所以实际输出电流比计算值略小，把BJT换成MOS可克服这一缺点。
再看拉电流源，TL431 REF与A脚电压固定为2.5V，Q2 BE电压近似为0.6V，所以输出电流近似为(2.5-0.6)/R1。与灌电流源方案相同的原因，实际输出电压比计算值略小。另外Q2 BE电压受温度影响。
运放组成的灌电流源先看灌电流源，由运放虚短特性可知，运放N端与P端电压相同，所以输出电流为2.5/R1。温度变化时，TL431输出电压略有变化，运放失调电压略有变化，相对而言这个方案较好。
再看拉电流源方案，这个原理稍复杂一点，这里R1、R2、R3、R4阻值相同。U1A及周边元件组成加法电路，设U1A输出电压为Uoa，U1B输出电压为Uob，U1A同相输入端电压为Upa，U1B同相输入端电压为Upb。由叠加原理可知，Upa=2.5/2 + Uob/2。U1A放大倍数为1+R4/R3=2。所以Uoa=2.5+Uob。U1B组成电压跟随器，故Uob=Upb。所以Uoa-Upb=2.5，即基准电阻R5两端电压为2.5V，输出电流为2.5/R5。这个电路性能与前边的灌电流源差不多，相对较好。
最终方案比较可知运放恒流方案效果最好，电路看起来也相对复杂一点。可仔细数一下元件数量，三个运放可以用一个LM324，这样一算也没多几个元件，且都是很便宜很常见的元件，就用这个方案了，画板。
前边说过，为了配合0.28寸电压表头，检流电阻需要28.5Ω，这是一个非标电阻，用可调电阻比较方便。同时，TL431基准电压并不是2.5V而是2.495V，而且还有一定误差。为了使恒流源输入精确的10uA电流，基准电阻同样需要微调。为了尽量使用标准电阻，减小可调电阻数量，这里索性把检流电阻取为10Ω，把恒流源输出改为28.5uA，这样只需要使用两个精密可调电阻，又不影响表头读数。既然基准电阻可调，那Q1用MOS还是BJT都无所谓了，我实际焊板用的是8050。 调节电流时需要注意一点，NPN B脚插孔对地不能短路，也不能接阻值太小的电阻，这会使U2.3 同相输入端电压很低。这里运放LM324使用了单电源供电，其输入有一个几十毫伏量级的死区，输入电压过低会使输出落在死区内，电路不能正常工作。调电流时可以在电流表负极串联一个二极管，二极管插入NPN E孔，电流表正极插入NPN B孔。
实物及最终效果
空载
8550
8550 CE倒置，我之前别的帖子里说过，三极管CE倒置也有放大作用，只是HFE较小。
另一只8550
D882，所谓的国产小芯片
D882，所谓的国产大芯片
准备装这个壳子里
时间仓促，水平有限，难免有疏漏和谬误，欢迎批评指正。
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雷达卡
发表于 2024-11-8 11:45:16
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发表于 2024-11-8 12:56:04
