三極管β值數(shù)顯式測量電路設(shè)計

1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計報告題目 三極管值數(shù)顯式測量電路設(shè)計 姓 名 張橋 專 業(yè) 自動化 班 級 自動化1303 學(xué) 號 201323020324 指導(dǎo)老師 徐振方 成 績 2015年 7 月 4 日三極管值數(shù)顯式測量電路設(shè)計 說明：三極管電流放大系數(shù)可用晶體管特性圖示儀測量，但存在讀數(shù)不直觀和誤差大等缺點(diǎn)。本題要求制作的三極管值數(shù)顯式測量電路用數(shù)碼管和發(fā)光二極管顯示出被測二極管的值，從而讀數(shù)直觀，誤差較小。1 任務(wù)和要求 (1)任務(wù)：設(shè)計一個三極管值數(shù)顯式測量電路，用數(shù)碼管和發(fā)光二極管顯示出被測三極管的值。 (2)探測器性能要求:1可測NPN硅三極管的直流電流放大系數(shù)值（設(shè)小于200），測試條

2、件如下：IB=10,誤差為±2%VCE為14到16V，且對于不同值的三極管，V CE的值基本不變。2測量電路應(yīng)設(shè)有E、B、C三個插口，當(dāng)被測管插入插孔后，打開電源，顯示器應(yīng)自動顯示出被測三極管的值，響應(yīng)時間不超過兩秒鐘。 3在溫度不變（20）時，本測量電路誤差的絕對值不超過“0.05*數(shù)字顯示器讀數(shù)+1”。4數(shù)字顯示器所顯示的數(shù)字應(yīng)當(dāng)清晰，穩(wěn)定、可靠2 總體方案設(shè)計與選擇2.1任務(wù)分析：在設(shè)計任務(wù)中要求我們顯示三極管的值，同時允許基極電流IB=10,允許誤差為±2%。所以我們覺得這部分電流應(yīng)該由微電流源提供。VCE為14到16V，且對于不同值的三極管，VCE的值基本不變。我

3、們采用直接與一個VCC相連，在它的下端加一個小電阻，保證VCE的值基本不變。對于自動顯示出被測的三極管的值，響應(yīng)時間不超過兩秒鐘。我們采用了數(shù)碼管顯示并利用到A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。2.2 設(shè)計思路：通過設(shè)計一個微恒流電路使其流過待測的三極管，經(jīng)三極管放大后在流過一個電阻，通過測量這個電阻兩端的電壓就能知道流過該電阻的電流，即三極管放大的基極電流，從而知道三極管的放大倍數(shù)。并且按下述模式進(jìn)行設(shè)計：單元設(shè)計功能塊劃分子系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)總成系統(tǒng)分解圖1設(shè)計模式圖2.3 系統(tǒng)概述是三極管共射電流放大系數(shù)，不是一個能夠直接測量的物理量，一般不區(qū)分直流和交流下放大系數(shù)。對于直流，有=（Ic-Ic

4、EQ）/IBIC/IB|UCE=cons,忽略ICEQ，固定IB、UCE的值，IC的值跟值成正比，通過測量IC，選擇一定的比例系數(shù)k，由=IC/k測量。測量的問題轉(zhuǎn)化為對IC的測量。為了使數(shù)字測量設(shè)備能夠測量模擬量，本電路需要使用ADC，直接型ADC是把輸入的模擬電壓信號直接轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，所以還要對Ic進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換后就可以用數(shù)字顯示了。下面是邏輯框圖設(shè)計：七段譯碼器七段譯碼器10進(jìn)制計數(shù)器10進(jìn)制計數(shù)器1位鎖定器清零信號產(chǎn)生電路與門計數(shù)時間產(chǎn)生電路壓控振蕩器/Vx轉(zhuǎn)換電路被測三極管圖2 邏輯框圖但是這次設(shè)計沒有完全使用邏輯方法，因?yàn)閷λJ(rèn)識不夠多，希望在以后的學(xué)習(xí)中會用

5、到它。3 電路總原理框圖設(shè)計顯示測量值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換電流電壓轉(zhuǎn)換三極管的Ic圖3原理框圖 4 單元電路設(shè)計4.1 轉(zhuǎn)換電路 圖4 轉(zhuǎn)換電路電路圖 以上電路包含了一個微電流源與一個差分放大電路。圖5微電流源電路（1）值與Ic有關(guān)；（2）小功率管的值在Ic=2至3mA時較大，而在截止與飽和區(qū)較小，測量不準(zhǔn)確。因此，取輸出電流Io=30，因?yàn)閰⒖茧娏鱅R=（Vcc-VBE2）/R R1=(Vcc-VBE1)/IR è已知VBE1=0.7V 得，R1=4.3K，取R1=3.3K。為了使差動放大電路起到隔離放大的作用，R5-R8應(yīng)盡量取大一點(diǎn)，這里取R5=R6=R7=R8=30K。綜上所述：R1=

6、3.3K，R2=20K，R3=3.3K，R4=220，R5=R6=R7=R8=30K。差動放大電路：根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，被測物理量轉(zhuǎn)換成集電極電流IC，而集電極電阻不變，利用差動放大電路對被測三極管集電極上的電壓進(jìn)行采樣。差動放大電路如下:圖6差動放大電路圖根據(jù)理想運(yùn)放線性工作狀態(tài)的特性，利用疊加原理可求得： ，取電路參數(shù)：R1=R2=R3=Rf，uo=ui2-ui1。可見，輸出電壓值等于兩輸入電壓值之差，實(shí)現(xiàn)想減功能。其中運(yùn)算放大器采用集成電路LM311。4.2 優(yōu)頻轉(zhuǎn)換電路LM331實(shí)現(xiàn)電壓與頻率的轉(zhuǎn)換。F=K*V1=KIBR4,K=RS/(2.09RTCTRL)?？梢粤頵=，

7、則計數(shù)器恰好在一秒內(nèi)記下所有脈沖數(shù)。通過計算拼湊可以得出：Rs=4.7K,RT=RV=10K,RL=150K,CT=0.01F，CL=1F，C2=0.01F。4.3 控制計時電路工作原理和功能說明：把NE555接成單穩(wěn)態(tài)電路，利用觸發(fā)后產(chǎn)生的持續(xù)高電平來控制計數(shù)器計時，根據(jù)設(shè)計的思路，要產(chǎn)生一秒的持續(xù)高電平。NE555，其封裝圖如下：圖7 NE555引腳排列圖所接正電源為5V。要實(shí)現(xiàn)計數(shù)一秒，即tw=1.1R9C1=1S,故可湊得R9=90K，C1=10F。4.4 計數(shù)模塊說明：每個時鐘周期計數(shù)器，計數(shù)一次。由于是計數(shù)一秒，故根據(jù)前面的關(guān)系，計數(shù)器最終的數(shù)值就是所要測的值。工作原理和功能說明：

8、V2加在第一片計數(shù)器CD4518的CP1A端上，V0加在CP0A上，故當(dāng)1S的高電平V2來臨時，實(shí)現(xiàn)的是計數(shù)器在BCD模式下十進(jìn)制計數(shù)，當(dāng)1S的低電平V2變?yōu)楦唠娖綍r，此時為保持模式，用于顯示。由于CD4518是雙的BCD碼假發(fā)計數(shù)器，故可將其中一個計數(shù)器的最高位不妨假定為1Q4接在另一個計數(shù)器的脈沖輸入端CP0B端，CP1B接CP1A，這樣一片CD4518就可以實(shí)現(xiàn)一個BCD碼的百位計數(shù)器！2Q4可以接在另一片CD4518上，實(shí)現(xiàn)百位計數(shù)?？刂贫伺c第一片相同。CD4518功能表如下：表1 CD4518功能表見下頁。輸入輸出功能CPCRENLH加計數(shù)LL加計數(shù)XHLLLLXL保持XHX全部為L

9、4.5 譯碼與顯示電路運(yùn)用CD4511，CD4511封裝圖如圖8，其中：A、B、C、D為數(shù)據(jù)輸入端，LT、BL、LE為控制端，a到g為輸出端，其輸出電平可直接驅(qū)動共陰數(shù)碼管進(jìn)行0到9的顯示。并且參照CD4511真值表。 圖8 CD4511封裝圖5 單元電路的級聯(lián)設(shè)計將轉(zhuǎn)換電路、優(yōu)頻轉(zhuǎn)換電路、控制計時電路、計數(shù)電路、譯碼與顯示電路依照正確的順序連接，就構(gòu)成了完整的三極管值數(shù)顯式測量電路的原理圖，元件清單如附錄。6 設(shè)計總結(jié)通過為期一周的課程設(shè)計，我深刻體會到了自己知識的匱乏。我深深的感覺到自己知識的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多

10、問題。真正的能將自己的所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際所用才是最大的收獲，也就是說真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。設(shè)計一個很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多，我也上網(wǎng)搜集資料，在網(wǎng)上獲取了大量的知識，通過這次課程設(shè)計，我對電子技術(shù)更加產(chǎn)生了興趣，同時，我也意識到只要認(rèn)真鉆研努力下去就會成功的，在以后的學(xué)習(xí)中要樹立足夠的信心，這樣才更容易成功。 設(shè)計電路時，要考慮到它的前因后果，用什么樣的電路實(shí)現(xiàn)什么什么樣的功能。另外，還要考慮到電路的可行性，實(shí)用性等。本次課程設(shè)計要求多學(xué)科知識綜合應(yīng)用，鍛煉了設(shè)計者的動手能力，加深了對各個學(xué)科的理解和掌握，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做了鋪墊?？傊?，通過這次課程設(shè)計，不僅使我對所學(xué)過的知識有了一個新的認(rèn)識。而且提高了我考慮問題，分析問題的全面性以及動手操作能力。使我的綜合能力有了一個提高。參考文獻(xiàn)1 清華大學(xué)電子學(xué)教研室編，童詩白主編：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，第二版，2 現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用，童詩白、徐振英編，高等教育出版社，1994年3 電子系統(tǒng)設(shè)計，何小艇等編，浙江大學(xué)出版社，2000年4 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo) 彭介華編，高等教育出版社，1997年10月.5 李哲英等實(shí)用電子電路設(shè)計M北京：電子工業(yè)出版社,1997.6 新編555集成電路應(yīng)用800例 陳永甫編著 電子工業(yè)出版社 2000年1附 錄元器