電子測量與電子電路實驗 郭穎

電子測量與電子電路實驗——晶體管β值檢測電路的設計學院姓名指導老師班級學號目錄TOC\o"1-2"\h\u一、摘要 1二、關鍵詞 1三、設計任務要求 11.基本要求 12.提高要求 2四、設計思路、總體結構框圖 21.設計思路 22.系統(tǒng)組成框 3五、分塊電路和總體電路的設計過程 31.三極管類型判別電路 32.β-V轉換電路 43.三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路 54.顯示電路 75.報警電路 86.電源電路 10六、所實現(xiàn)功能說明 101.已完成的基本功能和擴展功能 102.仿真及成果搭建整體效果圖 10七、故障及問題分析 15八、總結和結論 16九、所用元器件及測試儀表清單 171.清單 172.重要元器件介紹： 17十、參考文獻 21摘要本實驗是對晶體管β值進行簡單地測量，實驗電路由三極管類型判別電路、β-V轉換電路、三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路、顯示電路、報警電路、電源電路六個部分組成。該電路能通過LED發(fā)光二極管的亮滅判斷任意三極管的類型（NPN/PNP）且能運用運算比較器來將放大倍數(shù)β分為大于250、200~250、150~200、小于150共4個檔位進行判斷，當大于250時會LED發(fā)光二極管會閃爍報警。關鍵詞晶體管、β值測量、運算比較器、LED發(fā)光二極管、閃爍報警。設計任務要求設計一個簡易晶體管β值檢測判別電路，該電路能夠實現(xiàn)對晶體管β值大小的判斷?；疽箅娐纺軌驒z測出NPN型、PNP型晶體管的類型。電路能夠將NPN型晶體管放大倍數(shù)β分為大于250、200~250、150~200、小于150共4個檔位進行判斷。用發(fā)光二極管來知識來指示被測晶體管的β值屬于哪一個檔位。在電路中可以手動調節(jié)4個檔位值的具體大小。當晶體管β值超出250時能夠光閃爍報警。提高要求電路能夠將PNP型晶體管放大倍數(shù)β分為大于250、200~250、150~200、小于150共4個檔位進行判斷，并且能手動調節(jié)4個檔位值的具體大小。NPN型、PNP型晶體管β值得判斷可以通過手動或自動切換。四、設計思路、總體結構框圖設計思路雙極性三極管β值檢測電路是由六部分組成的：三極管類型判別電路功能：利用NPN型和PNP型三極管的電流流向相反的特性，判別三極管的類型是NPN型還是PNP型。β-V轉換電路功能：利用三極管的電流分配特性，將β值的測量轉化為對三極管電流的測量，進而轉換為電壓量，同時實現(xiàn)對檔位的手動調節(jié)。三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路功能：利用比較器的原理，實現(xiàn)檔位的判斷。顯示電路功能：利用發(fā)光二極管將測量結果顯示出來。報警電路功能：當所測三極管的β值超出測量范圍250時，能夠進行報警提示。電源電路功能：為各模塊電路提供直流電源2.系統(tǒng)組成框簡易雙極性三極管β值檢測電路的總體框圖如下圖所示報警電路顯示電路三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路β-V轉換電路三極管類型判別電路報警電路顯示電路三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路β-V轉換電路三極管類型判別電路電源電路電源電路五、分塊電路和總體電路的設計過程三極管類型判別電路設計原理說明由于NPN型和PNP型三極管電流流向相反，當兩種類型的三極管按圖-1的電路結構接入且連接方式相同時（集電極接上端，發(fā)射級接下端），則PNP型三極管無法導通，從而發(fā)光二極管不亮。因此通過發(fā)光二極管的亮或滅，即可判定三極管的類型。并且將PNP型三極管翻轉連接如圖-2所示（集電極接下端，發(fā)射極接上端），電路即可正常工作。2）仿真電路圖:三極管類型判別電路和β檔位測量電路NPNPNP參數(shù)設計為了使IB不要太大，令R1為820kΩ。β-V轉換電路設計原理說明根據(jù)如圖-1所示電路，當電路接入NPN型三極管時，電路中的電流電壓表達式為IB＝（VCC－VBE－VLED）/R1Vc＝Vcc-IcR3＝Vcc-βIB(R3+R2)由上式可以看出，由于R1為固定電阻，則IB為定值。通過三極管電流分配關系將Ic轉換為βIB，則集電極輸出電壓Vc將隨β變化而變化，這就將β轉換為電壓量，便于進行β檔位的測量。而且由于為R3可變電阻，即可手動調節(jié)Vc的值，也就可以手動調節(jié)檔位值。根據(jù)如圖-2所示電路，當電路接入PNP型三極管時，電路中的電流電壓表達式為IB＝（VCC－VBE－VLED）/R1Vc＝IcRc＝βIB（R3+R2）同樣，電壓Vc將隨β的變化而變化，同時也可以通過R2調節(jié)β檔位值。2）參數(shù)設計LED燈的標準電流在5-20mA之間，選取R3為1KΩ電阻。使用的電位器是10kΩ，用來手動調節(jié)β值的范圍。三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路設計原理說明三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路的核心部分就是由運算放大器構成的比較器電路所有運算放大器的反相輸入端連接轉換電路的輸出端Vc；而運算放大器的同相輸入端通過電阻對電源電壓分壓，得到4個標準電壓值。這樣通過Vc的測量值與標準電壓值進行比較久可以把β值分為4個檔位。同時根據(jù)比較的結果，如果測量值大于標準電壓值，則輸出為低電平；如果測量值小于標準電壓值，則輸出為高電平。仿真電路圖：三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路參數(shù)設計通過查閱資料，實驗所用LED發(fā)光二極管的工作電壓為1.6~2.1V，此處計算采用2V。采用的電壓Vc為12V，VBE為0.7V。則：IB＝（VCC－VBE－VLED）/R1=（12－0.7－2）/820=0.017mA當β=150時，Vc＝Vcc-βIB(R3+R2)=7.5V當β=200時，Vc＝Vcc-βIB(R3+R2)=6V當β=250時，Vc＝Vcc-βIB(R3+R2)=4.5V則R4：R5：R6：R7=（12-7.5）：（7.5-6）：（6-1.5）：4.5但是因為器材的限定，沒有4.5kΩ和1.5kΩ的電阻，將其同時同比例縮小1.36倍，得到3.3kΩ，1.1kΩ的電阻值。檢驗電路為了檢驗設計的分壓電阻值是否與不同的燈亮相對應，在電路npn管子集電極處接上一個電壓表，測量c的電位。分別測出的值如下：β<150（此時電壓應在7.5V以上）150<β<200(當?shù)诙€燈快滅，第三個燈快亮的時候的電壓應在6V左右）當β>250的時候，電壓應該在4.5V以下通過上面的三個截圖可以知道，在β處于不同值得時候，集電極的電位不同，且仿真結果與估測結果相同。顯示電路設計原理說明顯示電路是通過發(fā)光二極管來實現(xiàn)的。通過運算放大器輸出的高低電平，控制發(fā)光二極管的亮和滅，這樣就可以清楚地知道β值屬于哪一個檔位，達到了顯示的作用。這里需要注意的是，運算放大器的輸出電流要與發(fā)光二極管的驅動電流匹配，如果運算放大器的輸出電流過大就要串聯(lián)限流電阻；如果運算放大器的輸出電流過小就要接入晶體管進行電流放大。若在顯示電路的前端接入譯碼電路，可以減少發(fā)光二極管的數(shù)目。2）仿真電路圖3）參數(shù)設計查閱資料可知，紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0~2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8~2.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0~3.2V，正常發(fā)光時的額定電流約為20mA。所以為了限流，防止二極管電阻被燒毀，應增加限流電阻。設置限流電阻R9=R10=R11=R12=R15=1kΩ。報警電路設計原理說明報警電路主要由NE555集成電路構成的振蕩信號產生電路構成，NE555組成的時基振蕩器的振蕩頻率為f=1.44/（R1+2R2）C1，輸出振蕩頻率波形的占空比D=t1/T=（R1+R2）/（R1+2R2）。當晶體管放大倍數(shù)β超出250的檢測范圍時，與其檔位相對應的比較器將會輸出高電平，采用該高電平作為NE555集成電路的供電電源，可控制NE555集成電路的輸出端輸出高低電平變化的振蕩信號，以此控制發(fā)光二極管呈現(xiàn)閃爍狀態(tài)，進行光閃爍報警。2）仿真電路圖參數(shù)設計為了使用于報警的LED發(fā)光二極管能產生人眼識別的閃爍光，肉眼可分辨的光的頻率在50~100hz.令R13=5.6kΩ，R14=5.6kΩ，C1=1μF，C2=100nF，根據(jù)公式計算可得:閃爍頻率f=1.44/（R12+2R13）*C1=1.44/（5.6+2*5.6）/1000/0.000001≈85.71Hz占空比D=（R12+R13）/（R12+2R13）=（5.6+5.6）/（5.6+2*5.6）≈0.33電源電路設計原理說明電源電路的設計可以采用直接從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電壓轉換為+12V直流電壓。電路中的變壓器采用常規(guī)的鐵芯變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C1、C2、C3和C4完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成芯片來實現(xiàn)。仿真及成果搭建整體效果圖NPN型晶體管β值檢測儀電路2）PNP型晶體管β值檢測儀電路PCB電路圖（NPN型晶體管）六、所實現(xiàn)功能說明已完成的基本功能和擴展功能本次綜合實驗我已經完成了所有的基本要求和提高要求。包括類型判別、NPN型檔位手動調節(jié)檢測、閃爍報警、NPN型晶體管檢測電路整體功能、PNP型檔位手動調節(jié)檢測、PNP型檢測電路整體功能。實際搭建測試效果圖NPN晶體管的實際搭建效果圖β<150150<β<200200<β<250β>250PNP晶體管實際搭建效果圖β<150150<β<200200<β<250β>250故障及問題分析1、在實驗時，檢測晶體管是PNP型還是NPN型時，發(fā)現(xiàn)將PNP型晶體管插入NPN型晶體管的設計電路，LED燈亮，不符合預期設想，后來發(fā)現(xiàn)是電源電壓過大，將之調至10V，LED燈不發(fā)光。2、NE555報警電路的閃爍燈一開始不閃爍，重新設計參數(shù)以后，才開始閃爍。八、總結和結論這一次的電子電路實驗是我們做的第一個復雜的綜合性實驗，從一開始做大量的數(shù)據(jù)計算然后仿真，最后實際搭建，在實際操作中遇到過一些問題，通過不斷地修改，調試，最終得到預期的效果，這整個過程帶給了我很大的收獲。通過晶體三極管β值檢測電路的設計與制作，加深了我對晶體管β值意義的理解，基本掌握了電壓比較器的實際使用電路，理解了電子電路綜合設計、安裝和調試的基本方法，加深了對所學過的電子電路知識的理解和綜合運用能力和獨立設計能力，最終的是激發(fā)了我對創(chuàng)新實踐的欲望，培養(yǎng)了對創(chuàng)新實踐的興趣，并提高了創(chuàng)新實踐的能力。在這次實驗結束之后，我得出幾個結論：實驗中盡量使各器件和導線放置整齊，間隔盡量大，合理運用面包板的設計，減少導線的使用。VBE是個定值，所以放大倍數(shù)β與VC是呈線性變化的，所以可以進行轉換。NE555具有多種功能，本試驗所利用的是使它產生具有一定頻率的正弦振蕩，實現(xiàn)報警燈的閃爍。LM358是雙運放，且是實現(xiàn)比較功能，它對電壓比較敏感，容易被燒，應次在接入電路時尤為注意。 九、所用元器件及測試儀表清單清單名稱數(shù)量數(shù)字式萬用表1臺直流穩(wěn)壓電源1臺集成運算放大器LM358P2個NE555P1個發(fā)光二極管紅色2個、綠色2個、黃色2個頂調電位器1個待測NPN、PNP三極管若干電阻電容若干導線若干重要元器件介紹：LM358LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬（3—30V）的單電源使用，也適用于雙電源（±1.5V—±15V）工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的