北郵晶體管B值檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院PAGEPAGE1DATE\@"yyyy-M-d"2013-4-17NUMPAGES16電子測(cè)量與電子電路實(shí)驗(yàn)——簡(jiǎn)易晶體管放大倍數(shù)β檢測(cè)電路院系：信息與通信工程學(xué)院班級(jí)：指導(dǎo)老師：姓名：學(xué)號(hào)：班號(hào)：晶體管放大倍數(shù)β檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)信息與通信工程學(xué)院摘要：隨著電子測(cè)量的不斷發(fā)展，三極管在集成電路中的應(yīng)用極為廣泛，于于三極管的特性也有著不同的需求，由于工藝等個(gè)方面的不同，晶體管的方大倍數(shù)也有區(qū)別。在大學(xué)的電路實(shí)驗(yàn)中，我們用到了8050和8550兩類(lèi)三極管，本實(shí)驗(yàn)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩類(lèi)晶體管放大倍數(shù)的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)電路由三極管類(lèi)型判別電路、三級(jí)管放大倍數(shù)檔位判斷電路(利用電壓比較器)、顯示電路、報(bào)警電路和電源電路五部分構(gòu)成。旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)電路大致判斷出三極管的型號(hào)以及放大倍數(shù)的大概范圍，分別實(shí)現(xiàn)三極管類(lèi)型判斷、檔位判斷、顯示放大倍數(shù)、報(bào)警提示、電源電路設(shè)計(jì)等功能。同時(shí)通過(guò)protel設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)β檢測(cè)電路的PCBproject.關(guān)鍵詞：晶體管β檢測(cè)電路發(fā)光二極管電壓比較器protel設(shè)計(jì)軟件實(shí)驗(yàn)?zāi)康模杭由顚?duì)晶體管β值意義的理解。了解掌握電壓比較器的實(shí)際使用。了解發(fā)光二極管的使用。提高電子電路綜合設(shè)計(jì)能力。設(shè)計(jì)任務(wù)要求：1.基本要求a)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的晶體管放大倍數(shù)檢測(cè)電路，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)放大倍數(shù)值大小的初步測(cè)定1）電路能夠測(cè)出NPN,PNP三極管的類(lèi)型2）電路能將NPN晶體管的值分別為大于250，大于200小于250，大于150小于200和小于150共四個(gè)檔位進(jìn)行判斷。3）用發(fā)光二極管指示被測(cè)三極管的放大倍數(shù)在哪一個(gè)檔位4）在電路中可以用手動(dòng)調(diào)節(jié)四個(gè)檔位值得具體大小5）當(dāng)值大于250時(shí)可以光閃報(bào)警b)設(shè)計(jì)電源電路（不要求搭建），用Protel軟件進(jìn)行繪制完整的電路原理圖2.擴(kuò)展要求a)電路能將PNP晶體管的值分別為大于250，大于200小于250，大于150小于200和小于150共四個(gè)檔位進(jìn)行判斷在電路中可以用手動(dòng)調(diào)節(jié)四個(gè)檔位值得具體大小。b)NPN,PNP三極管的檔位的判斷可以通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)切換c)用PROTEL軟件繪制該電路及其電源電路的印制電路版圖。設(shè)計(jì)思路及總體結(jié)構(gòu)框圖：1.設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)易雙極性三極管放大倍數(shù)檢測(cè)電路由三極管類(lèi)型判別電路、三級(jí)管放大倍數(shù)檔位判斷電路、顯示電路、報(bào)警電路和電源電路五部分構(gòu)成。1)三極管類(lèi)型判別電路:利用NPN和PNP型三極管的電流流向反向的特性，判別三極管類(lèi)型是NPN還是PNP型。2)三級(jí)管放大倍數(shù)檔位判斷電路：利用三極管的電流分配特性，將的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)三極管電流的測(cè)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)檔位的手動(dòng)調(diào)節(jié)，并利用電壓比較器的原理實(shí)現(xiàn)檔位的判斷。3)顯示電路：利用發(fā)光二極管把測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。4)報(bào)警電路：當(dāng)被測(cè)三極管的值超過(guò)250時(shí)，進(jìn)行報(bào)警提示。5)電源電路利用交流電源（２２０Ｖ）轉(zhuǎn)換為直流電源（１２Ｖ），為各模塊電路提供直流電源。2.總體結(jié)構(gòu)框圖三極管類(lèi)型判別電路三極管類(lèi)型判別電路三級(jí)管放大倍數(shù)檔位判斷電路顯示電路電源電路報(bào)警電路分塊電路及總體電路的設(shè)計(jì)：1.分塊電路設(shè)計(jì)1)三極管類(lèi)型判別電路①原理：NPN和PNP型三極管的電流流向相反，所以當(dāng)兩種三級(jí)管電路結(jié)構(gòu)且連接方式相同的時(shí)候，必有一個(gè)管子不能導(dǎo)通。從而應(yīng)設(shè)計(jì)不導(dǎo)通時(shí)指示發(fā)光二極管不亮。即通過(guò)二極管的亮滅，判斷三極管極性。圖（１）電路連接為NPN三極管（集電極接上端，發(fā)射極接下端），NPN型三極管接入，發(fā)光二極管發(fā)亮；而PNP型接入則不亮，只有將它翻轉(zhuǎn)連接才能使電路工作。②設(shè)計(jì)電路：(1)(2)③按上圖（２）所示電路圖進(jìn)行連接，當(dāng)遇到PNP型三極管的時(shí)候，只需將此三極管反接即可保證其正常工作。2)三極管放大倍數(shù)檔位測(cè)試電路①原理：當(dāng)電路中接入NPN型三極管的時(shí)候，電路中電流電壓的表達(dá)式如下：IB＝（VCC－VBE－VLED）/R1Vc＝Vcc-IcR3＝Vcc-βIBR3通過(guò)上式可以看出電壓隨的變化而變化。這樣即把轉(zhuǎn)化為電壓量進(jìn)行測(cè)量，而又由于可以設(shè)計(jì)為可變電阻，即可以手動(dòng)調(diào)節(jié)的大小，這樣，也就實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)調(diào)節(jié)放大電路的值。三極管放大倍數(shù)檔位測(cè)試電路的核心部分是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器。其工作原理是通過(guò)運(yùn)算放大器的同向輸入端的電阻分壓得到四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓值，再通過(guò)由前級(jí)電路的輸入進(jìn)行比較，從而判斷不同的檔位。規(guī)則如下：如果大于標(biāo)準(zhǔn)電壓值，則輸出低電平；如果小于標(biāo)準(zhǔn)電壓值，則輸出為高電平。從而對(duì)不同的與分壓電阻上的不同電壓值進(jìn)行比較，輸出不同的電壓值，間接實(shí)現(xiàn)了測(cè)量不同的值得目的。②參數(shù)設(shè)計(jì)由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)可知由LM358元件的參數(shù)表，應(yīng)設(shè)，根據(jù)晶體管性質(zhì)可知，又通過(guò)翻閱相關(guān)資料知VLED=2.0V，為了防止輸出電流過(guò)大，在元件箱中選擇，則IB＝（VCC－VBE－VLED）/R1=0.0465mA,又因?yàn)閂c＝Vcc-IcR3＝Vcc-βIBR3，所測(cè)得值應(yīng)分為以下幾個(gè)檔位：<150,<200,<250,及>250通過(guò)電路中二極管燈亮與滅判定所測(cè)值。①β=100時(shí)，Vc＝Vcc-IcR3＝Vcc-βIBR3＝12－100×0.0465×800×0.001=8.28V②β=150時(shí)，Vc＝Vcc-IcR3＝Vcc-βIBR3＝12－150×0.0465×800×0.001=6.42V③β=200時(shí)，Vc＝Vcc-IcR3＝Vcc-βIBR3＝12－200×0.0465×1000×0.001=4.56V④β=250時(shí)，Vc＝Vcc-IcR3＝Vcc-βIBR3＝12－250×0.0465×1000×0.001=2.7V⑤求得R3，R4，R5，R6比值為

(12-8.28):(8.28-6.42):(6.42-4.56):2.7≈3.72:1.86:1.86:2.7

所以取R，R4，R5，R6分別為6.2KΩ,2KΩ,2KΩ,5.6KΩ.3)顯示電路①原理：根據(jù)發(fā)光二極管特性，在不同的輸出電壓下，分別利用不同的發(fā)光二極管把不同的測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。②參數(shù)設(shè)計(jì)：從資料查得：普通發(fā)光二極管的正向飽和壓降為１．６Ｖ～２．１Ｖ,

正向工作電流為５～２０ｍＡ。為避免發(fā)光二極管容易被燒毀，所以要加限流電阻，分別設(shè)計(jì)組織如下：R9=R10=R11=R12=R15=1K.在不同的比較點(diǎn)分別與發(fā)光二極管串聯(lián)。4)報(bào)警電路①原理：報(bào)警電路在時(shí)工作，此時(shí)燈亮。為了使發(fā)光二極管閃爍，由公式閃爍周期T=0.7(R13+R14)C1占空比D=R14/（R13+2R14），定參數(shù)②參數(shù)設(shè)計(jì)：C1=10uF,C2=220uF,R13=3.0K,R6=3.3K,R7=1K,f=1/=15.56Hz2.總體電路設(shè)計(jì)電路圖如下：所實(shí)現(xiàn)的功能說(shuō)明：1.基本要求本實(shí)驗(yàn)的基本要求在此次實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)，并且已經(jīng)通過(guò)實(shí)物連接，完成了本實(shí)驗(yàn)的基本功能（三極管類(lèi)型檢測(cè)和放大倍數(shù)的估測(cè)）。2.擴(kuò)展要求已經(jīng)完成本實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展要求的第一項(xiàng)和第三項(xiàng)，即已經(jīng)完成對(duì)PNP管的放大倍數(shù)的測(cè)定，方法如下：檢測(cè)PNP型三極管的放大倍數(shù)，有兩種方法。通過(guò)檢測(cè)放大電路的輸出電壓，修改電路中的電壓比較部分，實(shí)現(xiàn)PNP型三極管的放大倍數(shù)的檢測(cè)；修改PNP型的放大電路部分，接入-12V的負(fù)電源，同時(shí)調(diào)整其電路實(shí)現(xiàn)PNP型三極管的放大倍數(shù)的檢測(cè)。我所使用的是第二種方法，并且實(shí)物電路實(shí)驗(yàn)得到了滿意的結(jié)果。②此外，還完成了對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的PROTEL的PCB制版，制版圖如下：ＮＰＮ型三極管放大倍數(shù)檢測(cè)電路：ＰＮＰ型三極管放大倍數(shù)檢測(cè)電路：故障及問(wèn)題分析：在連接按電路圖連接電路之后，指示電路中只有一個(gè)燈可以亮，三級(jí)管判別電路只有可以亮。分析其中原因，是因?yàn)殡娐分?，只有一個(gè)燈亮，于是需要進(jìn)行電路調(diào)節(jié)滑動(dòng)電阻器，使其模擬不同的晶體管放大倍數(shù)的值。實(shí)驗(yàn)中，剛接好電路后發(fā)現(xiàn)報(bào)警電路的報(bào)警燈發(fā)亮但不閃爍，由NE555N的參數(shù)性質(zhì)知道周期與電路中接入電阻機(jī)電容的關(guān)系（原來(lái)是因?yàn)樘幵O(shè)置的電阻值過(guò)大），重行設(shè)定了參數(shù)值（調(diào)小電阻）終于使得等再次閃爍。同時(shí)也驗(yàn)證了公式?？偨Y(jié)和結(jié)論：這是一次通過(guò)自主設(shè)計(jì)的綜合電子電路實(shí)驗(yàn)，也是第一次自主設(shè)計(jì)的比較復(fù)雜的電路，它不僅需要我們動(dòng)手操作的能力，更注重我們的研究問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題等能力。在這次實(shí)驗(yàn)中我深深地感受到了如何將理論原理變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過(guò)程。本次實(shí)驗(yàn)是一次如何對(duì)所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用以及實(shí)驗(yàn)操作能力的有效測(cè)試。所探討的問(wèn)題是對(duì)于晶體管放大電路的測(cè)定與實(shí)現(xiàn)，它是通過(guò)輸出的與標(biāo)準(zhǔn)電壓比較間接測(cè)量的，這種將直接問(wèn)題通過(guò)間接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，是在電路測(cè)量中非常重要的一種思路。在選中這個(gè)實(shí)驗(yàn)課題以后，我首先分析了如何實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)的測(cè)定，通過(guò)所知的元器件，查閱了各方面資料，確定了該實(shí)驗(yàn)所用集成運(yùn)放等的相關(guān)參數(shù)后，設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)易的電路圖；然后又根據(jù)元器件確定了實(shí)現(xiàn)的可能性，接下來(lái)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)確定出個(gè)原件值的大小，最終通過(guò)實(shí)物連接實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課題要求的電路功能。在實(shí)驗(yàn)期間，與本組同學(xué)一起討論了設(shè)計(jì)當(dāng)中的相關(guān)細(xì)節(jié)（如何實(shí)現(xiàn)比較及時(shí)顯示電路正常工作），并最終完成了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，也遇到了一些在之前沒(méi)有考慮到的問(wèn)題（報(bào)警燈不閃等），通過(guò)仔細(xì)分析原因后，對(duì)之前設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，并最后使得實(shí)驗(yàn)成功。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我也進(jìn)一步了解和熟悉了相關(guān)集成運(yùn)放的應(yīng)用，接觸到了LM358,NE555N這類(lèi)特殊的集成運(yùn)放，也是一種不小的收獲！通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，可以得到如下幾個(gè)結(jié)論：三極管放大倍數(shù)檢測(cè)電路，是一個(gè)恒定值，這也是檢測(cè)電路的關(guān)鍵，放大倍數(shù)值與電壓輸出值輸出的是呈線性變化的；限流電阻的作用是防止發(fā)光二極管被燒毀，有發(fā)光二極管的參數(shù)確定電阻值，1KΩ已經(jīng)可以滿足該條件；NE555N具有多種功能，本試驗(yàn)所利用的是使它產(chǎn)生具有一定頻率的正弦振蕩，實(shí)現(xiàn)報(bào)警燈的閃爍。LM358是雙運(yùn)放，且是實(shí)現(xiàn)比較功能，它對(duì)電壓比較敏感，容易被燒，應(yīng)次在接入電路時(shí)尤為注意！在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之后。通過(guò)分析，找出問(wèn)題所在，并能夠運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題，這也是我們以后在實(shí)驗(yàn)中必須要掌握的能力；同時(shí)我們還應(yīng)具有敢于實(shí)踐的勇氣。本次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值又很小的偏差，這可能是由于導(dǎo)線等原因造成的。這說(shuō)明理論和實(shí)際是有出入的，而實(shí)驗(yàn)就是為了使理論更好的應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中！所用原件及測(cè)試儀表清單：元件或測(cè)試儀表數(shù)量LM3582NE