半導(dǎo)體三極管值范圍測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)2.doc

電信03級(jí)（4）班編號(hào)：第一部分：設(shè)計(jì)任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)自動(dòng)測(cè)量三極管直流放大系數(shù)值范圍的裝置。1、對(duì)被測(cè)NPN型三極管值分三檔；2、值的范圍分別為5080、80120及120180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3；3、用數(shù)碼管顯示值的檔次；4、電路采用5V或正負(fù)5V電源供電。二：設(shè)計(jì)思路指南1將變化的值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓或電流量，再取樣進(jìn)行比較、分檔。上述轉(zhuǎn)換過(guò)程可由以下方案實(shí)現(xiàn)：根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC反映了的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化，對(duì)VRC取樣加入后級(jí)進(jìn)行分檔比較。以下給出采用上述方案的參考電路如圖1、圖2所示。oU圖1T1、T2、R1、R3構(gòu)成微電流源電路，R2是被測(cè)管T3的基極電流取樣電阻，R4是集電極電流取樣電阻。由運(yùn)放構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，實(shí)現(xiàn)電壓取樣及隔離放大作用。oU圖2T1是被測(cè)三極管，其基極電流可由R1、R2限定，運(yùn)算放大器的輸出oUIBR3。2將取樣信號(hào)同時(shí)加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，對(duì)應(yīng)某一定值oU，只有相應(yīng)的一個(gè)比較電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平。對(duì)比較器輸出的高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼，再經(jīng)顯示譯碼器譯碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號(hào)。3、參考方案：圖3第二部分：設(shè)計(jì)方案一：設(shè)計(jì)方案分析論證：設(shè)計(jì)電路測(cè)量三極管的值，將三極管值轉(zhuǎn)換為其他可用儀器測(cè)量的物理量來(lái)進(jìn)行測(cè)量（如電壓，根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC反映了的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化）。1、值與電流電壓的轉(zhuǎn)換（方案一）轉(zhuǎn)換電路比較電路基準(zhǔn)電壓編碼譯碼顯示T1、T2、R1、R3構(gòu)成微電流源電路，R2是被測(cè)管T3的基極電流取樣電阻，R4是集電極電流取樣電阻。由運(yùn)放構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，實(shí)現(xiàn)電壓取樣及隔離放大作用。根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC隨著的變化而變化，電阻RC上的電壓VRC正好反映了IC的變化，所以，我們對(duì)VRC取樣加入后級(jí)，進(jìn)行分檔比較。從而實(shí)現(xiàn)目的。該電路用微電流源為基極取樣電阻提供穩(wěn)恒的電流，這樣便于測(cè)量值。2、值與電流電壓的轉(zhuǎn)換（方案二）T1是被測(cè)三極管，其基極電流可由R1、R2限定，運(yùn)算放大器的輸出oUIBR3。3、方案比較結(jié)果：通過(guò)兩個(gè)方案的比較：可以看出，由于微電流源具有較好的穩(wěn)定性，而且能夠減小電路的直流功率損耗，它的輸出具有更好的恒流特性，能夠輸出具有uA量級(jí)的電流，所以選擇方案一，采用微電流源提供取樣電阻的恒定電流。4、其余部分方案論證：因?yàn)轭}目要求分三檔顯示三極管的值（即值的范圍分別為5080、80120及120180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3），所以對(duì)轉(zhuǎn)換后的物理量進(jìn)行采樣,將取樣信號(hào)同時(shí)加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，相應(yīng)的一個(gè)比較電路輸出高電平，其余比較器輸出為低電平，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。比較后再進(jìn)行分檔顯示。要實(shí)現(xiàn)分檔顯示，則必須對(duì)比較器輸出的高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼和顯示譯碼器譯碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的值檔次代號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)該檔次代號(hào)的顯示。（1）轉(zhuǎn)換電路部分：提供一個(gè)穩(wěn)定的電流源，使值的變化不會(huì)影響到電流源，而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。因此，我采用上圖所示的微電流源電路，供給待測(cè)NPN三極管基極穩(wěn)恒的電流。因?yàn)橹蹬cIc有關(guān)，而且小功率管的值在Ic23mA時(shí)較大，而在截止與飽和區(qū)較小，測(cè)量不準(zhǔn)確。根據(jù)IICB，這里，IB的選擇在30A40A之間。（2）比較部分，將從前級(jí)采樣比較電路中，得出的電壓，與各個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，通過(guò)LM324比較器，得出4個(gè)高低電平數(shù)據(jù)，提供給編碼電路。因此，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能是轉(zhuǎn)換電路的根本作用。（3）在編碼電路部分中，我使用優(yōu)先編碼器，將從轉(zhuǎn)換電路中得出的高低電平進(jìn)行編碼，并輸出結(jié)果，提供給譯碼器。編碼對(duì)應(yīng)的值的范圍如下：值各級(jí)比較電平1級(jí)比較2級(jí)比較3級(jí)比較4級(jí)比較50以下000050-80000180-1200011120-1800111180以上1111在電壓比較電路實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換，其后再經(jīng)過(guò)編碼電路將四位比較電平轉(zhuǎn)為BCD碼形式，其輸入輸出如下:輸入優(yōu)先編碼器的輸出電平00010001001100100111001111110100（4）譯碼以及顯示部分將從優(yōu)先編碼器得出的結(jié)果，進(jìn)行譯碼，提供給7段LED顯示管進(jìn)行顯示。優(yōu)先編碼器及7段顯示譯碼輸出的真值表如下：輸入編碼器輸出BCD7段顯示譯碼輸出字形YaYbYcYdYeYfYg00000000111111000001000101100001001100101101101201110011111100131111010001100114二、總方框圖如圖：三：各部分電路功能的簡(jiǎn)單說(shuō)明1、轉(zhuǎn)換電路：它是用與把不能直接用儀器測(cè)量的NPN型三極管值轉(zhuǎn)換成可以直接被測(cè)量的集電極電壓，再把這個(gè)電壓采樣放大，為下一級(jí)電壓比較電路提供采樣電壓，其中包括提供恒定電流的微電流源電路和起放大隔離的差動(dòng)放大電路。2、電壓比較電路：由于被測(cè)量的物理量要分三檔（即值分別為5080、80120及120180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3）還要考慮到少于50，和大于180的，于是比較電路需要把結(jié)果分成五個(gè)層次。則至少需要四個(gè)基準(zhǔn)電壓，該電路就是有一個(gè)串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生四個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓，再用四個(gè)運(yùn)算放大器組成的比較電路，將取樣信號(hào)同時(shí)加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，對(duì)應(yīng)某一定值oU，相應(yīng)的一個(gè)比較電路輸出為高電平，其余比較器輸出為低電平。3、編碼電路：將電壓比較電路的比較結(jié)果（高低電平）進(jìn)行二進(jìn)制編碼。該編碼功能主要由集成芯片8位優(yōu)先編碼器CD4532完成。4、譯碼電路：主要是把編碼電路編成的二進(jìn)制編碼譯碼成十進(jìn)制數(shù)，以便于人機(jī)交流（即要顯示的數(shù)為人類(lèi)易懂的十進(jìn)制數(shù)1、2、3）。該電路功能主要由芯片CD4511完成。5、顯示：該電路功能是用共陰數(shù)碼管顯示被測(cè)量的NPN型三極管值的檔次。第三部分電路設(shè)計(jì)一、根據(jù)設(shè)計(jì)方案的方框圖進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)換電路比較電路基準(zhǔn)電壓編碼譯碼顯示1、轉(zhuǎn)換電路其中包括微電流源（提供恒定電流）和差動(dòng)放大電路（電壓取樣及隔離放大作用）。將變化的三極管值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓量，再取樣進(jìn)行比較、分檔。上述轉(zhuǎn)換過(guò)程可由以下方案實(shí)現(xiàn)：根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC反映了的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化，對(duì)VRC取樣加入后級(jí)進(jìn)行分檔比較。為了取得固定IB，采用微電流源電路提供恒定電流。微電流源電路：有些情況下，要求得到極其微小的輸出電流（如三極管基極電流比較小），這時(shí)可令比例電流源中的Re1=0，便成了微電流