半導(dǎo)體三極管β值測量儀課程設(shè)計

1、18目錄第一部分 設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目及要求 . 41.2備選方案設(shè)計與比較 .41.2.1方案一 . 41.2.2方案二 . 51.2.4各方案分析比較. 5第二部分 設(shè)計方案2.1總體設(shè)計方案說明 . 82.2模塊結(jié)構(gòu)與方框圖 . 8第三部分 電路設(shè)計與器件選擇(1)轉(zhuǎn)換電路. 9(1)模塊電路及參數(shù)計算 . 9(2)工作原理和功能說明. 103.1.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等）.10(2)基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電壓比較電路 . 10(1)模塊電路及參數(shù)計算 . 10(2)工作原理和功能說明.113.2.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等）. 11(3)編碼電路. 121.模塊

2、電路及參數(shù)計算 . 122.工作原理和功能說明 .133.3.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等）. 13(4)譯碼及顯示電路. 14模塊電路及參數(shù)計算 . 143.4.2 工作原理和功能說明 . 143.4.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） . 14第四部分 整機(jī)電路4.1 整機(jī)電路圖（非仿真圖） . 174.2 元件清單第五部分 電路仿真5.1仿真軟件簡介195.2 仿真電路圖195.3 仿真結(jié)果（附圖）19第六部分 安裝調(diào)試與性能測量6.1 電路安裝. 22（推薦附整機(jī)數(shù)碼照片）6.2電路調(diào)試.226.2.1調(diào)試步驟及測量數(shù)據(jù)226.2.2 故障分析及處理 . 226.3

3、整機(jī)性能指標(biāo)測量（附數(shù)據(jù)、波形等） .22課程設(shè)計總結(jié)25第一部分 設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計任務(wù)和要求設(shè)計制作一個自動測量三極管直流放大系數(shù)B值范圍地裝置1、 對被測 NPN 型三極管值分三檔；2、B值地范圍分別為 80120 及 120160, 160200 對應(yīng)地分檔編號分別是1、2、3;待測 三極管為空時顯示 0，超過 200 顯示 4.3、用數(shù)碼管顯示B值地檔次；4 、電路采用 5V 或正負(fù) 5V 電源供電 .1.2、備選方案設(shè)計與比較、方案一：根據(jù)三極管電流 IC=3IB 地關(guān)系，當(dāng) IB 為固定值時，IC 反映了B地變化，所以我們可以將 變化地B值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化地電流量；電阻 R

4、C 上地電壓 VRC 又反映了 IC 地變化，故得到了取樣電壓 VRC；( 3)將取樣電壓量同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓地比較電路輸入端進(jìn)行比較，對應(yīng)某一定值Uo，只有相應(yīng)地一個比較電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平；( 4)對比較器輸出地高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼；( 5)經(jīng)顯示譯碼器譯碼；( 6)驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)地檔次代號 .、方案根據(jù)電壓U。=3IB R3 地關(guān)系，當(dāng) IB 為固定值時，U。反映了B地變化，所以我們可以 將變化地3值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化地電壓量；Uo即為取樣電壓；( 3)將取樣電壓量同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓地比較電路輸入端進(jìn)行比較，對應(yīng)某一定值U o，只有相應(yīng)地一個比較

5、電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平；( 4)對比較器輸出地高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼；( 5)經(jīng)顯示譯碼器譯碼；( 6)驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)地檔次代號.1.2.3、各方案分析比較1 、根據(jù)方案一：根據(jù)電壓Uo=3IB R3 地關(guān)系，當(dāng) IB 為固定值時，Uo反映了3地變化，所以我們可以將 變化地3值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化地電壓量；Uo即為取樣電壓；( 3)將取樣電壓量同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓地比較電路輸入端進(jìn)行比較，對應(yīng)某一定值U o，只有相應(yīng)地一個比較電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平；( 4)對比較器輸出地高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼；( 5)經(jīng)顯示譯碼器譯碼；( 6)驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)

6、地檔次代號.我們可得該方案轉(zhuǎn)換過程地電路圖：圖中：T1 是被測三極管，其基極電流可由R1、R2 限定，運算放大器地輸出Uo=3IB R3.2、根據(jù)方案二:根據(jù)三極管電流 IC=3IB 地關(guān)系，當(dāng) IB 為固定值時，IC 反映了3地變化，所以我們可以將 變化地3值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化地電流量；電阻 RC 上地電壓 VRC 又反映了 IC 地變化，故得到了取樣電壓VRC ;將取樣電壓量同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓地比較電路輸入端進(jìn)行比較，對應(yīng)某一定值U。，只有相應(yīng)地一個比較電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平；對比較器輸出地高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼；經(jīng)顯示譯碼器譯碼；驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)地檔次代號.

7、電極電流取樣電阻由運放構(gòu)成地差動放大電路，實現(xiàn)電壓取樣及隔離放大作用T3 地基極電流取樣電阻，R4 是集3、比較方案一與方案方案一與方案二比較，兩者步驟（3）、（ 4）、（ 5）、（ 6）均相同，不同之處在于它們電路地轉(zhuǎn)換過程部分 .由上面地兩幅電路圖可見，方案一電路地轉(zhuǎn)換過程部分結(jié)構(gòu)較簡單，所需 元器件也較少但是，方案一中，當(dāng)B變化時，即被測三極管變換，三極管不同，內(nèi)阻不同，導(dǎo)致 IB 不穩(wěn)定，故Uo不僅隨著B變化而變化，也與 IB 變化有關(guān).所以該方案測量結(jié)果不準(zhǔn)確，該 方案不足采納 .因此，本次課程設(shè)計我采用了方案二.第二部分 設(shè)計方案2.1、總體設(shè)計方案說明：（1）根據(jù)三極管電流 IC

8、=3IB 地關(guān)系，當(dāng) IB 為固定值時，IC 反映了B地變化，所以我們可以將變化地B值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化地電流量;（2） 電阻 RC 上地電壓 VRC 又反映了 IC 地變化，故得到了取樣電壓 VRC ;（3）將取樣電壓量同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓地比較電路輸入端進(jìn)行比較，對應(yīng)某一定值u。，只有相應(yīng)地一個比較電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平；（4）對比較器輸出地高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼；（5）經(jīng)顯示譯碼器譯碼；（6） 驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)地檔次代號.2.2、模塊結(jié)構(gòu)與方框圖3.1、轉(zhuǎn)換電路:轉(zhuǎn)換電路比較電路編碼譯碼基準(zhǔn)電壓第三部分電路設(shè)計與器件選擇3.1.1 模塊電路及參數(shù)計算：依題意有

9、：1 .T1 與 T2 性能匹配，皆為 PNP 三極管2 .T3 地基級電流地選擇應(yīng)在 3040 H 之間為宜，因為: 此時B值較大，因此，取輸出電流 Io= 30uA3 因為 R1 地電流約為 1mA 左右，則，由已知Vcc5vVBE1=0.7V 得：R1=4.3K4再由：I0由：VT=26mV Io = 30uA 得 R3=3.0K5 .R2 是基極取樣電阻，由于基極電流Io = 30uA，所以為了便于測量，R2 應(yīng)取大一點，這里取 R2=20K6 .R4 是集電極取樣電阻，考慮到 VR45-0.7=4.3V , VR4=Io* *R4地范圍為 0 180,即卩 R4800，為了便于計算，

10、這里取 R4=510 (計算時可約為 500)7 .為了使差動放大電路起到隔離放大地作用，R5 R8 應(yīng)盡量取大一點，這里取 R5=R6=R7=R8=30K.Vo(1RL)VP(7)Vi2V2cViVccViR6R6此時電壓輸出電壓為即為R4 兩端地電壓.綜合上述轉(zhuǎn)換電路地電阻值為:R310R1=4.3KR2=20KR3=3.0KR4=510R5=R6=R7=R8=30K3.1.2、工作原理和功能說明:用于把不能直接用儀器測量地NPN 型三極管 值轉(zhuǎn)換成可以直接被測量地集電極電壓，再把電壓采樣放大，為下一級電壓比較電路提供采樣電壓，其中包括提供恒定電流地微電流源電路和起放大隔離地差動放大電路3

11、.1.3、器件說明：pA741 通用運算放大器L 引腳排列圖皆 W41 通用運算放大器的引腳排列如圖 8 飛 所示19匚：心O線排列陽3.2、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電壓比較電路3.2.1、模塊電路及參數(shù)計算因為 VO IB R4 , IB =30uA, R4 =500所以3=80, Vi = 1.2V3=120,Vi=1.8V3=160,Vi=2.4V3=200,Vi=3Vu.hlrnrns 7 6 5Vi|：根據(jù)串聯(lián)電路地計算可得：LM324 是四運放集成電路，它采用14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖（10）所示它地內(nèi)部包R13:R12:R11:R10:R9=1.2:0.6:0.6:0.6:2。=6:

12、3:3:3:10故取 R13 = 6KQR12= R11= R10=3KQR9= 56KQ3.2.2、工作原理和功能說明：由于被測量地物理量要分三檔（即值分別為 5080、80120 及 120180,對應(yīng)地分檔編號分別是 1、2、3）所以還要考慮到少于50,和大于 180 地狀況，于是比較電路需要把結(jié)果分成五個層次需要四個基準(zhǔn)電壓，于是有一個串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生四個不同地基準(zhǔn)電壓，再用四個運 算放大器組成地比較電路，將取樣信號同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓地比較電路輸入端進(jìn)行比 較，對應(yīng)某一定值u。，相應(yīng)地一個比較電路輸出為高電平，其余比較器輸出為低電平3.2.3、器件說明：用到芯片：LM324141

13、3 1211109812345 G 72、6、9、13 為反相輸入，3、5、10、12 為同相輸入，1、7、8、14 為輸出，4 接+ 5V, 11 接-5V.含四組形式完全相同地運算放大器，如圖（11）所示.除電源共用外，四組運放相互獨立每一組運算放大器可用圖1 所示地符號來表示，它有5 個引出腳，其中“ +” - ”兩個信號輸入端，“ V+”“V為正、負(fù)電源端，“V為輸出端.兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 地信號與該輸入端地相位相反；Vi+ （ +）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo 地信端地相同.3.3、編碼電路：3.3.1、模塊電路及參數(shù)計算:編碼電路電

14、路圖為：A1 A2 A3 A4 = 0000 電平時，代表 0A1 A2 A3 A4 = 1000 電平時，代表 1A1 A2 A3 A4 = 1100 電平時，代表 2A1 A2 A3 A4 = 1110 電平時，代表 33.3.2、工作原理與功能說明：將電壓比較電路地比較結(jié)果（高低電平）進(jìn)行二進(jìn)制編碼先編碼器 CD4532 完成.3.3.3、器件說明：為了把測試結(jié)果顯示出來必須對結(jié)果進(jìn)行編碼譯碼，這里我們采用集成芯片CD4532，其引腳圖如圖（12）所示：O002 為輸出.該編碼功能主要由集成芯片8 位優(yōu)8 位優(yōu)先編碼器WCF r rI 11 IF1017為輸入其中：DOD7 為數(shù)據(jù)輸入端

15、，EI 為控制端，Q0Q2 為輸出端，VDD 接電源 VSS 接地端,Gs、Eo 為功能擴(kuò)展端CD4532 真值表:TfiUTH TABLE!r !IrtputOutvtE|0恥040302DIGS02QIQO0XXKXXXXX000001000a00a0o - 0Q0114XXXXXXX111101Q.1XXXXXX11100001XXXXX11a1D100C-fXXXX11090100C01XXX10i1c1000001XX10010000001X1u0101000000011000CX Lgit 1 = H妙Logic 0 = Low3.4、譯碼及顯示電路：341、模塊電路及參數(shù)計算:3

16、42、工作原理和功能說明：先通過 CD4511 對編碼電路輸出地編碼進(jìn)行譯碼；而后通過驅(qū)動數(shù)碼管將譯碼電路產(chǎn)生地代碼轉(zhuǎn)換為檔次代號，并顯示出來3.4.3、器件說明：設(shè)計方案中譯碼電路由芯片CD4511 完成其引腳圖如圖（14）所示:S l 叫C 2CT 3144bLC/smoee 512* t441A ?10*_-1vsa 7e9TOP,CMST1B二圖（14）CD4511 引腳圖其中：A、B、C、D 為數(shù)據(jù)輸入端，LT、BL、LE 為控制端.ag 為輸出端，其輸出 電平可直接驅(qū)動共陰數(shù)碼管進(jìn)行09 地顯示.根據(jù) CD4511 地真值表，要使譯碼電路正常工作， LE 接低電平，LT、BL接高電

17、平, D 端懸空，C、B、A、分別接編碼器地三個輸出端 Q2、Q1、Q0.而八個輸出端則接共陰數(shù)碼管 地輸入端.CD4511 真值表為:Truth TabiknputiClLILdHIfHiIfDAnbcdi4T(Ni|iinX常0 xHXXV11111VX01X囂XX0gD0Qga311cDQD11111iTHD11aD01D110to0:1011aDi0110113BI011-Di111111-r01=0111c1Q&Diac114叮11c10110110115110110D0i11140110111110dQ0711111111111011101110011屮1111DaD0p00011

18、111Q0n0paQ口11110QDn0pa0口111101D燈nn00g11111DDa0arQ:011111Da0QL037111XXXjNr fw 8亡亡CDav KE l*dSJ-nc. i farvra&n L Lt數(shù)碼管引腳:5 Va ft1LILID N6I-LJ1 LL耶1IJ4 51nr1rSV，曲i第四部分整機(jī)電路4.1、整機(jī)電路圖:-一4.2、元器件清單電阻： 阻值 瓦數(shù) 誤差4.3KX10.125W520KX1 0.125W53.0KX1 0.125W5510X1 0.125W530KX4 0.125W56.2KX1 0.125W510KX1 0.125W5集成芯片：L

19、M741X 1,L M324X1,CD4511X1,CD4532X 1顯示器：共陰數(shù)碼顯示管 X1其他：導(dǎo)線、面包板第五部分5.1、仿真軟件簡介：電路仿真這次仿真我用地是 MULTISIM 2001,這個軟件元件種類多，而且分類很好，制作電路圖時很是方便，就好像在一個功能齊全地電路實驗室做實驗一樣而且，測數(shù)據(jù)方便，給我很多地參考5.2、仿真電路圖:5.3、仿真結(jié)果當(dāng) BF = 70:( 80)當(dāng) BF = 100 (大于 80 小于 120)當(dāng) BF = 240 （大于 200）第六部分安裝調(diào)試與性能測量6.1、電路安裝：6.2、電路調(diào)試：第一次插完板而且對著電路圖檢查一遍后，我通上電源，可是

20、數(shù)碼管顯示很亂，看不出是什么數(shù)字我拔下數(shù)碼管，用萬用表測了下，發(fā)現(xiàn)好幾個管不亮，原來數(shù)碼管壞掉了，嚇我一與要求完全符合跳！找老師換了個數(shù)碼管，插上去，還真亮了，但是是0難道我測地三極管放大倍數(shù)在80 以下？找個萬用表一測，放大倍數(shù)為139，還挺大地，按照設(shè)計，應(yīng)該顯示2 才對 . 哪里出了錯呢？一步步檢測，我先測 R4 兩端電壓， 1.9V 多，一算，很對啊 .再測 741 輸出端電壓，也是 2.0 幾伏 .與設(shè)想完全一樣 .看來前面沒問題 . 我接著測了 LM311 地基準(zhǔn)電壓分別是 3.079V 2.472V 1.863V 1.258V 與預(yù)測數(shù)據(jù)完全一致，再測量 LM311 地輸出電壓，

21、都是低電平 .這就不對了，因 為 1.9 比后面兩個都大，應(yīng)該輸出兩低兩高才對嘛. 什么原因呢，難道是因為 LM311 壞掉了？換下一個，再測，還是一樣 .單獨將 LM311 拿出來，不論輸入電壓差多大，輸出仍是低電平.真不知道怎么搞地 .無耐啊 .最后，我只好換芯片 LM324 ，因為聽說有幾個同學(xué)用這個芯片，輸出很正 確 .換了之后，再通電源，數(shù)碼管終于顯示了漂亮地2，激動??！終于成功了！6.3、整機(jī)性能指標(biāo)測量：當(dāng)插上三極管 9018 時，數(shù)碼顯示管顯示為“1”用萬用表實際測得其B值為 112,在 80120 范圍內(nèi)，結(jié)果正確 .當(dāng)插上三極管 9012 時，數(shù)碼顯示管顯示為“2”用萬用表

22、實際測得其B值為 139，在 120160 范圍內(nèi)，結(jié)果正確 .當(dāng)不插三極管時，數(shù)碼顯示管顯示為“0，”結(jié)果正確 .6.3.2、當(dāng)數(shù)碼管顯示 2 時其他測量結(jié)果記錄：B值為 139R4 兩端電壓： 1.903V基準(zhǔn)電壓：V1 = 3.079VV2 = 2.472V下？找個萬用表一測，放大倍數(shù)為139，還挺大地，按照設(shè)計，應(yīng)該顯示2 才對 . 哪里出了錯V3 = 1.863VV4 = 1.258VLM324 輸出情況：V1=-4.175VV2=-4.139VV3=3.729VV4 = 3.729VCD4532 編碼輸出電壓情況：O2 = 0V01 = 5.084V00 = 0VCD4511 輸出

23、電壓情況：a=4 .459V,b=4 .459V ,c=0 V,d=4.458V,e=4.458V ，高 高 低 高 高 低 高與預(yù)測數(shù)據(jù)完全符合，電路工作正常 .f=0V, g=4.46V吳運昌著：模擬電子電路基礎(chǔ)呂念玲著：電工電子基礎(chǔ)工程實踐閻石著：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)參考文獻(xiàn)畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交地畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師地指導(dǎo)下進(jìn)行地研究工 作及取得地成果 .盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝地地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā) 表或公布過地研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)地學(xué)位或?qū)W歷而使用過地材料 對本研究提供過幫助和做

24、出過貢獻(xiàn)地個人或集體，均已在文中作了明確地說明并表示了謝意作 者 簽 名： 日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日 期：使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）地規(guī)定，即：按照學(xué)校要求 提交畢業(yè)設(shè)計（論文）地印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）地印刷本和電子 版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論 文；在不以贏利為目地前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡夭糠只蛉績?nèi)容 .作者簽名：日 期：導(dǎo)師簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交地論文是本人在導(dǎo)師地指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得地研究成果 .除了 文中特別加以標(biāo)注引用地內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫地成果作 品 .對本文地研究做出重要貢獻(xiàn)地個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明.本人完全意識到本聲明地法律后果由本人承擔(dān) .作者簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文地規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有 關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文地復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱.本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文地全部或部分內(nèi)容編入有