模電課程設(shè)計-三極管β值數(shù)顯式測量電路設(shè)計

1、廣東石油化工學院課程設(shè)計說明書（小初號字距 4 磅黑體加黑居中 ）課程名稱：模擬電子技術(shù)課程設(shè)計題目：三極管 值數(shù)顯式測量電路設(shè)計學生姓名：專業(yè)：班級：學號：指導教師：日期：年月日三極管值數(shù)顯式測量電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)與要求 可測量 NPN硅三極管的直流電流放大系數(shù)值（設(shè) <200）。測試條件如下：I B10 A, 允許誤差為± 2%。 14VVCE16V ，且對于不同值的三極管，VCE 的值基本不變。 該測量電路制作好后， 在測試過程中不需要進行手動調(diào)節(jié)， 便可自動滿足上述測試條件。 用二只 LED數(shù)碼管和一只發(fā)光二極管構(gòu)成數(shù)字顯示器。 發(fā)光二極管用來顯示最高位，它的亮狀態(tài)和

2、暗狀態(tài)分別代表“ 1”和“ 0”，二只數(shù)碼管分別用來顯示拾位和個位，即數(shù)字顯示器可顯示不超過 199 的正整數(shù)和零。 測量電路應(yīng)設(shè)有 E、 B 和 C 三個插孔。當被測管插入插孔后，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。在溫度不變（200C）的條件下，本測量電路的誤差之絕對值不超過5N1 ，這里的 N 是數(shù)字顯示器的讀數(shù)。100 數(shù)字顯示器所顯示的數(shù)字應(yīng)當清晰，穩(wěn)定、可靠。二、方案設(shè)計與論證由于值范圍為 0-199 ，因此百位數(shù)只有 0 和 1 兩種情況，因此百位顯示可以考慮不用譯碼管直接輸出顯示（0 時無顯示， 1 時顯示 1），總共只用兩個譯碼管即可示可以。根據(jù)

3、三極管電流 I C= I B 的關(guān)系，當 I B 為固定值時， I C 反映了的變化，電阻 RC上的電壓 VRC又反映了 IC 的變化， 這樣，被測三極管就可以通過 -V 轉(zhuǎn)換電路把三極管的值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓。方案一積分器 +被測三極管 -v 轉(zhuǎn)換 滯回比較器555 多諧振計數(shù)器蕩電路譯碼器顯示模塊方案一說明：積分器 +滯回比較器：理論上能夠使 -v 轉(zhuǎn)換模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換為 f 輸出。 555 多諧振蕩電路：產(chǎn)生 1s 的高電平與 v-f 轉(zhuǎn)換電路的 f 一起輸入門后得到 f 。方案二LM741被測三極管 -v 轉(zhuǎn)換(v-f轉(zhuǎn)換 )555 多諧振計數(shù)器蕩電路譯碼器方案二說明：LM331：LM

4、331是定時器型電荷平衡v-f轉(zhuǎn)換器。 LM741在輸入電壓的正常變化范圍內(nèi)輸出信號頻率和輸入電壓之間保持良好的線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換誤差可減小到%。輸出信號頻率的變化范圍約為0100khz。方案三LM741被測三極管 -v 轉(zhuǎn)換(v-f轉(zhuǎn)換 )555 單穩(wěn)態(tài)計數(shù)器電路譯碼器顯示模塊方案三說明：555 單穩(wěn)態(tài)電路：輸出脈沖的寬度tw 等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于外接電阻R 和電容 C 的大小。 tw=方案一： v-f模塊是由積分器 +滯回比較器搭建而成，電路走線復(fù)雜，同時工作電路難以調(diào)試，不穩(wěn)定。計時脈沖模塊由于是多諧振蕩電路，計數(shù)器會對f多次計數(shù)，考慮到能夠選用的計數(shù)芯片CD451

5、8是高電平清零的，這會占用計數(shù)時間，而且搭建電路比較復(fù)雜。方案二：選用了 LM741芯片搭接 v-f轉(zhuǎn)換電路，電路簡單，穩(wěn)定度高，但由于計時模塊還是采用了多諧振蕩電路，所以清零電路搭接麻煩，同時相比與555單穩(wěn)態(tài)電路來說，電路復(fù)雜。方案三：集合了方案一和方案二的優(yōu)點，采用了 LM741模塊和 555 單穩(wěn)態(tài)模塊，由于沒有多次計數(shù)，使得清零信號可以由手動清零，顯示電路采用了CD4511-CMOS BCD鎖存 /7段譯碼 / 驅(qū)動器，可以維持顯示保持，避免出現(xiàn)疊加現(xiàn)象。綜上所述從電路的復(fù)雜性， 穩(wěn)定性，等各個方面考慮， 選擇了方案三來實現(xiàn)這次課程設(shè)計。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算主要單元電路設(shè)計和參

6、數(shù)計算：? VX轉(zhuǎn)換電路；? VXf 轉(zhuǎn)換電路：壓控振蕩器；? 計數(shù)時間產(chǎn)生電路；? 計數(shù)、譯碼、顯示電路；? 清 0 信號產(chǎn)生電路等。1 -VX 轉(zhuǎn)換電路Vx = Ib × R2測試條件I C（ 1） I B=10A，允許誤差± 2%；RCRbV VBEI BCCI B =Rb只需選擇合適的 Rb，而 I C =I B 。IC與成正比。（ 2）14V<VCE<16V，且對不同 值的三極管， V CE的值 基本不即其值不受 I C影響，則路中不能有RC 。后面還應(yīng)加一個電流到電壓的轉(zhuǎn)換電路從而構(gòu)成電壓并聯(lián)負反饋。VXIBR2R2KKKKKec-15V324bR3

7、R1VCCVXVX 極性為正如圖所示， VX 的轉(zhuǎn)換電路是由運放LM324和電阻 R1、 R2、 R3 等元件組成的固定偏流電路。 對于三極管， 在飽和區(qū) I C 隨 VCE 的增加而增加； 再放大區(qū)I C 基本保持不變，并且對于不同的I B ， I C 的值也不同，因此要求固定I B =10uA,14V VCE 16V，且對于不同的值， VCE 不變，則集電極回路中既不能有 Rc, 也不能有 Re。根據(jù)運放的反相端為虛地， 可將三極管的射極直接接到-15V 的電源上，即可滿足 14V VCE 16V。根據(jù)運放 LM324反相輸入端虛地以及I B=10 A的條件，則 R1=。R1=（）V/10

8、 A運放 LM324和 R2、R3 構(gòu)成的電壓并聯(lián)負反饋使 VX IC ，所以取 IC 為運放電路的輸入電流。 由圖不難看出， 由于運放虛地條件以及它不取電流，并且 IB，所以 V I2，當為最大值(199)時Vmax =13V確定I C =X= IC=B RR2 ，則 R2 =。所以取 R2 =5. 1K 。根據(jù)運放輸入段與外接等效電阻應(yīng)盡量相等，取R3=。2.VXf轉(zhuǎn)換電路：壓控振蕩器積分電路是實現(xiàn)波形變換、濾波等信號處理功能的基本電路，它可以將周期性的方波電壓變換為三角波電壓。當 T 導通時，積分電路的等效電路如圖所示，集成運放A 同相輸出端的電位為C4U1R22Uo1631/3U115

9、7UA741CD圖R41?u1up1?u1R3 R43反相輸入端電位 uN 1uP1 。積分電路的輸出電壓為uo11?1 u1 t1 t0 uo1 t 0R2C3當 T 截止時，積分電路的等效電路如圖所示，Up1、Un1不變，仍為 u1 / 3 。積分電路的輸出電壓為C4 U1R1R22Uo1631/3U1715UA741CD圖uo11? u11 u1 t 2 t1 uo1t1R1R2C31C? 2 u1 t 2t1 uo1t1R1 R23比較器的輸出電壓通過反饋網(wǎng)絡(luò)加到同相輸入端，形成正反饋，待比電壓 V1 較加在反相輸入端。比較器雖然有閉合環(huán)路，但由于該環(huán)路引入的是正反饋，電路增益更高，

10、運放依然屬于開環(huán)工作。 在實際運用中， 利用遲滯特性可以有效地克服噪聲和干擾的影響。 例如，在過零檢測器中， 若是如正弦電壓上疊加噪聲和干擾，則由于零值附近多次過零，輸出就會出現(xiàn)錯誤階躍。采用遲滯比較器，只要噪聲和干擾的大小在遲滯寬度內(nèi)，就不會引起錯誤的階躍。A2構(gòu)成的是反相輸入的滯回比較器，其輸出電壓Uo 決定于由 R7 和穩(wěn)壓管 Dz 組 成 的 限 幅 電 路 ， 輸 出 高 電 平 U OHU 26V ，輸出低電平U OLU 2R5?U Z ，當 Rw的滑動端6V ，閾值電壓 U TH 為 U THRWR5 R6在最左端時，U TH3V ；當滑動端在左右端時，U TH2.4V 。過零比

11、較器，圖1.78 48U1R22R3R1632.8 D11.78 715NJM4250D02BZ2.2D202BZ2.2圖過零比較器的工作原理是將輸入信號與0V 地電壓進比較來判定輸出是高電平還是低電平， 例如反相輸入端輸入的過零比較器在輸入正弦信號時，在正弦波的正半周時輸出為低電平， 而在正弦波的負半周時輸出為高電平。這樣就把正弦波變成矩形波了，當然它還可以將三角波等波形變換為矩形波。3. 計數(shù)時間產(chǎn)生電路圖所示為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路和波形圖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中常用于規(guī)整信號的脈沖寬度（TW）：將脈寬不一致的信號輸入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后，可輸出脈寬一致的脈沖信號。另外，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也常用于定時

12、器電路中，調(diào)整RC的值可以得到不同的定時值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用電阻、電容組成RC定時電路，用于調(diào)節(jié)輸出信號的脈沖寬度 TW。在圖（ a）的電路中， Vi 接 555 定時器的 TR 端，其工作原理如下：穩(wěn)態(tài)（觸發(fā)前）：Vi 為高電平時， VTR=1，輸出 VO為低電平，放電管 T 導通，定時電容器 C 上的電壓（ 6、7 腳電壓） VC = VTH = 0 ，555 定時器工作在“保持”態(tài)。觸發(fā)：在 Vi 端輸入低電平信號， 555 定時器的 TR 端為低電平，電路被“低觸發(fā)”，Q端輸出高電平信號，同時，放電管T 截止，定時電容器 C經(jīng)（ R+RW）充電，VC 逐漸升高。電路進入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)

13、中，如果Vi 恢復(fù)為高電平（ VTR=1），但 VC充電尚未達到 2 3 VCC時（VTH=0），555 定時器工作在保持狀態(tài)， VO 為高電平， T截止，電容器繼續(xù)充電?；謴?fù)穩(wěn)態(tài)：經(jīng)過一定時間后，電容器充電至V 略大于3V，因V>3V 使C2CCTH2CC555 定時器“高觸發(fā)”，VO跳轉(zhuǎn)為低電平，放電管T 導通，電容器經(jīng)T 放電， VC迅速降為 0V，這時， VTR=1，VTH=0，555 定時器恢復(fù)“保持”態(tài)。高電平脈沖的脈寬TW：當 VO輸出高電平時，放電管T 截止，電容器開始充電，在電容器上的電壓 < 2 3 VCC這段時間， VO 一直是高電平。因此，脈沖寬度即是由電容

14、器 C 開始充電至 VC= 2 3 VCC的這段暫穩(wěn)態(tài)時間。+5V.RW100KCR610K1 03ViVo2方波輸入尖脈沖Vi7VcC1.1 03.VCCViR3 K 84tCRVcCV3V1THQ555VoTR5tDNVCDIS GVoC2V21103Twt圖 微分電路(a) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路(b) 波形圖.圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路與波形圖脈沖寬度計算公式： Tw(R+RW)C。其電路圖如下：4. 計數(shù)，譯碼，顯示電路計數(shù)選擇 74LS90，包含一個二進制和五進制計數(shù)器，將前者輸出端 QA與后者輸入端 CPB相連構(gòu)成十進制 BCD碼計數(shù)器，要正常計數(shù)需置 9 端接地，置 0 端接清零信號。5.

15、清零信號電路清零信號寬度 two 近似。清零信號不能太窄， 因此考慮 two>s;Two 應(yīng)遠遠小于計數(shù)脈沖最小周期 Txmin； T xmin=30ms/199=150 S。因此 S<<150 S，取 C4=470P，R13=56K。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖2元件清單元 件 序型號主要參數(shù)數(shù)量備注號R31R7300k1R11U1LM324AD1R1010k1R924k1R815k1C1330pF1R61R5180k1R111R12110k1C2 F1C3 F1U6NAND21U574LS90N1U774LS90N1U874LS49N1U974LS49N1C4470

16、pF1R1356k1U10NOT1U11NOT1U12NOT1R1443k1U13SEVEN_SEG_COM_K1U14SEVEN_SEG_COM_K1A1555_VIRTUAL1R153901R163901R173901R183901R193901R203901R213901R223901R233901R243901R253901R263901R273901R283901U474LS74D1D11DH621R4330k1R291R301U16NOT1U15LM741N1U17LF741N1X5PROBE_RED1LED2LED_red1R22001Q12N62741五、仿真調(diào)試與分析六、結(jié)論與心得通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)數(shù)電模電以及multisim等方面的知