半導(dǎo)體三極管β值測量儀課程設(shè)計

1、 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 4 方案一 4 方案二 5 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 8 2.2 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 3.1 轉(zhuǎn)換電路9 模塊電路及參數(shù)計算 9 工作原理和功能說明 10 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） 10 3.2 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電壓比較電路 10 模塊電路及參數(shù)計算 10 工作原理和功能說明 11 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） 113.3 編碼電路12 模塊電路及參數(shù)計算 12 工作原理和功能說明 13 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等）

2、 133.4 譯碼及顯示電路14 3.4.1 模塊電路及參數(shù)計算 14 3.4.2 工作原理和功能說明 14 3.4.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） 14第四部分 整機電路 4.1 整機電路圖（非仿真圖） 17 4.2 元件清單 18 第五部分 電路仿真 5.1 仿真軟件簡介 19 5.2 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 （推薦附整機數(shù)碼照片） 6.2 電路調(diào)試 22 調(diào)試步驟及測量數(shù)據(jù) 22 6.2.2 故障分析及處理 22 6.3 整機性能指標(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

3、.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)值范圍的裝置。 1、對被測NPN型三極管值分三檔； 2、值的范圍分別為80120及120160，160200對應(yīng)的分檔編號分別是1、2、3；待測三極管為空時顯示0，超過200顯示4。 3、用數(shù)碼管顯示值的檔次； 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：（1）根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時，IC反映了的變化，所以我們可以將變化的值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電流量；（2）電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化，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)電壓的比較電路輸入端進

4、行比較，對應(yīng)某一定值，只有相應(yīng)的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）對比較器輸出的高電平進行二進制編碼；（5）經(jīng)顯示譯碼器譯碼；（6）驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號。、方案二： （1）根據(jù)電壓IB R3 的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時，反映了的變化，所以我們可以將變化的值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓量；（2）即為取樣電壓；（3）將取樣電壓量同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進行比較，對應(yīng)某一定值，只有相應(yīng)的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）對比較器輸出的高電平進行二進制編碼；（5）經(jīng)顯示譯碼器譯碼；（6）驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號。1.2.3、各

5、方案分析比較1、根據(jù)方案一：（1）根據(jù)電壓IB R3 的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時，反映了的變化，所以我們可以將變化的值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓量；（2）即為取樣電壓；（3）將取樣電壓量同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進行比較，對應(yīng)某一定值，只有相應(yīng)的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）對比較器輸出的高電平進行二進制編碼；（5）經(jīng)顯示譯碼器譯碼；（6）驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號。我們可得該方案轉(zhuǎn)換過程的電路圖： 圖中：T1是被測三極管，其基極電流可由R1、R2限定，運算放大器的輸出IB R3。2、根據(jù)方案二：（1）根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時

6、，IC反映了的變化，所以我們可以將變化的值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電流量；（2）電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化，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)電壓的比較電路輸入端進行比較，對應(yīng)某一定值，只有相應(yīng)的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）對比較器輸出的高電平進行二進制編碼；（5）經(jīng)顯示譯碼器譯碼；（6）驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號。我們可得該方案轉(zhuǎn)換過程的電路圖：圖中：T1、T2、R1、R3構(gòu)成微電流源電路，R2是被測管T3的基極電流取樣電阻，R4是集電極電流取樣電阻。由運放構(gòu)成的差動放大電路，實現(xiàn)電壓取樣及隔離放大作用。 3、比較方案

7、一與方案二： 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的轉(zhuǎn)換過程部分。由上面的兩幅電路圖可見，方案一電路的轉(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)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，故不僅隨著變化而變化，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=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時，IC反映了的變化，所以我們可以將變化的值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電流量；（2）電阻RC上的電壓VRC又反映了I

8、C的變化，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)電壓的比較電路輸入端進行比較，對應(yīng)某一定值，只有相應(yīng)的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）對比較器輸出的高電平進行二進制編碼；（5）經(jīng)顯示譯碼器譯碼；（6）驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號。2.2、模塊結(jié)構(gòu)與方框圖顯示譯碼編碼比較電路轉(zhuǎn)換電路基準(zhǔn)電壓 第三部分 電路設(shè)計與器件選擇3.1、轉(zhuǎn)換電路：模塊電路及參數(shù)計算：依題意有：1.T1與T2性能匹配，皆為PNP三極管2.T3的基級電流的選擇應(yīng)在30A40 A之間為宜,因為：此時值較大，因此，取輸出電流Io30uA3.因為R1的電流約為1mA左右,則，由

9、已知 VBE1=0.7V 得： R1=4.3K 4.再由：由：VT=26mV Io30uA 得 R3=3.0K5.R2是基極取樣電阻，由于基極電流Io30uA，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VR4 5-0.7=4.3V，VR4=Io*R4的范圍為0180，即R4800，為了便于計算，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的作用， R5R8應(yīng)盡量取大一點，這里取R5=R6=R7=R8=30K。<8>此時電壓輸出電壓為即為R4兩端的電壓。綜合上述轉(zhuǎn)換電路的電阻值為：R1=4.3K R2=20K

10、R3=3.0K R4=510 R5=R6=R7=R8=30K、工作原理和功能說明：用于把不能直接用儀器測量的NPN型三極管值轉(zhuǎn)換成可以直接被測量的集電極電壓，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的微電流源電路和起放大隔離的差動放大電路。、器件說明：3.2、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電壓比較電路、模塊電路及參數(shù)計算 Vi 因為V0IB R4 ，IB =30uA, R4 =500 所以80， Vi1.2V 120， Vi1.8V 160， Vi2.4V200， Vi3V 根據(jù)串聯(lián)電路的計算可得： R13:R12:R11:R10:R9=1.2:0.6:0.6:0.6:2; =6

11、:3:3:3:10 故取R136K R12R11= R10=3K R956K、工作原理和功能說明：由于被測量的物理量要分三檔（即值分別為5080、80120及120180，對應(yīng)的分檔編號分別是1、2、3）所以還要考慮到少于50，和大于180的狀況，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)生四個不同的基準(zhǔn)電壓，再用四個運算放大器組成的比較電路，將取樣信號同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進行比較，對應(yīng)某一定值，相應(yīng)的一個比較電路輸出為高電平，其余比較器輸出為低電平。、器件說明：用到芯片：LM3242、6、9、13為反相輸入，3、5、10、12為同相輸入

12、，1、7、8、14為輸出，4接5V，11接-5V。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。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，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所示的符號來表示，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，“Vo”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的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信端的相同。3.3、 編碼電路：、模塊電路及參數(shù)計算：編碼電路電路圖為：O0O2為輸出，I0I7為

13、輸入 A1 A2 A3 A40000電平時，代表 0A1 A2 A3 A41000電平時，代表 1A1 A2 A3 A41100電平時，代表 2A1 A2 A3 A41110電平時，代表3、工作原理與功能說明： 將電壓比較電路的比較結(jié)果（高低電平）進行二進制編碼。該編碼功能主要由集成芯片8位優(yōu)先編碼器CD4532完成。、器件說明：為了把測試結(jié)果顯示出來必須對結(jié)果進行編碼譯碼，這里我們采用集成芯片8位優(yōu)先編碼器CD4532，其引腳圖如圖（12）所示：其中：D0D7為數(shù)據(jù)輸入端，EI為控制端，Q0Q2為輸出端，VDD接電源VSS接地端，Gs、Eo為功能擴展端。 CD4532真值表： 3.4、 譯碼

14、及顯示電路：、模塊電路及參數(shù)計算：、工作原理和功能說明：先通過CD4511對編碼電路輸出的編碼進行譯碼；而后通過驅(qū)動數(shù)碼管將譯碼電路產(chǎn)生的代碼轉(zhuǎn)換為檔次代號，并顯示出來。、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：圖（14）CD4511引腳圖其中：A、B、C、D為數(shù)據(jù)輸入端，、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)碼管進行09的顯示。根據(jù)CD4511的真值表，要使譯碼電路正常工作，LE接低電平，、接高電平，D端懸空，C、B、A、分別接編碼器的三個輸出端Q2、Q1、Q0。而八個輸出端則接共陰數(shù)碼管的輸入端。CD4511真值表為： 數(shù)碼管引腳：第

15、四部分 整機電路4.1、整機電路圖：4.2、元器件清單電阻： 阻值 瓦數(shù) 誤差4.3K×1 0.125W 520K×1 0.125W 53.0K×1 0.125W 5510×1 0.125W 530K×4 0.125W 56.2K×1 0.125W 510K×1 0.125W 5集成芯片：LM741×1,LM324×1,CD4511×1,CD4532×1顯示器：共陰數(shù)碼顯示管×1其他：導(dǎo)線、面包板第五部分 電路仿真5.1、仿真軟件簡介：這次仿真我用的是MULTISIM 200

16、1,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的電路實驗室做實驗一樣。而且，測數(shù)據(jù)方便，給我很多的參考。5.2、仿真電路圖：5.3、仿真結(jié)果當(dāng)BF70：（<80）當(dāng)BF100 (大于80小于120)當(dāng)BF130 （大于120小于160）當(dāng)BF170 （大于160小于200）當(dāng)BF240（大于200）與要求完全符合。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，嚇我一跳！找老師換了

17、個數(shù)碼管，插上去，還真亮了，但是是0。難道我測的三極管放大倍數(shù)在80以下？找個萬用表一測，放大倍數(shù)為139，還挺大的，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的基準(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的輸出電壓，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。真不知道怎么搞的。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的2，激動?。〗K于成功了！6.3、 整機性能指標(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”，用萬用表實際測得其值為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。、當(dāng)數(shù)碼管顯示2時其他測量結(jié)