半導(dǎo)體三極管β值范圍測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

1、半導(dǎo)體三極管值范圍測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)題目與主要技術(shù)指標(biāo)1、設(shè)計(jì)題目 半導(dǎo)體三極管值范圍測(cè)量?jī)x2、主要技術(shù)指標(biāo) （1）對(duì)被測(cè)NPN型三極管值分五檔；（2）值的范圍分別為小于50、5080、80120、120180、180以上，對(duì)對(duì)應(yīng)分檔編號(hào)分別是0、1、2、3、4；（3）用數(shù)碼管顯示值檔位;二、系統(tǒng)組成框圖 設(shè)計(jì)制作一個(gè)測(cè)量三極管直流放大系數(shù)值范圍的測(cè)量?jī)x裝置。值的測(cè)量分檔電路可以由-V轉(zhuǎn)換電路、編碼電路、三極管譯碼電路、顯示電路組成。經(jīng)過查閱書籍和相關(guān)資料，還有設(shè)計(jì)要求上的提示方案，對(duì)設(shè)計(jì)有如下簡(jiǎn)單分析：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)量的物理量來進(jìn)行測(cè)量（如電壓，根據(jù)

2、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）。因?yàn)轭}目要求分五檔顯示三極管的值（即值的范圍分別為小于50、5080、80120及120180、大于180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是0、1、2、3、4），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。系統(tǒng)框圖如下圖（1）所示：

3、被測(cè)三極管轉(zhuǎn)換電路顯示電路譯碼電路編碼電路比較電路基準(zhǔn)電壓三、單元電路設(shè)計(jì)與分析1、轉(zhuǎn)換電路：用于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。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。 當(dāng)RB固定時(shí)，IB=(VEE-VBE)/RB 為固定值，則IC=IB=(

4、VEE-VBE)/RBVO=ICR=(VEE-VBE)R/RB當(dāng)VEE、RB、R選定時(shí)，VO,這樣實(shí)現(xiàn)-V轉(zhuǎn)換電路。注意，在設(shè)置電阻阻值時(shí)應(yīng)使晶體管和運(yùn)算放大器均工作于線性區(qū)如右圖（2）-V轉(zhuǎn)換電路2、比較電路-V轉(zhuǎn)換電路在值為50.80.12.180時(shí)的輸出電壓值，將這些值作為電壓比較器的基準(zhǔn)電壓VREF1,VREF2,VREF3,VREF4,四個(gè)基準(zhǔn)電壓可以用直流電源電阻分壓構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)三極管的在不同檔次范圍時(shí)，電壓比較電路的輸出代碼見下表： 電壓比較電路輸出代碼表V4V3V2V1<50000050<<80000180<<1200011120<<1

5、800111>1801111基準(zhǔn)電壓：由于題目要求將值的檔次分為5080、80120及120180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3，則需要多個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓是采用一個(gè)串聯(lián)的電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)一個(gè)固定的電壓進(jìn)行分壓得到的。運(yùn)放采用LM324內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)放構(gòu)成，引腳如(3)下： （2）差動(dòng)放大電路介紹：根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成集電極電流IC 而集電極電阻不變，利用差動(dòng)放大電路對(duì)被測(cè)三極管集電極上的電壓進(jìn)行采樣，。差動(dòng)放大電路原理如圖（7）所示：采用集成電路LM741。LM741采用單電源供電，其內(nèi)部只由4個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成。比較電路主要由741構(gòu)成，轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓

6、U0 通過741分別與U1，U2，U3，U4 進(jìn)行比較，并輸出相應(yīng)的高電平或低電平：比較器的N端和前轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換電壓U0相接，而P端則接由兩個(gè)電阻分壓決定的基準(zhǔn)電壓，這兩個(gè)電壓進(jìn)行比較，從而在輸出端可輸出。比較得出的高低電平。當(dāng)U0大于基準(zhǔn)電平，則輸出低電平，即輸出0；否則輸出1。在實(shí)驗(yàn)中，4個(gè)741由一個(gè)LM324代替：其中LM324的結(jié)構(gòu)圖如圖（5）所示：圖（5）LM324結(jié)構(gòu)圖2、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。 圖（6）LM324內(nèi)部運(yùn)算放大器LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖（5）

7、所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，如圖（6）所示。除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信端的相同。由于被測(cè)量的物理量要分五檔（即值分別為小于50、5080、80120及120180、大于180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是0、1、2、3、4）于是比較電路需要把結(jié)果分成五個(gè)層次。需要四個(gè)基準(zhǔn)電壓，于是有一個(gè)串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)

8、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，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。 電壓比較電路總圖基準(zhǔn)電壓： VREF1=5*4.2/（4.2+47）=0.577VVREF2=5*12/（12+47）=1.017VVREF3=5*20/（20+47）=1.493V VREF4=5*33/（33+47）=2.062V所以，當(dāng)V0 < 0.577V時(shí)， 數(shù)碼管顯示“0”當(dāng)0.577V < V0 < 1.017V時(shí),數(shù)碼管顯示“1”當(dāng)1.017 < V0 < 1.

9、493V 時(shí)，數(shù)碼管顯示“2”當(dāng)1.493 < V0 < 2.062V時(shí)，數(shù)碼管顯示“3”當(dāng)V0 > 2.062V時(shí)， 數(shù)碼管顯示“4”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線-3線優(yōu)先編碼器CD74LS148完成。它允許多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)有效，但只對(duì)一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用其管腳圖和內(nèi)部引腳圖如下圖所示：74LS148的真值表如下圖所示： 4、譯碼電路該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)為人類易懂的十進(jìn)制數(shù)1、2、3）。該電路功能主要由芯片74L

10、S47完成。74LS47其引腳圖和內(nèi)部管腳圖如下圖所示: 74LS47的功能真值表：5、顯示電路該電路功能是用共陽數(shù)碼管顯示被測(cè)量的NPN型三極管值的檔次。LED 數(shù)碼管是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的固體顯示器件，它由七個(gè)條形發(fā)光二極管構(gòu)成七段字形，七段分別為 a、b 、c 、d 、e 、f 、g ，顯示哪個(gè)字形，則相應(yīng)段的發(fā)光二極管就發(fā)光數(shù)碼顯示管的管腳圖如圖（16）所示：四、總體電路圖五、調(diào)試過程及測(cè)試結(jié)果第一次調(diào)試時(shí)數(shù)碼管只顯示4，插上三極管后沒有任何現(xiàn)象，還是顯示4.檢查電路后發(fā)現(xiàn)LM324的正負(fù)接錯(cuò)，后再接上電源后還是只顯示4.第二次調(diào)試電路還是一樣的現(xiàn)象，后用電壓表測(cè)量個(gè)電壓比較器反向端

11、電壓時(shí)發(fā)現(xiàn)并沒有實(shí)現(xiàn)分壓，可是只給提供基準(zhǔn)電壓電路通電時(shí)發(fā)現(xiàn)電路是可以實(shí)現(xiàn)分壓功能的。后檢查發(fā)現(xiàn)LM324芯片壞了，換了芯片后電路可以實(shí)現(xiàn)分壓，可是數(shù)碼管還是不能正常顯示。第三次調(diào)試由于三極管無法知道其值，給電壓比較器同向端提供的電壓不穩(wěn)定，所以我們采取給電壓比較器LM324同向端直接提供0.4V、0.8V、1.2V、2.0V、3.0V的電壓后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管分別顯示0、1、2、3、4。由此得出我們這個(gè)半導(dǎo)體三極管值范圍測(cè)量?jī)x能夠完全實(shí)現(xiàn)它的功能。六、元件清單七、總結(jié)：通過這次對(duì)半導(dǎo)體三極管值測(cè)量的例如LM324是四運(yùn)放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。利用這四組運(yùn)放同