電子技術(shù)課程設(shè)計

1、中南民族大學課 程 設(shè) 計課 程 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 題 目 值測量儀 學 院 計算機科學學院 專 業(yè) 自動化 年 級 09級 姓 名 袁英和 學 號 09064046 指導教師 2011年 6 月 14 日指導教師評語：總分：指導教師簽名：電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目： 值測量儀 學生姓名： 袁英和 學號： 09064046 專業(yè)班級：09自動化2班 一、設(shè)計條件1可選元件（1）選題規(guī)定的“可選、限選元件”（2）電阻、電容、電感、電位器等，按需使用（3）自備元件2可用儀器萬用表，示波器，交流毫伏表，信號發(fā)生器，直流穩(wěn)壓電源二、設(shè)計任務(wù)及要求1設(shè)計任務(wù)根據(jù)技術(shù)要求和已知條件，完成值測量儀的設(shè)計

2、、裝配與調(diào)試。計數(shù)譯碼顯示電流源 V轉(zhuǎn)換VF轉(zhuǎn)換2設(shè)計要求（1）直流穩(wěn)壓電源供電，可測量晶體管值，要求：測量范圍：NPN管1300PNP管1300最大誤差：2.5%（2）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。包括：計算電路元件參數(shù)、選擇元件、畫出總體電路原理圖；（3）用軟件仿真整體或部分核心實驗電路，得出適當結(jié)果；（4）裝配、調(diào)試作品，按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。三、時間安排1第9周：布置設(shè)計任務(wù)，講解設(shè)計要求、實施計劃、設(shè)計報告等要求，完成選題。2第1014周：完成資料查閱、作品設(shè)計、模擬仿真，領(lǐng)取元件、實際制作。3第1516周：制作并調(diào)試設(shè)計作品。4第17周：作品檢查、評價、驗收，撰寫

3、設(shè)計報告。5第18周：抽選作品答辯，提交設(shè)計報告。指導教師簽名： 年 月 日目錄任務(wù)書1摘要3關(guān)鍵詞31.緒論32.技術(shù)指標及要求32.1.設(shè)計任務(wù)32.2.設(shè)計要求33.方案論證及整體電路工作原理43.1方案論證4微電流源4轉(zhuǎn)換電路4轉(zhuǎn)換電路4定時電路4計數(shù)譯碼電路43.2整體電路工作原理44.單元電路設(shè)計：計算、原器件選擇及電路圖44.1 微電流源44.2 V轉(zhuǎn)換54.3 測量切換開關(guān)64.4 VF轉(zhuǎn)換電路64.5 計數(shù)譯碼電路74.6 555定時器電路85.測試結(jié)果及與理論指標對比分析95.1 測試結(jié)果與標準值對比95.2 測試結(jié)果與理論分析106.元器件清單及整體原理圖106.1 元器

4、件清單106.2 整體電路圖107.成果評價、設(shè)計特點、存在的問題及改善意見107.1 成果評價107.2 設(shè)計特點117.3 存在的問題及改進意見11參考文獻：11摘要 值測量儀是由微電流源、被測三極管、電壓跟隨器、減法電路、VF轉(zhuǎn)換電路、定時電路、計數(shù)譯碼電路組成。微電流源主要給被測三極管提供恒定電流Ib，電壓跟隨器和減法電路將三極管轉(zhuǎn)換成線性的電壓V，通過VF轉(zhuǎn)換電路將電壓轉(zhuǎn)換成頻率F，最后經(jīng)過計數(shù)譯碼電路，把所測F顯示。本實驗通過巧妙選取各電路參數(shù)將三極管轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的F進行顯示，達到測量顯示的實驗目的。關(guān)鍵詞微電流源、電壓轉(zhuǎn)換、電壓頻率轉(zhuǎn)換、計數(shù)譯碼Abstract survey me

5、ter is make up of micro-current source, measured audion,voltage follower,subtraction circuit,V-F switching circuit,timing circuit,count decoder circuit.The micro-current source can supply constant current Ib for the measured audion.The subtraction circuit and voltage follower can switch the audion&#

6、39;s to voltage,Through the V-F conversion voltage circuit will convert voltage to frequency.After decoding circuit count,the frequency will be shows.This survey meter can convert audion's to voltage,and convert voltage to frequency and show it out .Key wordmicro-current source,voltage follower,

7、subtraction circuit,V-F switching circuit,timing circuit1.緒論隨著信息時代的發(fā)展，信息社會的發(fā)展越來越依賴于電子產(chǎn)品的發(fā)展，而現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心離不開晶體三極管，因此能夠通過簡單方法測量三極管值是十分重要的。如果沒有知道三極管的值，在設(shè)計電子電路時將遇到很多障礙，所以我們需要設(shè)計一個成本低的而精確度又高的三極管值測量儀。2.技術(shù)指標及要求 根據(jù)任務(wù)書的要求，需要設(shè)計微電流源、V轉(zhuǎn)換、VF轉(zhuǎn)換、計數(shù)譯碼電路等，最終將三極管值用數(shù)碼管顯示出來。 （1）設(shè)計一個值測量儀，用直流穩(wěn)壓電源供電，可測量晶體管值，要求：測量范圍：NPN管1300PN

8、P管1300，最大誤差：2.5%。 （2）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。包括：計算電路元件參數(shù)、選擇元件、畫出總體電路原理圖，通過仿真軟件得出部分電路的仿真結(jié)果。 （3）作品的制作與調(diào)試。3.方案論證及整體電路工作原理3.1方案論證 微電流源部分，主要是提供被測三極管恒定的電流，使其能正常工作。一般三極管工作時基極電流在30-40A之間。V轉(zhuǎn)換電路 V轉(zhuǎn)換電路，主要是通過測取采樣電阻兩端的電壓，將三極管值轉(zhuǎn)換成電壓，又根據(jù)PNP，NPN三極管的差異設(shè)計了不同的V轉(zhuǎn)換電路。F轉(zhuǎn)換電路 VF轉(zhuǎn)換電路，主要由LM331（或KA331）構(gòu)成，VF轉(zhuǎn)換電路可以把輸入電壓轉(zhuǎn)換成頻率輸出。 555

9、定時電路，主要由NE555芯片組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，用于產(chǎn)生1s高電平，控制計數(shù)譯碼電路的工作時間。 計數(shù)譯碼電路由具有計數(shù)功能的74LS160和譯碼功能的74LS48組成，74LS160用于計數(shù)頻率，將頻率轉(zhuǎn)換成8421BCD碼，74LS48則可將8421BCD進行譯碼，通過數(shù)碼管進行顯示。3.2整體電路工作原理VF轉(zhuǎn)換V轉(zhuǎn)換被測三極管微電流源顯示值計數(shù)譯碼F轉(zhuǎn)換555定時器4.單元電路設(shè)計：計算、原器件選擇及電路圖4.1微電流源 考慮到三極管的具有Ic =Ib 的特點，因此，只要Ib恒定，的變化必將導致Ic的變化，而Ic的變化又反映到采樣電阻Rc電阻兩端電壓的變化，故有Uc =IbRc 。只

10、要IbRc取值得當即取 IbRc = 0.01，則有 Uc = 0.01，即把三極管轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓Uc。 根據(jù)三極管的特性，只有基極電流Ib 取值在30-40A時，三極管正常工作。因此應(yīng)令基極電流Ib 取值在30-40A之間。 微電流源原理圖如圖（1）、（2）。圖（1）圖（2） 微電流源是比例電流源的一個特例，通過比例電流源我們知道硬件電路中取R1 = 3.9K，則 通過調(diào)節(jié)電位器R2，則可將Ib調(diào)節(jié)在30-40A之間。*調(diào)試技巧*先用標準萬用表測量被測三極管的值，接通電源，R2和R3配合調(diào)節(jié)，R4和R6配合調(diào)節(jié)，使輸出端電壓約等于被測三極管的值即可4.2 V轉(zhuǎn)換V轉(zhuǎn)換電路，主要是將被測三極

11、管的值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓Uc,原理圖如圖（3）、圖（4）。圖（3）管V轉(zhuǎn)換圖（）管V轉(zhuǎn)換 由于微電流源提供給被測三極管的電流Ib恒定不變，由公式Ic =Ib 知測量被測三極管時，不同的值的三極管得到的Ic不同，因而采樣電阻R上的電壓也不用，硬件電路中，采用可調(diào)的電位器作為采樣電阻，調(diào)節(jié)R可以改變采樣得到的電壓。 由電路圖知，測量PNP管時，測取采樣電阻電壓可直接測取三極管集電極和地之間電壓，再通過一個電壓跟隨器輸出到后級電路。而測量NPN管時，要將被測管集電極電位與Vcc進行減法運算后才能輸出到后級電路。*調(diào)試技巧*先用標準萬用表測量被測三極管的值，接通電源，R2和R3配合調(diào)節(jié)，R4和R6配合調(diào)

12、節(jié)，使輸出端電壓約等于被測三極管的值即可4.3 測量切換開關(guān) 測量不同的三極管對應(yīng)切換到相應(yīng)檔位。如圖：4.4 VF轉(zhuǎn)換電路 VF轉(zhuǎn)換電路是采用LM331或KA331芯片，將輸入的電壓轉(zhuǎn)換成頻率輸出。其接線原理圖如圖（5）。LM331內(nèi)部由輸入比較器、定時比較器、 RS觸發(fā)器、輸出驅(qū)動、復零晶體管、能隙基準電路和電流開關(guān)等部分組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、DTL和 CMOS等不同的邏輯電路。當輸入端 Vi輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使 RS觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅(qū)動管導通，輸出端 f0為邏輯低

13、電平，同時電源 Vcc也通過電阻 R2對電容 C2充電。當電容 C2兩端充電電壓大于 Vcc的 2/3時，定時比較器輸出一高電平，使 RS觸發(fā)器復位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端 f0為邏輯高電平，同時，復零晶體管導通，電容 C2通過復零晶體管迅速放電；電子開關(guān)使電容 C3對電阻 R3放電。當電容 C3放電電壓等于輸入電壓 Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使 RS觸發(fā)器置位，如此反復循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率 f0與輸入電壓 Vi成正比，從而實現(xiàn)了電壓頻率變換。其輸入電壓和輸出頻率的關(guān)系為：fo=(Vin×R4)/(2.09×R15×R16×

14、;C4) 由式知電阻 R2、R3、R4、和 C2直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果 f0，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當選擇。由公式 得，只要則有 （1）而由 V轉(zhuǎn)換電路得 （2）Ui = Uc（3）由（1）、（2）、（3）得fo = 實際電路中，取C4為0.01F，R15，R16用電位器代替，R13取3.9k。圖（5）4.5計數(shù)譯碼電路 計數(shù)譯碼電路采用的是3塊74LS160和3塊74LS48組成。 其中74LS160是十進制的計數(shù)器，當ENP、ENT、LODA、RST引腳均為高電平時，芯片可對輸入的脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)由0至9，并在DCBA引腳產(chǎn)生相應(yīng)的8421BCD碼，當計數(shù)為9的時

15、，通過RCO引腳產(chǎn)生進位信號，由于有進位信號，故可將三片74LS160進行級聯(lián)。 74LS48是一片8421BCD譯碼器，一片74LS48能夠驅(qū)動一個七段共陰數(shù)碼管。當74LS48的LT、BI、RBI引腳為高電平時，芯片正常譯碼。 計數(shù)譯碼電路圖如圖（6）：圖（6）計數(shù)譯碼電路4.6555定時器電路 NE555定時器廣泛用于電子電路中，用于精確定時。本實驗應(yīng)用555定時構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，使其產(chǎn)生1S鐘的高電平時間。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖作用下，它能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，在自動返回穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)

16、脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有這些特點，常用來產(chǎn)生具有固定寬度的脈沖信號。用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其暫穩(wěn)態(tài)維持時間為Tw=lnRC=1.1RC,僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)，其電路原理圖如下圖（7）：由電路中取C = 10 F，因此要產(chǎn)生1S鐘的高電平應(yīng)取R = 91k,為了調(diào)試準確，R用100K的電位器代替。5.測試結(jié)果及與理論指標對比分析 5.1 測試結(jié)果與標準值對比表1.測試結(jié)果與標準值對比型號標準值測量值差值誤差%PNP901224424620.83901224124320.83901219820352.52901221221642.29

17、012209 21231.6NPN901321121320.94901318018442.2901318519052.7901318318631.6901318118542.25.2測試結(jié)果與理論分析在實際電路中，各種元器件均不是理想的，導線等均存在電阻，因而測試結(jié)果必將引起一定的誤差。萬用表測試本身不穩(wěn)定，又引入誤差，萬用表的測量值只能作為參考值。由于電路是手工焊接的，工藝的好壞又會引起誤差。由引起誤差的原因看，電路中通過電位器的調(diào)節(jié)，可以將誤差盡可能的減少。由表1，可以知道平均誤差在2.5%左右，符合設(shè)計要求，而且由測量數(shù)據(jù)可看出，當所測三極管值越接近200，測量精度越高，基于實際電路中，

18、三極管值只需測量其取值的大致范圍，故本測量儀能應(yīng)用于日常的檢測和設(shè)計當中。6.元器件清單及整體原理圖6.1 元器件清單元器件清單序號型號數(shù)量1NE553212NE5551374LS1603474LS4835KA33116電阻3.9k67電阻10k48電阻300219電位器100k410電位器5K211電位器500k112電容0.1uF113電容0.01uF214電容10uF16.2 整體電路圖（下頁）7.成果評價、設(shè)計特點、存在的問題及改善意見7.1成果評價本次制作的三極管值測量儀，無論是PNP還是NPN的測量，均符合設(shè)計要求，可以直接應(yīng)用到實際電路設(shè)計當中。7.2設(shè)計特點 本測量儀采用硬件電路實現(xiàn)三極管測量顯示，不需要進行AD采樣，即可完成VF轉(zhuǎn)換，傻瓜式的測量，不僅成本低，而且精度也相當高，調(diào)試方便，容易操作。7.3存在的問題及改進意見 本測量儀需采用±5V供電，才能正常工作，電源要求較高。同時，測量儀采用的是十進制計數(shù)器74LS160，當其計數(shù)滿9時即產(chǎn)生進位信號，如