模電課程設(shè)計報告-三極管β值數(shù)顯式測量電路設(shè)計

1、.XX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：允許誤差為2%。,且對于不同值的三極管,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

2、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 ,這里的是數(shù)字顯示器的讀數(shù)。 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)三極管電流IC=IB的關(guān)系,當IB為固定值時,IC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

3、三極管的值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓。譯碼器計數(shù)器555多諧振蕩電路積分器+滯回比較器-v轉(zhuǎn)換被測三極管顯示模塊方案一譯碼器計數(shù)器555多諧振蕩電路積分器+滯回比較器-v轉(zhuǎn)換被測三極管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。被測三極管顯示模塊譯碼器計數(shù)器555多諧振蕩電路LM741-v轉(zhuǎn)換方案二被測三極管顯示模塊譯碼器計數(shù)器555多諧振蕩電路LM741-v轉(zhuǎn)換方案二說明：LM331：LM331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

4、之間保持良好的線性關(guān)系,轉(zhuǎn)換誤差可減小到0.01%。輸出信號頻率的變化范圍約為0100khz。譯碼器計數(shù)器555單穩(wěn)態(tài)電路LM741-v轉(zhuǎn)換被測三極管顯示模塊方案三譯碼器計數(shù)器555單穩(wěn)態(tài)電路LM741-v轉(zhuǎn)換被測三極管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=1.1RC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CD4518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

5、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

6、； 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 = IbR2IB1IBIB1IB=10A,允許誤差2%；測試條件RbRCVCCIB =VCC VBE RbIC只需選擇合適的Rb,而IC = IB 。IC與成正比。214VVCE16V,且對不同值的三極管, VCE的值基本不變。 即其值不受IC影響,則路中不能有RC 。VX極性為正RVX極性為正R2324cbe-15VVX5.1K KKKK K kR34.7kR11.5M如圖所示,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)隨的增加而增加；再放大區(qū)基本保持不變,并且對于不

7、同的,的值也不同,因此要求固定=10uA,14V16V,且對于不同的值,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14V16V。根據(jù)運放LM324反相輸入端虛地以及IB=10A的條件,則R1=1.5M。R1=15-0.7V/10A運放LM324和R2、R3構(gòu)成的電壓并聯(lián)負反饋使,所以取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=,所以=R2,當為最大值 時=13V確定R,則R=6.5K。所以取R=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=4.7K。VXf 轉(zhuǎn)換電路：壓

8、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2.1所示,集成運放A同相輸出端的電位為圖2.1反相輸入端電位 EQ 。積分電路的輸出電壓為當T截止時,積分電路的等效電路如圖2.2所示,Up1、Un1不變,仍為。積分電路的輸出電壓為圖2.2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,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

9、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,輸出低電平,閾值電壓 EQ 為 EQ ,當Rw的滑動端在最左端時,；當滑動端在左右端時,。過零比較器,圖2.3圖2.3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

10、變換為矩形波。計數(shù)時間產(chǎn)生電路圖3.2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3.2a的電路中,Vi接555定時器的端,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

11、器的端為低電平,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)中,如果Vi恢復為高電平VTR=1,但VC充電尚未達到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?；謴头€(wěn)態(tài)：經(jīng)過一定時間后,電容器充電至VC略大于VCC ,因VTHVCC使555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定時器恢復保持態(tài)。圖3.1 微分電路圖3.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路與波形圖高電平脈沖的脈寬TW：當VO輸出高電平時,放電管T截止,電

12、容器開始充電,在電容器上的電壓VCC這段時間,VO一直是高電平。因此,脈沖寬度即是由電容器C開始充電至VC=VCC的這段暫穩(wěn)態(tài)時間。圖3.1 微分電路圖3.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路與波形圖脈沖寬度計算公式：Tw1.1C。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.清零信號電路 清零信號寬度two近似0.7R13C4。清零信號不能太窄,因此考慮two0.4s;Two應(yīng)遠遠小于計數(shù)脈沖最小周期Txmin；T xmin=30ms/199=150S。因

13、此0.4S0.7R13C4150S,取C4=470P,R13=56K。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖2元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注R35.1k1R7300k1R14.7k1U1LM324AD1R1010k1R924k1R815k1C1330pF1R61.8k1R5180k1R111.8M1R12110k1C20.33F1C30.01F1U6NAND21U574LS90N1U774LS90N1U874LS49N1U974LS49N1C4470pF1R1356k1U10NOT1U11NOT1U12NOT1R1443k1U13SEVEN_SEG_COM_K1U14SEVEN_SEG_CO

14、M_K1A1555_VIRTUAL1R153901R163901R173901R183901R193901R203901R213901R223901R233901R243901R253901R263901R273901R283901U474LS74D1D11DH621R4330k1R291.5M1R302.2k1U16NOT1U15LM741N1U17LF741N1X5PROBE_RED1LED2LED_red1R22001Q12N62741五、仿真調(diào)試與分析結(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等方面的知識,在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題,但經(jīng)過一次又