半导体三极管β值及范围测量仪

电子技术课程设计报告课题名称：半导体三极管β值范围测量仪学院名称：自动化工程学院专业班级：姓名：学号：2015年9月（一）设计内容及要求1.设计内容：制作一个自动测量三极管直流放大系数β值范围的装置。2.设计要求：1）对被测NPN型三极管值分三档；2）β值的范围分别为80～120及120～160，160～200对应的分档编号分别是1、2、3；待测三极管为空时显示0，超过200显示4。3）用数码管显示β值的档次；4）发挥部分：用数码管显示β的值；（二）电路设计1、电路设计整体框图2、分档电路各部分支电路功能简单说明(1)恒流源-NPN晶体管放大部分(含测试)：如图2所示为恒流源-NPN晶体管放大实验电路，T1、T2、R1、R2组成恒流源电路，T3为放大电路，由R3引入恒定电流b=30.198IAR4为电压输出端，其参数值如下：1234=100=6.7k=100k=800RRRR(2)取样隔离电路：使用被测三极管构成放大电路取样电路+比较器电路编码器译码电路数码管显示压控振荡器计数译码显示555产生秒脉冲图2恒流源测试电路图3取样隔离电路参数计算：31232112u=u-uu-u=u=u=u-upioNNifpNoiiRRRuRRu解得：123===fRRRR令123====10kfRRRR得测试图如下：分析测试结果：隔离电路前后电压近似相等，即满足要求。(3)差分放大电路部分：由于电路取样输出电压已为理想值，即不需要差分放大部分电路。(4)比较部分：①比较部分用的是LM324运放，其比较输出为1.66V或0V两个值（表示高低电平）。②比较基准值计算：62b4=80030.2102.41610ouIR当=80,120,160,200时对应电压分别为ou=1.9328,2.8992,3.8656,4.832V图4取样隔离电路测试图电源提供电压为5v，所以可以计算滑动变阻器的比例为a5ou=38.656%,57.984%,77.312%,96.64%③如图5为比较电路测试部分滑动变阻器调节分别约为a38.7%,58.0%,77.3%,96.6%其测试结果得ou=1.916,2.881,3.845,4.81V，在误差允许范围内结果正确(5)编码-译码-显示档位部分：①基础知识编码电路：将电压比较电路的比较结果（高低电平）进行二进制编码。该编码功能主要由集成芯片8位优先编码器CD4532完成；编码器的真值表如下表输入输出EID7D6D5D4D3D2D1D0GSQ2Q1Q0EO01XXXXXXXX000000000000000001图5比较部分测试电路图6CD4532仿真图及管脚图111111111XXXXXXX01XXXXXX001XXXXX0001XXXX00001XXX000001XX0000001X000000011111011100110101100010110101001001010000译码电路：主要把编码电路编成二进制编码译码成十进制数，以便于人机交流（即要显示的数为易懂的1,2,3）。该电路功能主要由CD4511完成。译码器真值表如下表显示：该电路功能是用共阴数码管显示被测量的NPN型三极管β值的档次。图7CD4511仿真图及管脚图说明：k表示为共阴数码管，a表示为共阳数码管②连线优先编码器：由比较器输出四个高低电平分别对应4个放大倍数值（即：=80,120,160,200）当80定为“0档”，优先编码器变为0；当80120定为“1档”，优先编码器变为1；当120160定为“2档”，优先编码器变为2；当160200定为“3档”，优先编码器变为3；当200定为“4档”，优先编码器变为4。即由优先编码器真值表可知，4个输出分别连接CD4532的I1，I2，I3，I4，其余各输入管脚连接低电平。译码器：CD4532输出管脚分别对应低三位输入管脚DA，DB，DC，高位输入管脚DD接低电平。使能端EL接低电平，BI、LT接高电平。数码管显示：输出端OA-OG分别对应数码管的A-G端，CK端通过电阻接地。（三）完整电路图及工作原理1）基础部分：1.将变化的值转化为与之成正比变化的电压，再取样进行比较、分档。根据三极管电流BCII的关系，当BI为固定值时，CI反映了的变化，电阻6R上的电压6RV又反映了CI的变化，对6RV取样加入后级进行分档比较。2.将取样信号同时加到具有不同基准电压的比较电路输入端进行比较，当同相输入端电压值大于反相输入端电压值时，运算放大器输出端为正，发光二级管点亮。分别调节4个电位器的阻值，以改变基准电压，使其分别能在值四个档的临界值时点亮二极管。同时对比较器输出的高电平进行二进制编码，再经显示译码器译码，驱动数码管显示出相应的档次代号。图5完整电路图2）发挥部分工作原理：微电流源为待测三级管提供恒定电流，确保待测三极管输出电流不因其更换而改变，然后通过压控振荡器，将采集的电压量转化成与之成正比变化的频率。合理设定参数使在一定时间内通过的脉冲个数即为被测三极管的值。由555定时器构成单稳态触发器产生计数时间控制信号，该信号只有一个正脉冲，从电路连通到计数时间结束，保证不会重复计数，将两个脉冲信号同过与门送到74LS90构成十进制加法计数器，用于计数脉冲的个数，再经CD4511译码，数码管显示计数的值。图6发挥部分电路图VCC5VVCC5VVCC5VQ12N3906Q22N3906R11MΩKey=B50%Q32N3904R23kΩU1LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2C11µFC20.1µFA1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVCC5VVCC5VVCC5VR3125kΩC31µFC40.1µFJ1Key=SpaceJ2Key=AR450ΩU2A7408NU374LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U474LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U574LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5R5100kΩVCC5VU9ABCDEFGCKU10ABCDEFGCKVCC5VVCC5VVCC5VXMM1U11ABCDEFGCKU64511BP_5VA1A2~LT~BI~LEA3A0VSSYEYDYCYBYAYGYFVDDVCC5VU74511BP_5VA1A2~LT~BI~LEA3A0VSSYEYDYCYBYAYGYFVDDVCC5VU84511BP_5VA1A2~LT~BI~LEA3A0VSSYEYDYCYBYAYGYFVDDVCC5V（四）总结1、设计方案优缺点：优点：总体来说，该方案成本低。基础部分电路比较简单，连接过程也不复杂，最终精确度较高。发挥部分思路很正确，而且合理利用所学知识，虽然结果没有准确显示，只是压控振荡电路能正确显示，但仍然是较好的方案。缺点：由于有些元器件性能出问题，不能按理想的结果实现。如基础部分bI精度难以调整，发挥部分较复杂，调试中出现问题且较长时间的调试才能显示正确结果。2、课题的核心及使用价值，改进及展望该电路核心及实用价值：该课程设计将理论与实际相联系在一起，使我们深刻认识到课本中的理论知识很多都是建立在理想条件下的，在现实中很多情况下是不能拿来就用的，要根据实际情况经过不断地测试和调整，才能达到我们预期的要求。而且深化了所学理论知识，使我们了解到更多的实际问题及解决方法。这一过程，培养了我们综合运用知识的能力，增强了我们独立分析与解决问题的能力，训练培养了严肃认真的工作作风和科学态度，为以后从事电子电路设计和研制电子产品打下初步基础。改进和展望：课程设计性实验涉及到了我们所学各科知识，包括数字电子电路、模拟电子电路、电路及电子线路实验及multisim软件的应用，综合性较强，我们只有结合所学知识才能设计出满足特定要求的电路；设计性实验对于我们运用所学的知识要求较高，因此在准备实验的过程中要全面复习所需的基础知识，重点掌握相关的章节，预先根据要求确定所用电路和器件，熟悉掌握各种典型电路的设计、功能和各种元器件的原理、功能等等；然后根据需要组装连接各功能电路，注意连接过程中元件的排布和布线，尽量使之匀称、美观；最后计算参数，确定参数是要多方面考虑每一个参数的改变所造成的影响，要有整体把握、综合考虑的眼光；用仿真软件改变参数以提高精确度和测量范围，减少干扰；合理布线，便于排错和检查，且方便他人检查和参考。（五）使用元器件：集成电路:LM324、CD4532、NE55、74LS74、7408、74LS90、CD4511等；三极管9013，9014，9015•电阻若干，电位器若干•电容若干•七段数码管（六）收获、体会课程设计性实验是将大学所学理论知识与实际问题结合的桥梁，是理论知识应用的一个重要途径。停留在课本理想的真空中的理论知识，是没有意义的，只有将其转化为实际的产物，才能阐明学习的真正意义。通过不到一周的课程设计，我对以前所学知识更加清晰明了，通过这次次实际的运用，也发现了自身学习的很多不足之处。电路设计的过程中，因为基础知识掌握的不清晰，平时更没有自己设计过完整的电路，所以设计初期，没有一点头绪，通过查阅课本、资料，了解了元器件功能、引脚图等信息后应用起来就感到得心应手多了。所以在以后的学习中，应该理论与实际结合起来才能使得学习更扎实，进步更稳健。（七）应注意的问题及实验不足：1、试验前要充分弄清试验原理，利用仿真软件进行仿真；2、对仿真过程中遇到的问题要及时进行归类总结并找出原因，及时排查；3、实验前必须对元器件，面包板熟悉，特别是面包板的各个网格相互导通与否的问题；4、在实际搭建电路过程中，要合理考虑元件在面包板上的布局，搭线时，线要紧贴板子横平竖直，线路要避免相互交叉；5、在搭建电路完成后，如出现故障或结果错误，应逐级仔细检查，分模块调试直至结果符合预期；6、实验结束后，拆线和取出元器件时应小心仔细。7、实验显示值电路设计中，12-0.5T=(R+2R)Cln-1ooVV，与隔离输出电压不成正比例关系，需要用指数电路解决。该设计电路没有添加指数电路造成测量误差。（八）参考文献1)模拟电子技术基础清华大学童诗白华成英主编2)数字电子技术基础清华大学阎石主编3)电子技术基础康华光主编4)模拟电子技术实验指导书青岛大学电子实验教学中心5)指导老师：迟洁茹（九）实验电路面包板附图