放大电路检验三极管β值

1、、设计任务1.1设计目的:(1 )、掌握设计放大电路测试三极管B值的方法，以及组装与调试方法。(2)、进一步熟悉模拟，数字集成电路的使用方法。1.2设计内容及要求1、设计制作一个自动测量三极管电流放大系数 B值范围的装置，将被测NPN 型三极管3值分三档；B值的范围分别为80120及120160 , 160200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。2、用数码管显示3值的档次及三极管的3值;3、组装、调试三极管3值测试仪。4、画出完整的电路图，写出设计报告。、设计方案2.1设计思路设计电路测量三极管的3值，将三极管3值转换为其他可用仪器测量的物理 量来进行

2、测量(如电压，根据三极管电流IC= 3IB的关系，当IB为固定值时，IC 反映了 3的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了 IC的变化)。因为题目要求分三档显示三极管的3值(即 值的范围分别为80120、120160及160200， 对应的分档编号分别是1、2、3)，所以对转换后的物理量进行采样，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，相应的一个比较电路输 出高电平，其余比较器输出为低电平，实现 AD转换。比较后再进行分档显示。要实现分档显示，则必须对比较器输出的高电平进行二进制编码和显示译码器译 码，驱动数码管显示出相应的3值档次代号。从而实现该档次代号的显示。3 -v转

3、换电比较电路编码译 码基准电压图1基本部分设计思路框图在发挥部分，设计电路测量三极管的3值，将三极管3值转换为其他可用仪器测量的物理量来进行测量，如电压，根据三极管电流IC= 3IB的关系，当IB为 固定值时，IC反映了 3的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了 IC的变化，对VRC进行伏频转换，转换后的频率f就反映了3值的大小，然后再用计数器对f的信号进行一定时间的计数，最后通过计数器的保持输出经译码电路就可以显示3值。被测三极管3 -V转换电路压控振荡器计数时间产生电路T数码管显示电路译码电路计数器图2发挥部分设计思路框图关键一：将变化的3值转化为与之成正比变化的电压或电流量， 再取样进行

4、比较、分档。上述转换过程可由以下方案实现:根据三极管电流IC= 0B的关系，当IB为固定值时，IC反映了 P的变化，电 阻RC上的电压VRC又反映了 IC的变化，对VRC取样加入后级进行分档比较。关键二：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，对应某一定值，只有相应的一个比较电路输出为高电平， 则其余比较器输出 为低电平。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。考虑的问题:IB的选择应在30 pA40 pA之间为宜。VCE的选择应不小于1V,以使三极管工作在合适的状态。T1、T2、R1、R3构成微电流源电路，R2是被测管

5、T3的基极电流取样电阻，R4是集电极电流取样电阻。由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及 隔离放大作用。2.2设计方案基本部分:基本部分由p-v转换电路、电压比较电路和显示实现电路构成，其详细构成 与原理说明如下:p-v转换电路:转换电路：此电路用来把不能直接用仪器测量的 NPN型三极管 值转换成 可以直接被测量的集电极电压，再把电压采样放大，为下一级电压比较电路提供 采样电压，其中包括提供恒定电流的微电流源电路和起放大隔离的差动放大电路。XIhliKm>501 dhi-iI 04为4orESaDsKm Kt中 SO-rah-ii嘿曾30-rah-n图3 p -v转换电路T1、T2、R

6、1、R3构成微电流源电路，R2是被测管T3的基极电流取样电阻，用于检测基极电流的大小，R4是集电极电流取样电阻，用于检测集电极电流的大小同时检测出被测三极管P值的大小，由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及隔离放大作用，为电压比较电路提供采样电压。所用器件LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器， 除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有 5个引出脚，其中“ + ”、“-”为两个信号输入端，“V+ ”、“V-”为正、负电源端,“ / ”Vo为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反

7、相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+ （ + ）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的管脚图:图4 LM324的管脚微电流源电路原理:当要求得到极其微小的输出电流（如三极管基极电流比较小），这时可令比例电流源中的Re1=0，便成了微电流源电路其电路图如图（5）所示:CL ClXTjrNA OCA +1._£_-h叫I右】 亡%图（5）微电流源电路图（6）差动放大电路根据电路原理分析得:F = «現人毗-岭曲A "一瓦瓦石由此可知：只要确定10和Re2就能确定IR,由此可以确定电阻R的值。差动放大电路原理:

8、根据三极管电流IC=BIB的关系，被测物理量P转换成集电极电流IC 而集。差电极电阻不变，利用差动放大电路对被测三极管集电极上的电压进行采样, 动放大电路原理如图(6)所示。根据理想运放线性工作状态的特性，利用叠加原理可求得Vo 1R3一Vi2Rvi1R1R2R3R1取电路参数：R仁R2=R3=Rf, vo=vi2-vi1可见，输出电压值等于两输入电压值相减之差， 实现相减功能。其中运算放 大器采用集成电路LM741 0 LM741采用单电源供电，其内部只由一个运算放大器构成。由题意，图中各电阻的参数取值确定如下:1、T1与T2性能匹配，为PNP三极管2、IB的选择应在30叭40 叭 之间为宜

9、，因为:(1 )8值与Ic有关;(2)小功率管的8值在Ic = 23mA时较大，而在截止与饱和区较小，测量不准确。因此，取输出电流Io = 30uAVCCVBE1R1 I R3、因为参考电流Ir约为1mA左右,则，由 = RR1=4.3K代回，得已知 VBE1=0.7V 得: R1=4.3K，取 R1=4.3K。再把出IR=1.35mA,符合要求。已知：VT=26mV 得 R3=3.0K4、再由：=笔巴里=#山半5、R2是基极取样电阻，由于基极电流Io = 30uA，所以为了便于测量，R2应取大一点，这里取R2=20K6、R4是集电极取样电阻，考虑到VR45-0.7=4.3V，VR4=lo*R

10、4的范围为0 200，即R4800，为了便于计算，这里取 R4=500。7、为了使差动放大电路起到隔离放大的作用,R5 R8应尽量取大一点,这里取 R5=R6=R7=R8=30K综合上述转换电路的电阻值为:R1=4.3KR2=20KR3=3.0KR4=510R5=R6=R7=R8=30K（二）电压比较电路W SOhDlwi务-igX-orF-JiQliCilVfa 5*>-：>4/LhlJ;arn-l§动blaJ图7 电压比较电路由于被测量的物理量要分档(即 值分别为080、80120及120160,160200对应的分档编号分别是0、1、2、3),还要考虑到大于200的

11、状况,于是比较电路需要把结果分成五个层次。 需要四个基准电压，于是有一个串联电 阻网络产生四个不同的基准电压，再用四个运算放大器组成的比较电路， 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，对应某一定值UoR4、相应的一个比较电路输出为高电平，其余比较器输出为低电平。通过上级电路计算出的元件取值求得各档次的基准比较电压边值。由Ib、被测三极管3值即可计算出对应的基准比较电压:当 3=80 时，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*80*500=1.2V当 3=120 时，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*120*500=1.8V当 3=160 时，Ui=VR4=lo

12、*R4=0.00003*160*500=2.4V当 3=200 时，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*200*500=3.0V可以计算出电压比较电路串联网络中各个分压电阻的阻值，5V电源供电,分压总电阻取R=150k :3=80 时，R= 36k3=120 时，R = 54k3=160 时，R= 72k3=200 时，R=90k电压比较电路的电阻为:R9=60kR10=18kR11=18kR12=18kR13=36（三）显示实现电路1011121314151617 EIECGS =CD4532丫0丫1丫22314151617 4 EI d丫 7 GND16 Wc5 ECH GSI3I2

13、I1辿I01 Y)图9CD4532引脚图图10CD4532管脚图8 显示实现电路输入输出I7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1YCGSXXXXXXXXLLLLLLLLLLLLLLLLHXXXXXXXHHHHLHXXXXXXHHLHLLHXXXXXHLHHCLLLHXXXXLLLLHXXHLLHLLLLLHXLHHHHLLLLLLHXLLHHLLLLLLLHLLLH图11CD4532真值表显示实现电路又可细分为编码电路、译码电路和显示三部分。其中 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。由于该器件为输入高电平有效，所

14、以，要将10, 15,16,17接地，将11 ,12，I3，I4分别接四个电压比较器的输出，使能端EIN接高电平。译码电路：主要是把编码电路编成的二进制编码译码成十进制数，以便于人机交流。该电路功能主要由芯片 CD4511完成。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 值的档次。器件使用说明:CD4511其功能介绍如下:BI： 4脚是消隐输入控制端，当 BI=0时，不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT: 3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“ 8”。它主要用来检测数码管是否损

15、坏。LE:锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=O时的数值。A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g :为译码输出端，输出为高电平 1有效。其管脚图和真值表为:Vie f a abed eIft n 1413 I畫 III, ID 0CD4511234 Cl 4 T SIILtLtD寸&4QiQc6丑企豊于><D由031111EB1GLaCt出D£aucD0A加011aU0UJ111I00D11ann1InClD1O1100101113I3ClJLaU11JJi1c

16、JI30110L0J41LU01L4o11QL011f1Jn1I4Jd11aL1D0011LEtf01kaL:1IJJ1uc0U1 pc111n0C11I1I3o11100111nc1Ig1111DnD0oDDo1I1uaaDIICl曲D&1PhkD3naDo111L0L0ca0訂D001I1L1Uq00uC0Do111L110rannDD111ae4平Bl戎于 LE 上SHM AfiCDBCD «BCD七段数码管显示译码器图是共阴式LED数码管的原理图。使用时，公共阴极接地，7个阳极a-g由相应的BCD七段译码器来驱动（控制），C、B、A表示），输出是数码管各段的 驱动信号

17、（以Fa-Fg表示），也称4 7译码器。若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高（1）时，相应显示段发光。例如，当输入8421码DCBA=0100 时，应显示，即要求同时点亮b、C、f、g段， 熄灭a、d、e 段，故译码器的输出应为Fa-Fg=0110011 ，这也是一组代码，常称为段码。同 理，根据组成0-9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表。Ikfs-BCD罠器D5c -s1 snGrXD_j i 二 J 占 j'e5./ 苣图12显示译码器原理§M:a-> TV 二-一 L - - * = 与：dh-T' ?

18、1;a- tnuuMEE& a.3 ?些s ti-.占，3ea专Mr?-:走n.9§uhmel3- = a=二.-誓3言.百工舉-£-虐口鱼二inFT畫.-可号WSMB “ 匸H发挥部分设计要求为:(1)用三个数码管显示P的大小，分别显示个位、十位和百位。显示范围为 0-199。(2)响应时间不超过2秒，显示读数清晰，注意避免出现“叠加现象”。(3)自制所需直流稳压电源。(4)其它。(一)设计思路:设计电路测量三极管的P值，将三极管P值转换为其他可用仪器测量的物理 量来进行测量，如电压，根据三极管电流IC= bib的关系，当IB为固定值时，IC反映了 P的变化，电阻

19、RC上的电压VRC又反映了 IC的变化，对VRC进行伏频转换，转换后的频率f就反映了P值的大小，然后再用计数器对f的信号进行 定时间的计数，最后通过计数器的保持输出经译码电路就可以显示P值。(二)模块结构示意图:图14发挥部分模块框图各功能模块原理说明:伕V转换电路这部分转换电路已在基本部分中设计过，其具体原理和分析见基本部分的转换电路模块（包括其中的微电流源电路和差分放大电路）防震设计图为:-VI-1'kO1.uy Zflh 草rtilU|l_Z-Dkohmm!-5 >11Uh wv- pa iPkahm < -She图153 -V转换电路压控振荡器:压控振荡器又称为伏频

20、转换电路，此电路所实现的功能为将P值对应的电压 转化为频率，转换后的频率f就反映了P值的大小。仿真设计图为:如图所示，假如外加电压（P值对应的电压）为2.5V时，通过该图的压控振荡器后输出地波形为原理说明: 此多谐振荡器由555定时器和外接元器件R1、R2、C构成。（1 ）、555定时器内部结构555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，其内部结构如图（A）及管脚排列如图（B）所示。它由分压器、比较器、基本 R-S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5k的等值电阻串联而成。分压器为比较器A1、A2提供参考电压，比较21V器A的参考电压为3 cc，加在同相输入端，比较器A2

21、的参考电压为3乂°，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放 A1、A2组成。高电平触发信号加在A1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-SA2触发器Rd端的输入信号；低电平触发信号加在 A2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R S触发器Sd端的输入信号。基本R-S触发器的输出状态受比较器A1、A2的输出端控制。多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图（C）所示，其中R1、R2和电容C为外 接元件。其工作波如图（D）所示。”1rfrt1111-14-1411 1 L 1r r:11设电容的初始电压Uc =0，t =0时

22、接通电源，由于电容电压不能突变，所1以高、低触发端VTh = Vtl = 0 < 3 VCC，比较器A 1输出为高电平，A2输出为低电平，即Rd 1 , Sd 0 （ 1表示高电位，0表示低电位）,R S触发器置1，定时器输出U0 1此时Q 0 ,定时器内部放电三极管截止，电源Vcc经R1 , R2向电容C充电,Uc逐渐升高。当Uc上升到3乂°时，A2输出由0翻转为1,这时RdSd1 rS触发顺保持状态不变。所以0<t< tl期间，定时器输出Uo为高电平1。t t1时刻,2v_Uc上升到3 CC，比较器A1的输出由1变为0,这时 Rd 0Sd 1，R s触发器复0,

23、定时器输出Uo 0。t1 t t2期间，Q 1，放电三极管T导通，电容C通过R2放电。Uc按指数规律下降，当2VUc3 CC时比较器A输出由0变为1 , R - S触发器的RdSd 1 ,Q的状态不变，U0的状态仍为低电平。Rd1 ,Sd0，触发器处于1，定时器输出U0 1。此时电源再次向电容 C放电,重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出Uo1，电容放电时,Uo由图（D）充电时间放电时间T2 R2Cl n2 0.7&C电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入, 却能输出矩形波,其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。（3）、振荡周期可

24、知，振荡周期T Tl T2。T为电容充电时间，T2为电容放电时间。T1 (R R2)Cl n2 0.7(R1 RJC矩形波的振荡周期 T Tl T2 ln2（R 2R2）C 0.7（Ri 2R2）C因此改变R、R2和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。q，q=对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比（脉宽tw ）比（周期T），tw指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比T1£ R R2T T1 T22R2计数时间产生电路用555定时器组成的单稳态电路，当有高电平时，可产生一个持续时间为1S的高电平V2。仿真设计图为:VIV>输出

25、周期为1s的波形，其仿真波形见下图:Cf 亠 AT1Z C JTiZ T 5ra-Tles .CmrVAl* C Vfl n V15 7VB 1SiF：i .5 11II11L. n Uhrin“ AChF.nvl IJftvjiu JPC mc/Div白匚jviv何55*K fjnfl-klwi jn nV po3fe-loh|D CY Pgtllg|O rtf"vri Add j yA'I AVD 1AC l|口 11 g'* I n f- 1 rR"亡2亡 召"社 i1 MH0M尸 If * 52 DSvr口 ： ri-D-r. dOrwun

26、df图19 计数时间产生电路输出波形555工作的原理已在同压控振荡器部分做出详细说明，这里不再赘述。其功能是产生一个周期为1s的高电平，利用这个高电平来对压控振荡器的频率进行基数。1s计数器、译码电路与数码管显示电路将压控振荡器的输出波形与计数时间产生电路的输出波形相与，实现在钟内对压控振荡器的频率进行计数的功能。当计数时间产生电路输出高电平时,计数器开始对压控振荡器的输出频率进行计数。其相与后产生的波形图为:111'r1uuuuLmjn ii 厂 rt FI n >1.1a 7J4. 1 iw II Pri fa JpD.n V1gr十l-riBB-r'* 11iu -

27、rp iT pu-B ILIu. 1 O -O|o7 fl n lIiTTb1rT IB.a-vwift-I. I aSp.I.Xj D aV14rVTrI FM n r j «图20压控振荡器的输出波形与计数时间产生电路的输出波形利用二十进制计数器74LS90对脉冲信号进行计数，并通过 CD4511显示译码管将计数值显示出来。为实现计数器的清零功能，在这里设计了一个开关, 将74LS90的2号和3号管脚接在上开关，当开关打到高电平时，实现清零功能,当打到低电平时，实现计数功能。74LS90的管脚图和真值表为:DgoJT0H2.v-l H "31 II11 V r%

28、71;A> VX 11I Jlej 1 37 JI_S l>O BTKI rr-p-" T p T 咤UllH 11h口*Q vJh>£Lk丄 I1卜iHilp-I1LI-LKhrC7 in -1 1 I1-N尸1-l_MOu<jT II4hIC=*+H *-! hr N I Bl 4 S lie7 i-IIl-b r I 1K L Oc7"-p->- C n -WU© 匸-ITaZTAhJTa.6d"aUi_LL11h1=rIL_r Ik-i-f口l_b-1 IhTTfLLh图2174LS90的管脚图和真值表CD

29、4511的管脚图和真值表已在基本部分中做过详细说明，这里不再赘述。计数器、译码电路与数码管显示电路模块仿真设计图为:LA发挥部分整体电路图为:3=<m=s J fl*卄 FE7' 1 rWihlI-I-.日D n -E*1 cpnra.A冲 nnannn n ，J -j : _- 一亠二.一 - -匝 OWLVBC £* ssMMXSm-g- jiU-l-54TipKM iTVirt-+罷血- I伽HIE - .jp*"a二* 二亠尹柯矗才“仝"-d ftl-3feFIS-ivo-r¥s二 v£-擇_ryj.冷8£.1 5"-；£E B -n JBL.帛-3-1-二弓耙那- nJ®苣I二 W4m匕-0.二=-z §Ui_lart sa ；'E '5:AvE Q" s血0Em;.r_ -、.、-j、d-.d.tnM -:y hk