模电课程设计报告-三极管β值数显式测量电路设计

1、.XX石油化工学院课程设计说明书小初号字距4磅黑体加黑居中课程名称：模拟电子技术课程设计 题 目： 三极管值数显式测量电路设计学生姓名：专 业：班 级：学 号：指导教师： 日 期：年月日三极管值数显式测量电路设计一、设计任务与要求 可测量NPN硅三极管的直流电流放大系数值设200。测试条件如下：允许误差为2%。,且对于不同值的三极管,的值基本不变。 该测量电路制作好后,在测试过程中不需要进行手动调节,便可自动满足上述测试条件。 用二只LED数码管和一只发光二极管构成数字显示器。发光二极管用来显示最高位,它的亮状态和暗状态分别代表1和0,二只数码管分别用来显示拾位和个位,即数字显示器可显示不超过

2、199的正整数和零。 测量电路应设有E、B和C三个插孔。当被测管插入插孔后,打开电源,显示器应自动显示出被测三极管的值,响应时间不超过两秒钟。 在温度不变200C的条件下,本测量电路的误差之绝对值不超过 ,这里的是数字显示器的读数。 数字显示器所显示的数字应当清晰,稳定、可靠。二、方案设计与论证由于值范围为0-199,因此百位数只有0和1两种情况,因此百位显示可以考虑不用译码管直接输出显示0时无显示,1时显示1,总共只用两个译码管即可示可以 。根据三极管电流IC=IB的关系,当IB为固定值时,IC反映了的变化,电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化, 这样,被测三极管就可以通过-V转换电路把

3、三极管的值转换成对应的电压。译码器计数器555多谐振荡电路积分器+滞回比较器-v转换被测三极管显示模块方案一译码器计数器555多谐振荡电路积分器+滞回比较器-v转换被测三极管显示模块方案一说明：积分器+滞回比较器：理论上能够使-v转换模块的输出电压转换为f输出。555多谐振荡电路：产生1s的高电平与v-f转换电路的f一起输入门后得到f。被测三极管显示模块译码器计数器555多谐振荡电路LM741-v转换方案二被测三极管显示模块译码器计数器555多谐振荡电路LM741-v转换方案二说明：LM331：LM331是定时器型电荷平衡v-f转换器。LM741在输入电压的正常变化范围内输出信号频率和输入电压

4、之间保持良好的线性关系,转换误差可减小到0.01%。输出信号频率的变化范围约为0100khz。译码器计数器555单稳态电路LM741-v转换被测三极管显示模块方案三译码器计数器555单稳态电路LM741-v转换被测三极管显示模块方案三说明：555单稳态电路：输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间,而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。tw=1.1RC方案一：v-f模块是由积分器+滞回比较器搭建而成,电路走线复杂,同时工作电路难以调试,不稳定。计时脉冲模块由于是多谐振荡电路,计数器会对f多次计数,考虑到能够选用的计数芯片CD4518是高电平清零的,这会占用计数时间,而且搭建电路比较复

5、杂。方案二：选用了LM741芯片搭接v-f转换电路,电路简单,稳定度高,但由于计时模块还是采用了多谐振荡电路,所以清零电路搭接麻烦,同时相比与555单稳态电路来说,电路复杂。方案三：集合了方案一和方案二的优点,采用了LM741模块和555单稳态模块,由于没有多次计数,使得清零信号可以由手动清零,显示电路采用了CD4511-CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器,可以维持显示保持,避免出现叠加现象。综上所述从电路的复杂性,稳定性,等各个方面考虑,选择了方案三来实现这次课程设计。三、单元电路设计与参数计算主要单元电路设计和参数计算：VX转换电路； VXf 转换电路：压控振荡器； 计数时间产生电路

6、； 计数、译码、显示电路； 清0信号产生电路等。1-VX转换电路 Vx = IbR2IB1IBIB1IB=10A,允许误差2%；测试条件RbRCVCCIB =VCC VBE RbIC只需选择合适的Rb,而IC = IB 。IC与成正比。214VVCE16V,且对不同值的三极管, VCE的值基本不变。 即其值不受IC影响,则路中不能有RC 。VX极性为正RVX极性为正R2324cbe-15VVX5.1K KKKK K kR34.7kR11.5M如图所示,的转换电路是由运放LM324和电阻R1、R2、R3等元件组成的固定偏流电路。对于三极管,在饱和区随的增加而增加；再放大区基本保持不变,并且对于不

7、同的,的值也不同,因此要求固定=10uA,14V16V,且对于不同的值,不变,则集电极回路中既不能有Rc,也不能有Re。根据运放的反相端为虚地,可将三极管的射极直接接到-15V的电源上,即可满足14V16V。根据运放LM324反相输入端虚地以及IB=10A的条件,则R1=1.5M。R1=15-0.7V/10A运放LM324和R2、R3构成的电压并联负反馈使,所以取为运放电路的输入电流。由图不难看出,由于运放虚地条件以及它不取电流,并且=,所以=R2,当为最大值 时=13V确定R,则R=6.5K。所以取R=5. 1K。根据运放输入段与外接等效电阻应尽量相等,取R3=4.7K。VXf 转换电路：压

8、控振荡器积分电路是实现波形变换、滤波等信号处理功能的基本电路,它可以将周期性的方波电压变换为三角波电压。当T导通时,积分电路的等效电路如图2.1所示,集成运放A同相输出端的电位为图2.1反相输入端电位 EQ 。积分电路的输出电压为当T截止时,积分电路的等效电路如图2.2所示,Up1、Un1不变,仍为。积分电路的输出电压为图2.2比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端,形成正反馈,待比电压V1较加在反相输入端。比较器虽然有闭合环路,但由于该环路引入的是正反馈,电路增益更高,运放依然属于开环工作。在实际运用中,利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。例如,在过零检测器中,若是如正弦电压上叠

9、加噪声和干扰,则由于零值附近多次过零,输出就会出现错误阶跃。采用迟滞比较器,只要噪声和干扰的大小在迟滞宽度内,就不会引起错误的阶跃。 A2构成的是反相输入的滞回比较器,其输出电压Uo决定于由R7和稳压管Dz组成的限幅电路,输出高电平,输出低电平,阈值电压 EQ 为 EQ ,当Rw的滑动端在最左端时,；当滑动端在左右端时,。过零比较器,图2.3图2.3过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高电平还是低电平,例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时,在正弦波的正半周时输出为低电平,而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就把正弦波变成矩形波了,当然它还可以将三角波等波形

10、变换为矩形波。计数时间产生电路图3.2所示为单稳态触发器的电路和波形图。单稳态触发器在数字电路中常用于规整信号的脉冲宽度TW：将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后,可输出脉宽一致的脉冲信号。另外,单稳态触发器也常用于定时器电路中,调整RC的值可以得到不同的定时值。单稳态触发器采用电阻、电容组成RC定时电路,用于调节输出信号的脉冲宽度TW。在图3.2a的电路中,Vi接555定时器的端,其工作原理如下：稳态触发前：Vi为高电平时,VTR=1,输出VO为低电平,放电管T导通,定时电容器C上的电压6、7脚电压VC = VTH = 0 ,555定时器工作在保持态。触发：在Vi端输入低电平信号,555定时

11、器的端为低电平,电路被低触发,Q端输出高电平信号,同时,放电管T截止,定时电容器C经R+RW充电,VC逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中,如果Vi恢复为高电平VTR=1,但VC充电尚未达到VCC时VTH=0,555定时器工作在保持状态,VO为高电平,T截止,电容器继续充电。恢复稳态：经过一定时间后,电容器充电至VC略大于VCC ,因VTHVCC使555定时器高触发,VO跳转为低电平,放电管T导通,电容器经T放电,VC迅速降为0V,这时,VTR=1,VTH=0,555定时器恢复保持态。图3.1 微分电路图3.2 单稳态触发器电路与波形图高电平脉冲的脉宽TW：当VO输出高电平时,放电管T截止,电

12、容器开始充电,在电容器上的电压VCC这段时间,VO一直是高电平。因此,脉冲宽度即是由电容器C开始充电至VC=VCC的这段暂稳态时间。图3.1 微分电路图3.2 单稳态触发器电路与波形图脉冲宽度计算公式：Tw1.1C。其电路图如下：4.计数,译码,显示电路计数选择74LS90,包含一个二进制和五进制计数器,将前者输出端QA与后者输入端CPB相连构成十进制BCD码计数器,要正常计数需置9端接地,置0端接清零信号。5.清零信号电路 清零信号宽度two近似0.7R13C4。清零信号不能太窄,因此考虑two0.4s;Two应远远小于计数脉冲最小周期Txmin；T xmin=30ms/199=150S。因

13、此0.4S0.7R13C4150S,取C4=470P,R13=56K。四、总原理图及元器件清单1总原理图2元件清单元件序号型号主要参数数量备注R35.1k1R7300k1R14.7k1U1LM324AD1R1010k1R924k1R815k1C1330pF1R61.8k1R5180k1R111.8M1R12110k1C20.33F1C30.01F1U6NAND21U574LS90N1U774LS90N1U874LS49N1U974LS49N1C4470pF1R1356k1U10NOT1U11NOT1U12NOT1R1443k1U13SEVEN_SEG_COM_K1U14SEVEN_SEG_CO

14、M_K1A1555_VIRTUAL1R153901R163901R173901R183901R193901R203901R213901R223901R233901R243901R253901R263901R273901R283901U474LS74D1D11DH621R4330k1R291.5M1R302.2k1U16NOT1U15LM741N1U17LF741N1X5PROBE_RED1LED2LED_red1R22001Q12N62741五、仿真调试与分析结论与心得 通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关数电模电以及multisim等方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又