模电课程设计报告_三极管β值数显式测量电路设计

广东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β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β值数显式测量电路设计一、设计任务与要求⑴ 可测量NPN 硅三极管的直流电流放大系数β值（设β<200）。

测试条件如下：① ,10A I B μ=允许误差为±2%。

② V V V CE 1614≤≤，且对于不同β值的三极管，CE V 的值基本不变。

⑵ 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。

⑶ 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199的正整数和零。

⑷ 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β值，响应时间不超过两秒钟。

⑸ 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11005+N ，这里的N 是数字显示器的读数。

⑹ 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β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I C =βI B 的关系，当I B 为固定值时，I C 反映了β的变化，电阻RC 上的电压V RC 又反映了IC 的变化， 这样，被测三极管就可以通过β-V 转换电路把三极管的β值转换成对应的电压。

方案一方案一说明：积分器+滞回比较器：理论上能够使β-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 。

方案二被测三极管β-v 转换积分器+ 滞回比较器(v-f 转换)555多谐振荡电路 (计时脉冲)计数器译码器显示模块 ＆LM741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0~100khz。

方案三被测三极管β-v转换LM741(v-f转换)555单稳态电路(计时脉冲)计数器译码器显示模块＆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：•β—VX转换电路；• VX—f 转换电路：压控振荡器；•计数时间产生电路；• 计数、译码、显示电路； • 清0信号产生电路等。

1．β-VX 转换电路 Vx = βIb ×R2后面还应加一个电流到电压的转换电路从而构成——电压并联负反馈。

I B（1）I B =10μA ，允许误差±2%；测试条件R bR CV CCI B =V CC － V BER bI C只需选择合适的R b ，而I C = β I B 。

I C 与β成正比。

（2）14V<V CE <16V ，且对不同β值的三极管， V CE 的值基本不即其值不受I C 影响，则路中不能有R C 。

如图所示，β—X V 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C I 随CE V 的增加而增加；再放大区CI 基本保持不变，并且对于不同的B I ，C I 的值也不同，因此要求固定B I =10uA,14V ＜CE V ＜16V ，且对于不同的β值，CE V 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14V ＜CE V ＜16V 。

根据运放LM324反相输入端虚地以及I B =10μA 的条件，则R1=1.5M 。

[R1=（15-0.7）V/10μA]运放LM324和R2、R3构成的电压并联负反馈使X V ∝ C I ，所以取C I 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C I =βB I ，所以X V =βC I =βB I R 2，当β为最大值(199) 时max V =13V 确定R 2，则R 2=6.5K 。

所以取R 2=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 。

2.VX —f 转换电路：压控振荡器324＋－ c be-15VV X5.1K R 34.7k R 1 1.5MR 22R I V B X ⋅=βV X 极性为正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R2U1UA741CD3247651C1/3U1Uo1图2.111434131u u R R R u p ∙=∙+=反相输入端电位11P N u u =。

积分电路的输出电压为()()010*******t u t t u C R u o o +-⎪⎭⎫⎝⎛-∙-=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3/1u 。

积分电路的输出电压为R2U1UA741CD3247651C1/3U1Uo1R1图2.2()()()()11121`21111211211321311t u t t u C R R t u t t u u C R R u o o o +-∙+-=+-⎪⎭⎫ ⎝⎛-∙+-=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V U U OH 62=+=，输出低电平V U U O L 62-=-=，阈值电压TH U 为Z WTH U R R R R U ∙++±=±655，当Rw 的滑动端在最左端时，V U TH 3±=±；当滑动端在左右端时，V U TH 4.2±=±。

过零比较器，图2.3U1NJM4250D32476518R21.78ΩR11.78ΩR32.8ΩD102BZ2.2D202BZ2.2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变换为矩形波。

3.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（T W ）：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T W 。

在图3.2（a ）的电路中，V i 接555定时器的TR 端，其工作原理如下：稳态（触发前）：V i 为高电平时，V TR =1，输出V O 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）V C = V TH = 0 ，555定时器工作在“保持”态。

触发：在V i 端输入低电平信号，555定时器的TR 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+R W ）充电，V C 逐渐升高。

电路进入暂稳态。

在暂稳态中，如果V i 恢复为高电平（V TR =1），但V C 充电尚未达到32V CC 时（V TH =0），555定时器工作在保持状态，V O 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V C 略大于32V CC ，因V TH >32V CC 使555定时器“高触发”，V O 跳转为低电平，放电管T 导通，电容器经T 放电，V C 迅速降为0V ，这时，V TR =1，V TH =0，555定时器恢复“保持”态。

高电平脉冲的脉宽T W ：当V O 输出高电平时，放电管T 截止，电容器开始充电，在电容器上的电压<32V CC 这段时间，V O 一直是高电平。

因此，脉冲宽度即是由电容器C 开始充电至V C =32V CC 的这段暂稳态时间。

脉冲宽度计算公式：T w ≈1.1(R+R W )C 。

其电路图如下：C 103R 10KVi方波输入Vo尖脉冲+5V..图3.1 微分电路图3.2 单稳态触发器电路与波形图T H6T R 2DIS7V C C8R4Q3G N D1VC5555VCCVcVcViVo ViVo T wV1V2t tt(b) 波形图(a) 单稳态触发器电路..R3KRW100KC1103C21034.计数，译码，显示电路Q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。