北邮电子电路综合设计实验报告——晶体管放大倍数检测电路的设计与实验

晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现

实验报告

【摘要】

晶体管是工程上常见的一种元器件，放大倍数为其基本参数。为了检测出不同晶体管的放大倍数的粗略值，本实验利用集成运放和发光二极管，将晶体管的放大倍数分成若干个档位进行测量。利用本实验的电路，可以成功实现对晶体管类型的判断，对晶体管放大倍数的档位测量，并在β>250时实现报警。放大倍数的检测对于晶体管的工程应用具有重要意义，对于任意一个晶体管，在工程应用前，都应检测出它的类型及放大倍数。

【关键词】

电子电路设计测量晶体管放大倍数β

【实验目的】

1、加深对晶体管β值意义的理解；

2、了解并掌握电压比较器电路和发光二极管的使用；

3、提高独立设计电路和验证实验的能力。

【设计任务和要求】

【基本要求】

1、设计一个简易晶体管放大倍数β检测电路，该电路能够实现对三极管β值大小的初步判断。系统电源DC±12V

2、电路能够检测出NPN、PNP三极管的类型；

3、电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200和小于150四个档位进行判断；

4、用发光二极管来指示被测三极管的放大倍数β值属于哪一个档位，当β超出250时二极管能够闪烁报警；

5、在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小；

【提高要求】

1、电路能够将PNP型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200和小于150四个档位进行判断，并且能手动调节四个档位值的具体大小。

2、NPN、PNP三极管β档位的判断可以通过手动切换。

【设计思路】

简易双极型三极管放大倍数β检测电路的设计总体框图如下所示：

电路由五部份组成：三极管类型判别电路、三极管放大倍数β档位判断电路、显示电路、报警电路和电源电路。

三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型三极管的射极、基极、集电极电流流向均相反的特性而实现的。对于一个NPN型的三极管，若要工作在放大区，则其基极与射极之间电压应为正向电压，且集电极的电位要比基极电位高。而对于PNP型的三极管则相反。

三极管放大倍数档位判断电路的功能是利用三极管的分配特性，将β值的测量转化为对三极管电流或电压的测量，同时能够对档位进行手动调节。再通过电压比较器，实现档位的判断。我们知道对于一个电压比较器，若其正输入端输入的电压高于其负输入端的电压值，则其输出为高电平，反之为低电平。利用这个特性可以实现对前一级电路的输出电压进行判断并处理。

显示电路主要由四个发光二极管与四个限流电阻串联组成，接在三极管放大倍数档位判断电路下一级，不同的运放输出电压的不同，将导致被点亮的二极管不同。

报警电路主要由一个555计时器和一个发光二极管实现。通过555计时器输出端高低高电平的变换而实现二极管亮和灭的轮换。

电源电路的功能是为各模块电路提供直流电源。

【所用仪器及元器件】

1、万用表

2、直流稳压电源

3、集成运算放大器2个

4、555定时器1个

5、发光二极管6个

6、电位器1个

7、实测双极型晶体管若干个

8、电阻电容若干个

【电路设计及功能实现】

一.三极管类型判断电路

NPN型管判断电路如下图1(左)所示，PNP型管判断电路如下图1(右)所示，由于NPN型和PNP型三极管的电流流向相反，当两种不同类型的三极管按下图的其中一种连接方式接入电路时，如按图左将晶体管接入电路，将集电极接上端，发射极接下端，那么NPN型三极管能够正常导通，发光二极管亮，而PNP型三极管无法导通，从而发光二极管不亮。因此，由二极管的亮和灭就能够判断出三极管的类型是NPN还是PNP。

Vc Ve

图1（左）图1（右）对于这个电路图有几点说明，电路中加了一个电位器Rp，其主要作用是改变三极管一端连接的电阻的阻值，从而达到对于同一个三极管，可以改变Vc点的电位，从而实现在电路中手动调节四个档位β值具体的大小，与后面的电路相连从而实现电路的检测功能。

发光二极管串联了一个稳压管，标定的稳压值为3.3V，其作用是限制发光二极管两端的电压，防止发光二极管两端电压过大而烧坏。

二、三极管放大倍数β档位测量电路和显示电路

首先，先介绍一下LM358的结构及主要参数。

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。LM358的电路结构如图2所示。

由图2可以看出，一个LM358芯片有8个端

口，编号分别为1～8。其中端口8为电源输入端，

在单电源条件下其可取电压值为3～30V；端口4

是接地端；端口2是其中一个运算放大器的反相输

入端，端口3则为该运算放大器的同相输入端。端

口6为另一个运算放大器的反相输入端，端口5

则为该运算放大器的同相输入端，端口1和7分别

为两个电压比较器的输出端。图2

运算放大器在本电路中所起的作用为电压比较器的作用。一个最基本的电压比较器有两个输入端和一个输出端，两个输入端包括同相输入端和反相输入端，分别记为V i+和V i-。当

同相输入端的输入电压高于反相输入端（即V i+> V i-）时，输出端输出为高电平；否则输出为低电平。

三极管放大倍数β档位测量电路和显示电路如图3所示

Vc/Ve

图3

当之前接入的三极管类型判断电路为NPN型管判断电路时，若电路接入NPN型三极管，电路中电流电压表达式为：

由上式可知，由于R1为给定电阻，则为定值。通过三极管电流分配关系将转换为β，则电压Vc将随β减小而增大，这就把β转换为电压量，便于进行β档位的测量。

当之前接入的三极管类型判断电路为PNP型管判断电路时，若电路接入PNP型三极管，电路中电流电压表达式为：

可见，电压Ve将随β值的变化而变化，也可以通过调节R2的阻值大小调节所测β值档位的大小。

由上面的公式可设计出该部分的电路如图3所示，其中的电压比较器都用独立的元件画出。

可见其核心部分是由三个运算放大器构成的三个电压比较器。所有的运算放大器的反相