模拟电子技术课程设计晶体管电流放大系数β自动检测分选仪设计

广东石油化工学院课 程 设 计 说 明 书课程名称：模拟电子技术课程设计题 目：晶体管电流放大系数 自动检测分选仪设计2晶体管电流放大系数 自动检测分选仪设计一、 设计任务与要求选用低频小功率 NPN 管，测量直流电流放大系数；1 值的分档要求：， ， ， ， ，对应的分档号分别805128027140用 1、2、3、4、5 表示，并用数码管显示；2对应的色标分别是绿、蓝、紫、灰、白；3 值不在上述范围内的三极管，由数码管显示 0 来表示；二、方案设计与论证三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号。其中有个重要参数就是电流放大系数 。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是输入电流 倍的电流，即集电极电流Ic。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化。根据晶体管工作状态的不同，电流放大系数又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。 直流电流放大系数 直流电流放大系数也称静态电流放大系数或直流放大倍数，是指在静态无变化信号输入时，晶体管集电极电流 Ic 与基极电流 Ib 的比值，用 表示。 要测量三极管的电流放大倍数 ，必须给三极管以合适的静态偏置，如果三极管工作在线性放大区，若 Ib 一定，则 Ic 正比与 ，即有 Ic=*Ib .要将三极管按 值进行分档，可将三极管集电极电流 Ic 转化成相应的电压 VO 输出，VO 大小正比与 值，然后将 VO 信号同时加到具有不同基准电压的比较器的输入端进行比较，对某一定 VO 值，则与 VO 相比相对低基准电压比较器输出为低电平，与 VO 相应相对高基准电压比较器输出为高电平。例如分成六档，则需要六个电压比较器，六个比较器的输出便形成了 6 位二进制代码，将 6 位二进制代码进行分段式译码，便可驱动数码管显示出相应的档次代号并3点亮相对应的 LED 指示灯。图 1.1 总原理图方案一、偏置电路可以用直接输出集电极的电压在输入到电压比较器，如图，可是那样计算和麻烦，此时的电压表达式为：V0=VCC-*(VCC-Ube)*Rc/Rb,所以找另一个方案。图 1.2 偏置电路方案二、偏置电路用集成运放和电阻组成负反馈电路把集电极的电流转换成电压输出到电压比较器中此时的电压输出表达式为：V0=*(15-Ube)*R8/R1,电压与 成正比，计算方便。4图 1.3 三极管放大电路所以对比以上两种方案，因为方案一相对于方案二计算公式较为麻烦，而且后一种稳定性比较高，易于理解。所以本设计采用方案二。三、单元电路设计与参数计算1静态偏置电路电源采用直流稳压电源,由放点电路由三极管和运放组成,在三极管基极输入信号.运放输出端输出信号。要测量三极管的电流放大系数 ，必须给三极管以合适的静态偏置，若 IB 一定，则 IC 正比于 ，使三极管处于线性放大状态，则有 IC=IB。所以 IC 的变化反映了 的变化。电路如图：图 2.1 三极管放大电路5此时的 V0=*(15-Ube)*R8/R1，取 R1=10K，R8=21.1，Ube=0.8（使用探针测量）为了使三极管工作在线性放大区，输出的最大电压应该小 13V，则 V0 和 相对应的值为： 值 50 80 120 180 270 400V0(v) 1.5 2.4 3.6 5.4 8.1 12表 2.2 放大倍数2电压比较电路电压比较电路主要核心芯片为 OPAMP_3T_BASIC.三极管放大电路出来的信号接到 Vi.与适合的基准电压相比较.当信号电压大于基准电压时,比较电路输出约 15V 的高电平,当信号电压小于基准电压时,比较电路输出约-15V 的低电平，根据电压的输出，对各个电压比较器的基准电压进行设置，各个电阻如下:R7=45.5,R6+=27.2,R5=36.4,R4=54.5,R3=81.9,R2=118.1,电路图如下：图 2.3 电压比较电路3.译码电路译码电路由 74LS148 即 3 线-8 线优先译码器，74LS86 异或门，74LS04 非门组成。当经过电压比较电路之后，相应的静态偏置电路 VO 与基准电压比较输出的高低电平即二进制代码经过先后经过异或门，非门和 3 线-8 线优先译码器。从而获得对应输出，再将输出连接数码管即可显示相对应的档数位。根据要求 值的分档要求： ， ， ， ，8051280271，对应的分档号分别用 1、2、3、4、5 表示，并用数码管显示；4027值不在上述范围内的三极管，由数码管显示 0 来表示。由此最高与最低基准电压的比较器输出值，有 0，0；0,1；1,1；三种可能通过异或门运算即可获得0；1；0 相对应的结果。而其余档位的运算则通过相邻基准电压的比较器通过6异或门和非门获得相应的输出结果。由此可列得如下真值表：0 代表输出 VO 高于相对应基准电压1 代表输出 VO 低于相对应基准电压U2 U3 U4 U5 U6 U7 D2 D3 D4 D5 D6 D7 档位0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 00 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 10 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 20 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 30 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 40 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 51 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0表 2.4 译码电路真值表图 2.5 译码器功能表由于对应的 D2-D7 即 3 线-8 线优先译码器的 I2-I7 则获得对应输出相应的二进制数，从而在数码管上显示档数。7图 2.6 译码电路4.LED 驱动电路LED 驱动电路主要由 74LS86 异或门和 LEDX1-X5 组成。当静态偏置电路经过电压比较电路之后输出对应的高低电平。由于 值的分档要求： ，805， ， ， ，对应的色标分别是绿、蓝、紫、12088270140灰、白。所以将相邻的两个基准电压比较器连接异或门后再连接 LED 显示相应色标0 代表输出 VO 高于相对应基准电压及 LED 低电平1 代表输出 VO 低于相对应基准电压 LED 高电平8U2 U3 U4 U5 U6 U7 X1 X2 X3 X4 X50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 1 0 0 0 00 0 0 0 1 1 0 1 0 0 00 0 0 1 1 1 0 0 1 0 00 0 1 1 1 1 0 0 0 1 00 1 1 1 1 1 0 0 0 0 11 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0表 2.7 LED 驱动电路真值表图 2.8 LED 驱动电路四、总原理图及元器件清单1.总原理图910图 3.1 总电路2元件清单元件序号 型号 主要参数 数量 备注R1-R8 电阻 10k,45.5,27.2,36.4,54.4,81.9,118.1,21.18Q1 三极管 BC178AP,2N3859A,2N3416, 2N2924,2N3415, D44H8, ZTX6187U9 LED 显示器 DCD_HEX 1U8 优先编码器 74LS148D 1U4-U7 集成运算放大器OPAMP_3T_BASIC 6U11A-U15A 非门 5U24A-U28A,U13A 异或门 74LS86D 6X1