三极管β值数显式测量电路设计

大学 课 程 设 计 2010 年 7 月 11 日 课 程 电子技术课程设计 题 目 三极管 值数显式测量电路设 计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 课程设计任务书 课程 电 子 技 术 课 程 设 计 题目 三极管 值数显式测量电路设计 专业 自 动 化 姓名 学号 主要内容： 根据设计要求，运用所学的电子技术及电路基础等知识，自行设计一个三极管 值数显式测量电路，用数码管和发光二极管显示出被测三极管的 值，从而读数直观， 误差较小。 基本要求： 1 可测 NPN 硅三极管的直流电流放大系数 值（设 小于 200） ，测试条件如下： （1） Ig=10 ,误差为2% （2） VCE 为 14 到 16V，且对于不同 值的三极管，V CE 的值基本不变。 2 用二只 LED 数码管和一只发光二极管构成数字显示器。发光二极管显示最高位，它的 亮状态和暗状态代表“1”和“0” ，两只数码管显示拾位个位，即可显示 0 到 199 的正 整数。 3 在温度不变（20）时，本测量电路误差的绝对值不超过“0.05*数字显示器读数+1” 。 4 数字显示器所显示的数字应当清晰，稳定、可靠 主要参考资料： 1童诗白.模拟电子技术基础 M.北京：高等教育出版社，2006. 2张凤言.电子电路基础 M.北京：高等教育出版社，1995. 3电子电路百科全书编辑组. 电子电路百科全书M .北京：科学出版社.1988. 4彭介华.电子技术课程设计指导M.高等教育出版社，1997. 5李哲英等实用电子电路设计M北京：电子工业出版社,1997. 6陈永甫.新编 555 集成电路应用 800 例.电子工业出版社，2000. . 完成期限 2010.7.5-7.11 指导教师 专业负责人 2010 年 7 月 4 日 目 录 1 任务和要求.1 2 总体方案设计与选择.1 2.1 任务分析 1 2.2 设计思路1 2.3 系统概述1 3 电路总原理框图设计.2 4 单元电路设计.3 4.1 转换电路3 4.2 优频转换电路4 4.3 控制计时电路5 4.4 计数电路5 4.5 译码与显示电路6 5 单元电路的级联设计.7 6 设计总结.7 参考文献.8 附 录.1 电子技术课程设计（报告） 1 1 任务和要求 (1)任务：设计一个三极管 值数显式测量电路，用数码管和发光二极管显示出 被测三极管的 值。 (2)探测器性能要求: 1 可测 NPN 硅三极管的直流电流放大系数 值（设 小于 200） ，测试条件如下： IB= 10,误差为2% VCE 为 14 到 16V，且对于不同 值的三极管，V CE 的值基本不变。 2 测量电路应设有 E、B、C 三个插口，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。 3 在温度不变（20）时，本测量电路误差的绝对值不超过“0.05*数字显示器读数+1” 。 4 数字显示器所显示的数字应当清晰，稳定、可靠 2 总体方案设计与选择 2.1 任务分析： 在设计任务中要求我们显示三极管的 值，同时允许基极电流 IB=10,允许误 差为2%。所以我们觉得这部分电流应该由微电流源提供。VCE 为 14 到 16V，且对于不 同 值的三极管，VCE 的值基本不变。我们采用直接与一个 VCC相连，在它的下端加一 个小电阻，保证 VCE的值基本不变。对于自动显示出被测的三极管的 值，响应时间 不超过两秒钟。我们采用了数码管显示并利用到 A/D 转换将模拟信号转变为数字信号。 2.2 设计思路： 通过设计一个微恒流电路使其流过待测的三极管，经三极管放大后在流过一个电 阻，通过测量这个电阻两端的电压就能知道流过该电阻的电流，即三极管放大的基极 电流，从而知道三极管的放大倍数。并且按下述模式进行设计： 单元设计 功能块划分 子系统设计系统总成 系统分解 图 1 设计模式图 2.3 系统概述 是三极管共射电流放大系数，不是一个能够直接测量的物理量，一般不区分直 流和交流下放大系数。对于直流，有 =（Ic-IcEQ）/IBIC/IB|UCE=cons,忽略 ICEQ，固定 IB、UCE 的值，IC 的值跟 值成正比，通过测量 IC，选择一定的比例系数 k，由 =IC/k 测量 。测量 的问题转化为对 IC的测量。 为了使数字测量设备能够测量模拟量，本电路需要使用 ADC，直接型 ADC 是把输入 的模拟电压信号直接转换为相应的数字信号，所以还要对 Ic 进行电流电压转换。A/D 转换后就可以用数字显示了。下面是逻辑框图设计： 七段译码器 七段译码器 10 进制 计数器 10 进制 计数器1 位锁定器 清零信号产生电 路 与 门 计数时间产生电路 压控振荡器 /Vx 转 换电路 被 测 三 极 管 图 2 逻辑框图 但是这次设计没有完全使用逻辑方法，因为对它认识不够多，希望在以后的学习 中会用到它。 电子技术课程设计（报告） 3 3 电路总原理框图设计 电流电压转换三极管的 Ic 4 单元电路设计 4.1 转换电路 图 4 转换电路电路图 以上电路包含了一个微电流源与一个差分放大电路。 A/D 转换 显示测量值 图 3 原理框图 图 5 微电流源电路 （1） 值与 Ic 有关； （2）小功率管的 值在 Ic=2 至 3mA 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=30，因为参考电流 IR=（Vcc-VBE2）/R R1=(Vcc-VBE1)/IR 已知 VBE1=0.7V 得，R1=4.3K，取 R1=3.3K。 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。综上所述： R1=3.3K，R2=20K，R3=3.3K，R4=220，R5=R6=R7=R8=30K。 差动放大电路： 根据三极管电流 IC=IB 的关系，被测物理量 转换成集电极电流 IC，而集电极 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。差动放大电路 如下: 图 6 差动放大电路图 根据理想运放线性工作状态的特性，利用叠加原理可求得： 120 *3)1( ifif uRRu ，取电路参数：R1=R2=R3=Rf，uo=ui2-ui1。可见，输出电压值等于两输入电压值之差， 实现想减功能。其中运算放大器采用集成电路 LM311。 4.2 优频转换电路 电子技术课程设计（报告） 5 LM331 实现电压与频率的转换。F=K*V1=KIBR4,K=RS/(2.09RTCTRL)。可以令 f=，则计数器恰好在一秒内记下所有脉冲数。通过计算拼凑可以得出： Rs=4.7K,RT=RV=10K,RL=150K,CT=0.01F，CL=1F，C2=0.01F。 4.3 控制计时电路 工作原理和功能说明：把 NE555 接成单稳态电路，利用触发后产生的持续高电平 来控制计数器计时，根据设计的思路，要产生一秒的持续高电平。 NE555，其封装图如下： 图 7 NE555 引脚排列图 所接正电源为 5V。要实现计数一秒，即 tw=1.1R9C1=1S,故可凑得 R9=90K，C1=10F。 4.4 计数模块 说明：每个时钟周期计数器，计数一次。由于是计数一秒，故根据前面的关系， 计数器最终的数值就是所要测的 值。 工作原理和功能说明：V2 加在第一片计数器 CD4518 的 CP1A端上，V0 加在 CP0A 上，故当 1S 的高电平 V2 来临时，实现的是计数器在 BCD 模式下十进制计数，当 1S 的 低电平 V2 变为高电平时，此时为保持模式，用于显示。由于 CD4518 是双的 BCD 码假 发计数器，故可将其中一个计数器的最高位不妨假定为 1Q4 接在另一个计数器的脉冲 输入端 CP0B 端，CP1B接 CP1A，这样一片 CD4518 就可以实现一个 BCD 码的百位计数 器！2Q4 可以接在另一片 CD4518 上，实现百位计数。控制端与第一片相同。 CD4518 功能表如下： 表 1 CD4518 功能表 见下页。 输入 CP CR EN 输出功能 L H 加计数 L L 加计数 X H L L L L X L 保持 X H X 全部为 L 4.5 译码与显示电路 运用 CD4511，CD4511 封装图如图 8，其中：A、B、C、D 为数据输入端， LT、BL、LE 为控制端，a 到 g 为输出端，其输出电平可直接驱动共阴数码管进行 0 到 9 的显示。并且参照 CD4511 真值表。 电子技术课程设计（报告） 7 图 8 CD4511 封装图 5 单元电路的级联设计 将转换电路、优频转换电路、控制计时电路、计数电路、译码与显示电路依照正 确的顺序连接，就构成了完整的三极管 值数显式测量电路的原理图，元件清单如附 录。 6 设计总结 通过为期一周的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏。我深深的感觉到自 己知识的不足，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。 根本不知道在现实中还存在有很多问题。真正的能将自己的所学知识转化为实际所用 才是最大的收获，也就是说真正的能够做到学为所用才是更主要的。设计一个很简单 的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多，我也上网搜集资料，在网 上获取了大量的知识，通过这次课程设计，我对电子技术更加产生了兴趣，同时，我 也意识到只要认真钻研努力下去就会成功的，在以后的学习中要树立足够的信心，这 样才更容易成功。 设计电路时，要考虑到它的前因后果，用什么样的电路实现什么什么样的功能。 另外，还要考虑到电路的可行性，实用性等。本次课程设计要求多学科知识综合应用， 锻炼了设计者的动手能力，加深了对各个学科的理解和掌握，对后续课程的学习做了 铺垫。 总之，通过这次课程设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提 高了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。使我的综合能力有了一个提 高。 参考文献 1童诗白.模拟电子技术基础 M.北京：高等教育出版社，2006. 2张凤言.电子电路基础 M.北京：高等教育出版社，1995. 3电子电路百科全书编辑组. 电子电路百科全书M .北京：科学出版社.1988. 4彭介华.电子技术课程设计指导M.高等教育出版社，1997. 5李哲英等实用电子电路设计M北京：电子工业出版社,1997. 6陈永甫.新编 555 集成电路应用 800 例.电子工业出版社，2000. 电子技术课程设计（报告） 1 附 录 元器件名 称 元件标称值或型号 电阻 220*1,330*6,3.3k*2,4.7k*1，10k*1 30k*4，90k*1，150k*1 三极管 9012*2，NPN 型的三极管个一个 集成电路 LM324*1,LM331*1,NE555*1,CD4511*2,CD4518*3 电容 CT=0.01F,CL=1F,C1=10F,C2=0.01F 显示器 共阴数码显示管*3 大学课程设计成绩评价表 课程名称 电 子 技 术 课 程 设 计 题目名称 三极管 值数显式测量电路设计 学生姓名 学号 指导教师姓名