基于icl7107的β值测量仪

中南民族大学 电子技术课程设计报告 题 目 值测量仪 学 院 计算机科学学院 专 业 自动化 年 级 2012 姓 名 学 号 指导教师 陈 勉 2014 年 6 月 18 日 指导教师评语： 理论设计（仿真） 及设计过程情况 （40%） 作品质量完成效 果 （30%） 答辩效果、报告 内容 （30%） 总分： 指导教师签名： 2 电 子 技 术 课 程 设 计 任 务 书 设计题目： 值测量仪 学生姓名： 学号： 专业班级： 一、设计条件 1可选元件 三位半 A/D 转换器 ICL7107 芯片； 晶体管 5 个； 电阻器 若干；电位器 1 个； 电容器 若干；共阳 LED 数码管 四个 2可用仪器 万用表，示波器，交流毫伏表，信号发生器，直流稳压电源 二、设计任务及要求 1设计任务 根据技术要求和已知条件，完成选题电路的设计、装配与调试。 比例 电路 数字 电压表 转换电路 值 2设计要求 （1）直流稳压电源供电，可测量晶体管 值，要求： 测量范围：NPN 管 1200（可选：扩展至 500） PNP 管 1200（可选：扩展至 500） 最大误差：2.5%（可选：扩展至 1%） （2）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。包括：计算电路元件参数、选择元 件、画出总体电路原理图； （3）用软件仿真整体或部分核心实验电路，得出适当结果； （4）装配、调试作品，按规定格式写出课程设计报告书。 三、时间安排 1第 11 周：布置设计任务，讲解设计要求、实施计划、设计报告等要求，完成选题。 2第 1213 周：资料查阅，方案设计，模拟仿真，领取元件，开始实际制作。 3第 1416 周：分散开展实际制作及调试。 4第 17 周：集中制作与调试，作品检查、评价、验收，撰写设计报告。 5第 18 周：集中检查验收、答辩，提交设计报告。 指导教师签名： 年 月 日 3 目录 任 务 书 .2 摘要 4 1 设计思想 4 2 方案论证 4 3 单元电路设计 6 3.1-V 转换电路 6 3.2 A/D 转换电路 6 3.3 数码管电路 8 4 仿真测试 9 5 测试方案及测试结果 .10 5.1 测量工具 .10 5.2 测量方法及结果 .11 6 总结 .11 致谢 .12 参考文献 .12 附录 .12 附录一 元件及器件明细 12 附录二 调试图及实物图 12 附录三 电路图 13 4 值测量仪 摘要 本测量仪以三位半 LED 显示 A/D 转换芯片 ICL7107 作为数据处理芯片，通过转换电 路将前端采集到的电压值进行处理。将电压值（即晶体管的 值）通过 LED 数码管数码 管来实时显示被测三极管放大倍数 ，实现了三级管放大倍数的测量及其显示，显示比例 约为 1:1，数码管显示的值就是晶体管的 值。能够对 NPN 和 PNP 三极管进行 值测量， 被测三极管 值在 1300 之间（300 以上未实际测量，理论可行） 。测量仪采用5V 供电。 关键字：A/D 转换器 ICL7107 测量仪 晶体管 值 转换电路 LED 数码管 1 设计思想 设计电路测量三极管的 值，将三极管 值转换为其他可用仪器测量的物理量来进 行测量，如电压。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， 当 远远大于 1 时，I EIc。通过电压取样电阻上的电压变化，反映 值的变化。输出电 压可直接连接到芯片上，通过数码管显示。 2 方案论证 根据设计思路，首先为待测三极管产生一个稳定的基极电流，基极电流可有两种方法 产生： 方案一： 在 Vcc 与待测三极管基极之间加一大电阻调整阻值，使电流所要求的值，电路图如下： 5 方 案二： 设计微电流源为待测三极管基极提供恒定电流，通过计算参数使之产生所需的电流， 电路图如下： 图 2-1 NPN 晶体管转换电路 图 2-2 PNP 晶体管转换电路 图 2-3 NPN 晶体管转换电路 图 2-4 PNP 晶体管转换电路 6 方案论证：上述两个方案都能得到所需的恒定电流，其原理都是将变化得 值转化为 与之成正比变化的电压，再通过取样电阻取样。方案一是利用电阻分压，控制大电阻上的 电压，从而获得一个较稳定的 Ib 值，电路较简单，实现方便，成本较低，但 Ib 的控制不 够精确精确；方案二用微电流源为被测三极管提供基极电流 Ib，此设计方案能比较精确地 把 Ib 控制在所需值附近，其缺点是电路复杂，相对成本较高，不易实现。综合考虑，采用 方案一。 3 单元电路设计 3.1-V 转换电路 在下面的电路图中，左侧为 NPN 型晶体管转换电路，基极电阻为 130K,提供的基极 电流 IB33uA。电压取样电阻为 30，输出电压 Uo 也即 ICL7107 的输入电压 Ui 与被测 晶体管的 值成正比,比例为 1:1，即数码管显示的数字就是晶体管的 值。同理可计算 PNP 型晶体管的转换电路的参数。 图 3-1 晶体管转换电路 3.2 A/D 转换电路 ICL7107 是 31/2位双积分型 A/D 转换器，属于 CMoS 大规模集成电路，它的最大显示值 为士 1999，最小分辨率为 100uV，转换精度为 0.05 士 1 个字。能直接驱动共阳极 LED 数 码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士 5V 两组电源供电，并将第 21 脚的 GND 接第 30 脚的 IN 。在芯片内部从 V+与 COM 之间有一个稳定性很高的 2.8V 基准电源， 通过电阻分压器可获得所需的基准电压 Vref 。能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动 极性显示功能。 ICL7107 引脚功能： V和 V-分别为电源的正极和负极。 7 au-gu,aT-gT,aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十 位、百位 LED 显示器的 相应笔画电极。 Bck：千位笔画 驱动信号。接千位 LED 显示器的相应的笔画电 极。 Oscl-OSc3 ： 时钟振荡器的引出端， 外接阻容或石英晶体组 成的振荡器。第 38 脚 至第 40 脚电容量的选 择是根据下面公式来决 定： Fosl = 0.45/RC。 COM ：模拟信 号公共端，简称“模拟 地”，使 用时一般与 输入信号的负端以及基 准电压的负极相连。 TEST ：测试端，该 端经过 500 欧姆电阻接 至逻辑电路的公共地， 故也称“逻辑地”或 “数字地”。 图 3-2 ICL7107 引脚图 VREF VREF- ：基准电压正负端。 CREF：外接基准电容端。 INT：27 是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂 移现象的元件。 IN和 IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。 AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容 CAz 。如果应用在 200mV 满 刻度的场合是使用 0.47F，而 2V 满刻度是 0.047F。 BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻 Rint。其输出级的无功电流( idling current )是 100A，而缓冲器与积分器能够供给 20A 的驱动电流，从此脚接一个 Rint 至积分电容器，其值在满刻度 200mV 时选用 47K，而 2V 满刻度则使用 470K。 引脚 125 为芯片的数字接口引脚，引脚 2640 为芯片的模拟电路接口引脚。 TCL7107 共有两个满量程档位选择， 200mV 和 2V 量程的外围电路不一样。满量程 为 2V（最大显示 1999）的外围电路如下图所示，电压信号从 IN 端输入，外接四位共阳数 码管能直接显示输入的电压值。 8 图 3-3 ICL7107 2V 量程外围电路图 3.3 数码管电路 常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管如下图所示， 根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，可以判断 使用的是何总接口类型。 图 3-4 数码管引脚图 LED 数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正 向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电 流只有 12 mA，最大极限电流也只有 1030 mA，所以它的输入端在 5 V 电源或高于 9 TTL 高电平 (3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。 由于 TCL7107 芯片内置了 LED 驱动器件，故可直接接 LED 共阳数码管的段选而不 必接限流电阻，即个位的段 a,bg 直接连至芯片的 A1,B1G1，十位的段 a,bg，直接 连至芯片的 A2,B2G2，百位的段 a,bg 直接连至芯片的 A3,B3G3。各位数码管的共 阳端直接接+5v 电源，即可完成 ICL7107 数字部分电路的连接。 图 3-5 数码管接线图 4 仿真测试 图 4-1 NPN 晶体管仿真电压表显示 图 4-2 PNP 晶体管仿真电压表显示 10 图 4-3 NPN 晶体管仿真数码管显示 图 4-4 PNP 晶体管仿真数码管显示 5 测试方案及测试结果 5.1 测量工具 万用表 11 5.2 测量方法及结果 根据现有条件，取不同型号的 NPN 管 9013、8050 各一个，PNP 管 9012、8550 各一个， 分别用数字万用表和 值测量仪分别测出它们的 值并记录在下表，并计算误差。 表 1 测量数据表 管极性 型号 万用表测量 值 测量仪测量 值 误差 9013 179 175 2.2%NPN 8050 236 232 1.7% 9012 170 166 2.4%PNP 8550 242 246 1.6% 6 总结 通过本次实验，我更加深刻的理解了三极管的工作原理，对 NPN 型和 PNP 型三极管 的区别有了更深刻的认识。对 TCL7107 芯片的应用查阅了大量资料，掌握了它的使用。开 始的时候根本无从下手，后来查阅相关资料和请教老师后有了思路，才开始设计。7107 芯 片网上资料较多，只有分析原理，检验电路的可行性，进行仿真。过程也碰到了很多问题， 如仿真中没有 TCL7107，查阅资料后发现能用 TC7107 代替。 测量的误差相对较大，误差的存在是由于数字万用表提供的基极电流 IB 与测量仪提供 的基极电流不同引起的，即直流放大倍数 受到基极电流的微小影响。采用电流源提供基 极电流在方案二中分析了，虽然较精确但成本相对较高，元件较多，电路相对复杂，综合 考虑没有采用电流源。 12 致谢 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 参考文献 1 康华光电子技术基础（模拟部分） （第四版） 武汉：高等教育出版社， 2005.7 2 童诗白华成英模拟电子技术基础（第四版） 北京：高等教育出版社， 2006.5 附录 附录一 元件及器件明细 表