青岛大学自动化课程设计报告

半导体NPN三极管值测量仪设计报告摘要本设计由集成运算放大器LM324比较电路、555波形发生电路、解码电路等模块组成。微电流源被设计成将输出电流连接到待测三极管的基极，以向基极提供恒定电流。电流由三极管放大。比较电路用于将变化的模拟量转换成高低电平，由CD4532编码，由CD4511解码，由数码管显示。显示部分将三极管的输出电流连接到555，形成一个流控振荡器。用另一个555来构建单稳态触发器。两个555相位的输出被输出到十进制计数器。通过计数器计数后，它们被锁定。最后，它们通过解码器，用7段数码管显示值。关键词：NPN三极管值，流量控制振荡器，单稳态触发器一、设计主题和要求设计并制造了一种自动测量三极管DC放大系数取值范围的装置。1、将测得的NPN三极管值分成三档；2.值的范围分别为80 120和120 160，对应的160 200步数分别为是1，2，3。当待测三极管为空或小于80时，显示0，当超过200时，显示4。3.用数码管显示值的等级；4.用数码管显示值(显示部分)；5.响应时间不得超过2秒，显示器应显示清晰的读数(显示部分)。二。方案的比较和论证根据课题要求，测试仪由以下模块组成：信号产生模块、信号采集模块、信号转换模块和计数显示模块。三极管测试仪的框图如图1-1所示。信号采集信号变换计数显示信号生成图1-1系统框图2.1信号生成模块方案一：被测三极管组成放大电路，Q2为被测三极管，其基极电流可受R1和L1限制，三极管的值转换成电压输出：VR2=* IB * R2。电路图如图1-2所示。图1-2放大电路方案二：用三极管组成微电流源产生恒定电流，然后由三极管放大产生电流。方案1具有简单的电路，但是IB的精度难以调节。方案2构成了干扰较少的电流源，因此我们采用方案2。2.2信号采集模块放大器LM324用于收集三极管产生的放大电流，以产生相应的高电平和低电平。2.3信号转换模块(播放部分)方案一：采用压控振荡电路，采用积分电路和滞环比较电路将电压转换成相应的频率。方案二：采用线性电压控制。使用电流源和555定时器，电流源首先用于产生可转换的电流，然后由电流源产生的电流被馈送到555定时器，以通过对电容器充电和放电来产生相应频率的电压控制。经过比较，由于压控振荡产生的信号负载能力较弱，容易被计数器遗漏，所以我们采用负载能力较强的第二线性压控电路。2.4计数显示模块方案一：直接用计数器计数，然后通过编解码电路输出相应的值。方案2:在计数器后面增加一个锁存器来锁定数据，并将其发送到解码器进行解码和显示。由于本课题要求的响应时间小于2秒，显示读数清晰，方案1的电路简单，能够很好地满足课题要求，所以我们选择方案1。3.理论分析与计算3.1信号生成模块微电流源的电路图如下图3-1所示。图3-1微电流源根据公式(1)和(2)首先，选择输出电流Ic=30A，电流Ir=1mA，计算r=4.3k，Re=3.1k，选择r=3.3k，re=3.3k。此时，Ir=1.30mA，Ic=31A可通过根试验获得。3.2信号采集模块用待测的NPN三极管组成放大电路，将三极管的值转换成可以直接测量的集电极电压，为比较电路提供采样电压。电路图如图3-2所示。图3-2电压比较模块这个电路把三极管的值转换成d用555形成射流振荡回路起到电压-频率转换的作用。电路图如图3-3-1所示。由于74LS90在上升沿到来时锁存数据，所以对应于参考信号低电平的计数是有效的。从555输出波形图可以看出，低电平持续时间=RBCln2，因此，RA的选择对电路没有影响。项目要求的响应时间小于2s。在这里，选择计数时间。=RBCln2=100ms毫秒选择电容C=1F，可以计算Rb=145 k。因此，选择Rb=150 k电阻，计数时间t为104 ms。图3-3-1流量控制振荡器电路使用555形成单稳态触发器(如图3-3-2所示)产生高电平跳变，该跳变通过与门被发送到计数器，以对高电平周期期间流体振荡电路的高电平数进行计数，从而将频率转换成高电平数，并最终将其显示在数字管上。图3-3-2单稳态触发器对于单稳态触发电路，输出脉冲的宽度等于瞬态的持续时间，这取决于外部电阻R和电容C的大小；这里取电阻500和电容0.1uF。3.4解码显示部分该电路解码器使用4个CD4511直接驱动4个公共阴极数字管。CD4511是一个BCD码-七段码解码器，用于驱动一个公共阴极发光二极管(数码管)显示器。CD4511引脚图和各引脚功能如下图3-4-1所示：a、b、c、d、e、f、g为解码输出，输出在高电平1有效。图3-4-1引脚图3-4-1 CD4511图3-4-2普通阴数码管引脚图普通阴极发光二极管(数码管)显示器的引脚图如图2-13所示。接入电路时，限流电阻应串联连接，以延长数码管的使用寿命。解码显示电路如图3-4-3所示：图3-4-3解码显示电路此外，引入计数锁存电路，该电路通过74LS90连接到十进制计数器。74LS90是一款中型TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频。最高计数频率为40兆赫。它由一个二进制计数器和一个二进制计数器组成。引脚排列如图3-4-4和功能表图3-4-5所示。图3-4-4 74ls90引脚图图3-4-5 74LS90菜单计数部分的电路图如图3-4-6所示。4.测试方法和结果4.1测试方法组件应安装在面包板上，接线应合理美观。接线完成后，检查是否有遗漏和错误。在没有发现错误后，连接5V电源和地，调整滑动变阻器的电阻值，改变电路的可变参数，使电路达到要求的性能。更换不同值的三极管(先用万用表测量)，并进行测试和调整。4.2测试仪器和组件一个DC稳定电源，一个万用表，一个数字示波器，一个秒表和几个不同值的三极管；4.3测试结果基础部分的试验结果见表4-3-1。表4-3-1三极管值5981115180217数码管显示器01234研制部分的试验结果见表4-3-2。表4-3-2三极管值5981115180217数码管显示器5683118175221错误5.0%2.5%2.6%2.8%1.8%4.4结果分析从测试结果可以看出，基本部分可以区分不同值范围的三极管，并能准确地显示在数码管上。根据显示部分的显示结果，测试结果的误差均在5%以内，精度满足要求。因为我们可以手动调整数码管的显示结果，所以产生错误有两个原因。一是手动调节不能很好地控制调节精度，二是万用表测试结果存在抖动。减小误差的方法是用万用表多次测量数值，求出平均值。5.经验在课程设计过程中，我也深深体会到了合作和思考的重要性。在开始布线的过程中，通常很难检查出我自己的错误。此时，我需要我的伙伴们的帮助。如果出现问题，两个人可以讨论并解决，从而增加成功的机会。有时，当两个