晶体管放大倍数β检

1、北京邮电大学电子测量与电子电路综合设计实验报告题目：晶体管放大倍数检测电路的设计与实现班级： 专业： 学号： 姓名： 目录摘要3关键字3一、设计任务要求31、基本要求32、提高要求3二、设计思路与总体结构框图41、总体结构框图42、设计思路4三、分块与总体电路设计51、分块电路设计51）三极管类型判断电路52）三极管档位判别与显示电路53）报警电路82、电路总体设计111）NPN型放大电路112）拓展电路12四、实现功能说明121、已完成的功能121）基本要求121）提高要求132、测量数据13五、故障及问题分析13六、总结与结论13七、Multisim仿真图及电路实物图141、Multisi

2、m仿真图142、电路实物图14八、所用元器件及测试仪表15九、参考文献15摘要本实验实现了晶体管值的检测。首先利用二极管的单项导电性区分NPN型、PNP型，通过发光二极管显示结果，接下来利用LM358以及-V转换电路实现了对三极管值取值范围的判别，并利用对应的发光二极管进行显示放大倍数所在的档位，最后利用NE555实现当晶体管值超出250时能够让发光二极管产生人眼可是别的闪烁报警信号。关键字：晶体管、放大倍数，检测电路，报警电路，一、设计任务要求1、基本要求： 1）电路能够检测出NPN型、PNP型三极管的类型。2）对于NPN型三极管，手动调节电位器测试Vc变化，且能让LED依次点亮3）电路能产

3、生人眼可识别的报警信号4） 电路能够利用LED灯的亮灭，将NPN型三极管放大倍数区分为大于250、200250、150200和小于150四个档位，并且当晶体管超出250时能够闪烁报警。2、提高要求1）对于NPN型三极管，手动调节电位器测试Vc变化，且能让LED依次点亮2） 电路能够利用LED灯的亮灭，将NPN型三极管放大倍数区分为大于250、200250、150200和小于150四个档位，并且当晶体管超出250时能够闪烁报警。二、设计思路与总体结构框图1、总体结构框图简易三极管放大倍数检测电路的设计总体框图如图1所示，它是由三极管类型判别电路、-V转换电路、三极管放大倍数档位判断电路、显示电路

4、、报警电路和电源电路六部分组成。图1. 晶体管放大倍数检测电路的设计总体结构框图2、设计思路三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型三极管的发射极、基极、集电极电流流向均相反的特性来实现的。对于一个NPN型的三极管，若要工作在放大区，则其基极与发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。因此，利用发光二极管的单项导电性即可实现对NPN和PNP三级管的鉴别-V转换电路的功能是利用三极管的电流分配特性，将的测量转化为对三极管电流的测量，进而转化为电压量，同时实现对档位的手动调节。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，将值的测量转

5、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。并利用电压比较器原理，实现档位的判断。对于一个电压比较器，若其负输入端输入的电压低于其正输入端的电压值，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NE555计时器和一个发光二极管实现。通过NE555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。三、分块与总体电路设计1、分块电路设计1

6、）三极管类型判断电路三极管类型判别电路如下图所示。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2(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。 图2(左)：NPN型三极管判别电路 图2(右)：PNP型三极管判别电路2）三极管档位判别与显示电路以NPN为例：如图2(左)所示，若电路接入NPN型三极管，电路中电流电压表达式为：IB=VCC-VBE-VLEDRB1=12V-

7、0.7V-VLEDRB1Vc=VCC-ICR0+Rc)=VCC-IB(R0+Rc)其中，Rp为电位器实际接入电路的阻值。由上式可知，由于R1为给定电阻，则IB为定值。通过三极管电流分配关系将IC转换为IB，则电压VC将随减小而增大，这时就把转换为电压量，便于进行档位的测量。下面来简要介绍一下LM358的结构及主要参数。图3：LM358的引脚与内部结构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3所示。由图3可以看出，一个LM358芯片有8个端

8、口，编号分别为18。其中端口8为电源Vcc输入端，在单电源条件下其可取电压值为330V；端口4是GND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。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Vi+和Vi-。当反相输入端的输入电压低于同相输入端（Vi-<Vi+）时，输出端输出为高电平；否则输出为低电平。由上面的公式可设计出该部分的电路如图4

9、所示，其中的电压比较器都用独立的元件画出。图4. 三极管放大倍数档位判断与显示电路电路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输入端都与前一部分电路的三极管的集电极（或发射极）相连，作为该部分电路的输入端口。而三个运算放大器的同相输入端分别接入由串联的四个电阻分压而得到的三个不同的电平值，将这个电平值与各自的反相输入端输入的电平值进行比较，从而判断当前的VC (或Ve)所对应的所在档位。电路参数计算：IB=VCC-VBE-VLEDRB1查资料得 VLED1.8V，VBE=0.7V，取电阻 RB1=300K VCC=12V ；则：IB=VCC-VBE-VLEDRB1

10、=12V-0.7V-1.8V300K=3.2×10-5A由=150：12V-3.2×10-5A×150×（R0+Rc）=R12+R13+R14R11+R12+R13+R14由=200：12V-3.2×10-5A×200×（R0+Rc）=R13+R14R11+R12+R13+R14由=250：12V-3.2×10-5A×250×（R0+Rc）=R14R11+R12+R13+R14R11=8.2K；R4=3.9K；R5=3.9K；R6=10KR0+Rc=1K取Rc=100，R0=900显示部分由四个

11、发光二极管组成，每个发光二极管与一个1k的限流电阻串联后接到一个电压比较器的输出端，限流电阻起保护发光二极管的作用。下面详细说明一下显示电路的工作原理。设三个电压比较器（运算放大器）的三个同相输入端的输入电平分别为V1、V2、V3，假设此时之前的三极管类型判别电路的输出电压值VC (或Ve)介于V1和V2之间，由于VC (或Ve)<V1，第一个电压比较器的同相输入端的电平高于其反相输入端，故输出高电平；由于VC (或Ve)>V2，第二个电压比较器的同相输入端的电平低于其反相输入端，帮输出为低电平。第三个电压比较器的同相输入端的输入电平也低于VC (或Ve)，其输出也为低电平。由此分

12、析知，只有接在第一个电压比较器和第二个电压比较器间的发光二极管两端才有足够大的电压使发光二极管发亮，其余的二极管都处于两个高电平或两个低电平之间，没有足够的电压来发亮。故此时对应的值处于第二个档位。其它的档位也可以用同样的方法来分析。3）报警电路报警电路主要由一个NE555集成电路构成的振荡信号产生电路组成。当晶体管放大倍数超出250的监测范围时，与其档位相对应的比较器将会输出高电平，采用该高电平作为NE555集成电路的供电电源，可控制NE555集成电路的输出端输出高低电平变化的振荡信号，以此控制发光二极管呈现闪烁状态，进行光闪烁报警。先简单介绍一下NE555定时器，NE555计时器的内部结构

13、如图5所示。图5. NE555内部结构与引脚图NE555定时器内部结构如上图所示，它由分压比较器、基本RS触发器、晶体管及缓冲器组成。它有8个管脚，1脚是接地端GND，2脚是低电平触发端，3脚是输出端，4脚是复位端，5脚是电压控制端，6脚是高电平触发端，7脚是放电端，8脚是电源端。当4脚RD复位端输入为低电平时，不管其它输入端的状态如何，输出端输出的电压必为低电平；只有当RD输入为高电平时，输出的状态将由2脚低电平触发端和高电平触发端电压的大小来决定。因此，在正常工作时，应将4脚接高电平。当高电压触发端电压Vi1<23Vcc，低电压触发端电压Vi2<13VCC时，放电晶体管VT截止

14、，输出端为高电平。当Vi1>23Vcc，Vi2>13VCC时，放电晶体管VT导通，输出端输出高电平。当Vi1<23Vcc，Vi2>13VCC时，电路亦保持原状态不变。如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0VCC之间）,比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。实验中使用之所以使用NE555定时器，也是利用它来构成一个施密特触发器来产生一个矩形的脉冲，从而实现报警灯的闪烁来实现报警功能。其连接的电路图如图6所示。图6.报警电路刚开始时放电晶体管处于导通状态，由于导通后与地线相连，故其电平值为0，因此，电阻R12两

15、端的电压值都是处于低电平。当两电平触发端的输入电平都为低电平时，输出端输出高电平，而放电晶体管处于截止状态而位于高电平，此时二极管亮；又由于此时的放电晶体管的输出端处于高电平，由电路的连接可知，两电平触发端输入的电平都是高电平，由上面的功能表可知，此时输出端输出的是低电平，放电晶体管再次导通，且二极管灭。如此一直循环下去，直到控制信号的电平值为低电平才停止工作。从而实现的二极管的闪烁。闪烁频率：由书上公式可知为f=1.44(R11+2R12)*C1由数据，R11=1K R12=1K C1=100uF 得f=1.44（1K+2K)*100uF4.8HZ为人眼看见的，闪烁频率适中的闪烁。闪烁的占空

16、比为D=t1T=R11+R12R11+2R12由数据，R11=10K R12=1KD=t1T=R11+R12R11+2R12=1K+1K1K+2*1K66.67%为人眼看见的正常闪烁2、电路总体设计将三极管类型判断电路、三极管档位判别与显示电路与报警电路三者级联，即可得到下面两种电路1）NPN型放大电路图7.简易NPN型晶体管放大倍数检测电路的总原理图2）拓展电路图8.简易PNP型晶体管放大倍数检测电路的总原理图四、实现功能说明1、已完成的功能本电路完成了全部的基本要求和提高要求，列举如下1）基本要求1）电路能够检测出NPN型、PNP型三极管的类型。2）对于NPN型三极管，手动调节电位器测试V

17、c变化，且能让LED依次点亮3）电路能产生人眼可识别的报警信号4） 电路能够利用LED灯的亮灭，将NPN型三极管放大倍数区分为大于250、200250、150200和小于150四个档位，并且当晶体管超出250时能够闪烁报警。1）提高要求1）对于NPN型三极管，手动调节电位器测试Vc变化，且能让LED依次点亮2） 电路能够利用LED灯的亮灭，将NPN型三极管放大倍数区分为大于250、200250、150200和小于150四个档位，并且当晶体管超出250时能够闪烁报警。2、测量数据1）对于NPN型判别电路，若插入的三级管为NPN型，则监测LED亮，否则LED灭；对于PNP型判别电路，现象相反。2）

18、对于PNP和NPN电路，手动调大电位器的接入阻值，Vc的数值变小，且LED依次点亮3）实测得电路闪烁频率约为4Hz，人眼可见4）对于NPN和PNP电路将电位计手动调节到880即可将三极管放大倍数区分为大于250、200250、150200和小于150四个档位，并且当晶体管超出250时能够闪烁报警。五、故障及问题分析1）我在计算完电路各个电阻阻值以后，按照已有阻值搭接好电路，此时可以判断出晶体管的取值范围，但是无法通过调节电位计使得各个档位的灯依次点亮，原因是我只能确定R0+Rc的总阻值，但是由于Rc所选阻值过大，使得Vc的最大值受限，在使用值较大的三极管时，无法通过调节电位器使得“小于150档位”的LED点亮解决办法是将Rc更换为一个阻值更小的电阻，因此最后选用的阻值为1002）当三极管放大倍数大于250时，报警电路的三极管应该闪烁报警，但是由于所选电容不合适，造成闪烁频率过快，人眼并不能识别解决办法是将电容C2换成一个更大的电容，因此最后选用的电容为100uF六、总结与结论这是迄今位置我们所搭电路实验中最有难度的一次，在这次实验中我们收获的不仅仅是某一个电路的设计方法，更重要的是设计电路通用的思路与方法，在此总结如下：1）任何电路要想设计出来了解原理是前提。设计之前一定要把电路所涉及的基本原理了解清楚2）仿真过程必不可少。搭接和调试实物电路要比搭建仿真软件难度大很多，更重要的是