半导体三极管β值数字显示测试电路

1、半导体三极管值数字显示测试电路班 级：电 子 1035班姓 名： 赵海华 学 号： 10312609 时 间：1月112日 指导教师： 尹晓琦 2007 年 1 月 10日半导体三极管值数字显示测试电路一、目的要求学生能在课程设计中熟练掌握使用模拟和数字集成电路芯片设计测试电路，提高学生发现问题和解决问题的能力。二、设计要求及技术指标（1） 可测量NPN硅三极管的直流电流放大系数（设 <200）。（2） 在测量过程中不需要进行手动调节，便可自动满足上述测试条件。（3） 用两只LED数码管和一只发光二极管构成数字显示器。发光二极管用来表示最高位，它的亮状态和暗状态分别代表1和0，而两只数码

2、管分别用来显示个位和十位，即数字显示器可显示不超过199的正整数和零。（4） 测量电路设有被测三极管的三个插孔，分别标上e、b、c，当三极管的发射极、基极和集电极分别插入e、b、c插孔时，开启电源后，数字显示器自动显示出被测三极管的 值。响应时间不超过2s。（5）在温度不变的条件下（20°C），本测量电路的误差之绝对值不超过5N/100+1。这里的N是数字显示器的读数。（6） 数字显示器所显示的读数应清晰，并注意避免出现"叠加现象"。三、要求完成的任务 （1） 计算参数，安装、调试所设计电路；（2） 画出完整电路图，写出设计总结报告。四、基础知识准备（1）三极管的

3、工作原理三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数（=IC/IB, 表示变化量。），三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态

4、工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当基极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC 在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，UC就越低，UC=UB。（2）合理设置静态工作点由于BJT是非线性器件，为使放大电路在输入小信号时，BJT始终工作于线性区，合理地设置静态工作点（Q点）十分重要。我们以如图a所示的无静态偏置电流共射电路为例来说明。 静态：将输入端短路，根据电路分析可知IB=0、IC=0、VCE=VCC，BJT处于截止状态。    动态：若vi峰值小于b-e

5、间导通电压，则在信号的整个周期内BJT始终工作在截止状态，此时无输出信号；如vi的幅值足够大，BJT也只可能在信号正半周大于b-e间导通电压的时间间隔内导通，如图b所示。由以上分析可知输出信号出现严重失真。 只有在信号的整个周期内BJT始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。因此，必须设置合适的静态工作点。五、确立方案图(C)为值数字显示测试电路的原理框图。被测三极管通过-U转换电路把三极管的转换成对应的电压，然后再通过压控振荡器把电压转换为频率，若计数时间及电路参数选择合适，在计数时间内通过的脉冲个数即为被测三极管的值。1、 /V转换基本思路为：对被测晶体管输入一固定值的基极电流，则其集

6、电极电流Ic=Ib，然后将集电极电流转换为电压即可。原理图如下：如图，计算如下：2、 比例调整电路比例调整电路的主要作用是将/V转换电路的输出电压作适当的调整，以期得到一个合适的数值，便于译码显示出对应的值。常用的比例调整电路有：反相比例电路，同相比例电路，差动放大电路等。在此介绍一下常用的反相比例电路，图1是反相比例运算原理图。反相比例运算输出电压和输入电压的关系为： 图1 反相比例运算/V转换、比例调整电路：如图计算：如图，经测量为：2.786mA，再由3、 计数时间产生电路 由555定时器构成的单稳态电路的组成和波形如图2所示。当电源接通后，Vcc通过电阻R向电容C充电，待电容上电压Vc

7、上升到2/3Vcc时，RS触发器置0，即输出Vo=0，同时电容C通过三极管T放电，RS触发器输入变位1、1，输出保持不变。当触发端的外接输入信号电压Vi1/3Vcc时，RS触发器置1,即输出Vo=1，同时，三极管T截止。电源Vcc再次通过R向C充电。输出电压维持高电平的时间取决于RC的充电时间，待电容上电压Vc上升到2/3Vcc时，RS触发器置0，即输出Vo=0，当t=tW时，电容上的充电电压为；所以输出电压的脉宽 tW=RCln31.1RC 一般R取1k10M，C1000pF。值得注意的是：t的重复周期必须大于tW，才能保证每一个负脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC无关。因

8、此用555定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。图 2 单稳态电路的电路图和波形图4、压控振荡电路100K50K50KR1R2R3R4R6 R5R751k51k10K100K U02C 0.05uFvcc2vUcA1A2图3 压控方波振荡器图中的运放A1与电容及电阻构成积分电路。A1的反相输入端电位与同相输入电位几乎相等，即 (1)式中Vc是控制电压，它为正值。将R3=R4代入上式，得 (2)运放A2与R6、R7构成滞回比较器。当它的输出电压Vo2为低电平时，三极管截止。此时积分电路中电容充电的电流是 (3)将上式代入式，可得 (4)电容充电时，Vo1将逐渐下降。当它下降到一定程度使Vo2变

9、为高电平时，三极管饱和导通，它的集电极与发射极之间的压降很小，一般忽略不计，因此，电容放电的电流可由下式求出：将(2)式和R2=1/2R1代入上式，可得 (5)由上式和(4)式可知，电容放电电流与充电电流的大小基本相等，方向相反，而且它们的频率与控制电压的大小成正比。5、计数译码显示电路计数译码显示在现代科学技术中应用非常广泛，它由计数器、译码器和显示器三部分组成，包含数字电子系统的组合逻辑电路和时序逻辑电路。计数译器选用CC4518，译码器选用74LS47，显示选用七段显示数码管。计数译码显示电路如图：六、主要元件介绍1、555集成定时器 555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种

10、双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等。 TTL集成定时器555定时器的外引线排列图和内部原理框图如图4、5所示。它是由上、下两个电压比较器、三个5k电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成。比较器 C1的同相输入端接到由三个5 k电阻组成的分压网络的2/3Vcc处，反相输入端为阀值电压输入端。比较器C2的反相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc处，同相输入端为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端，当复位端处干低电平时，输出为低电平。控制电压端是比较器C1的基准电压端，

11、通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个O01F的电容，以防止干扰电压引入。555的电源电压范围是+4.5+18V，输出电流可达100200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。CMOS集成定时器CC7555的功能和TTL集成定时电路完全一样，但驱动能力小一些，内部结构也不同，555定时器的功能表见表1。图 4 555电路引脚图 图5 TTL电路555电路结构表1 555芯片功能表触发阈值复位放电端输出H导通LH原状态H截止HL导通L2、A741运算放大器A741是美制的一种通用型高性能运算放大器,在国外和我国引进的电气

12、设备控制系统中应用极为广泛,我厂的电控系统中就使用了近3000多块。它是一种八脚圆帽封装的线性电路,具有高增益、高输入阻抗、高共模电压范围,无锁位趋向,输出级设有,过载短路保护,不需要外部元件来作频率补偿,并有低功耗等特点。因此,它适用于积分器、微分器,求和放大器,电压跟随器以及一般反馈放大器。这里采用的型号为741运算放大器的电路和管脚排列如图6所示： 图6 741运算放大器的电路和管脚排列图3、CC4518计数器CC4518的管脚图如下所示。它有二个独立的BCD码加法计数器，通过级联，每片计数长度可达100。时钟脉冲的有效沿可由用户设置。由于内部采用并行进位，因此计数速度得到提高。4、 7

13、4LS47译码器。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，在七段译码驱动电路中，对应于不同类型数码管有不同的驱动芯片，驱动共阳极数码管用共阳极驱动器（如74LS47），74LS47管脚图如下：十进数或功能输入输出A3 A2 A1 A0abcDEfg012345678911111111111×××××××××0000000100100011010001010110011110001001111111111110110101111111100111110111111110110

14、11010*101000101010001110110011111011101112131415111111××××××101010111100110111101111111111000100001000010000110110100010001110111110×10×0×××××0000××××0010010010010010010010011.试灯。使 =0, 观察数码管显示字型为字。该端的功能是检查数码管各段是否能点亮

15、。2.灭零（输入信号 ）。让计数器输出为0000，数码管显示为“ 0”字，再使 0，观察数码管显示变化情况，并测量 端的电压为V。输入一个计数脉冲，使计数器输出为“1”，此时数码管显示为，测量 端的电压为V。该端的功能是显示除“0”为外的其他字符。3.熄灭。使 0，观察数码管显示的数字是否消失（即数码管不亮）。该端的功能使控制数码管的工作状态。4.灭零（输出信号 ）。该端口的功能是熄灭多位数中不必要的“0”位，而除“0”以外的其他字符不受影响。由于它与 是同一端，因此该端既可作输入，又可作输出。当要显示包括“0”在内的所有字符时，则若作为输入端 应输入高电平或悬空；若作为输出端 ，则输出高电平。当要显示除“0”以外的其他字符时，只能作为输出端 用。仅当四个输入端