北邮晶体管放大倍数

1、北京邮电大学电子电路综合实验报告课题名称：晶体管放大倍数 检测电路 的设计与实现 学院：信息与通信工程学院 班级： 姓名： 学号： 班内序号：2015,4,26摘要：本实验三极管根据不同的连接方法可以构成电压、电流、功率等放大电路，并且 不同的三极管有不同的放大能力，一般三极管分为PNP和 NPN 两种类型。三极管放大倍数检测电路是用以判别三极管类型并予以检测放大倍数的检测电路。 其 首先是利用三极管 NPN 和 PNP电流流向相反判断三极管类型，再利用三极管的电 流分配特性， 将的测量转化为对三极管电流的测量， 再通过电阻转换称电压信号 的测量，同时实现对档位的手动调节，并利用比较器的原理，

2、实现档位的判断。实 在电路的值检测。关键词 ： 类型判别 档位检测 闪烁一、实验设计任务要求：1. 基本要求： 设计一个简易晶体管放大倍数检测电路，该电路能够实现对三极 管值大小的初步判断。系统电源 DC±12V。 电路能够检测出 NPN、 PNP三极管的类型 电路能够将 NPN 型三极管放大倍数分为大于 250、 200250、150200、 小于 150 共四个档位进行判断 用发光二极管来指示被测三极管的值属于哪一个档位 在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小 当值超出 250 时能够光闪报警2. 提高要求： 电路能够将 PNP 型三极管放大倍数分为大于 250、 200250

3、、150200、小 于 150 共四个档位进行判断，并且能够手动调节四个档位值的具体大小 NPN、PNP 三极管档位的判断可以通过手动或自动切换。二、实验设计思路及总体结构：由实验任务要求里的判别和检测三极管放大倍数，将该系统分成三大模块设计，分别为类型判别电路、档位检测显示电路、报警电路，结构图如图所示：三、所用元器件以及所用的仪表清单：测试仪表：所用元器件：器件名称型号数目用途集成运算放大器LM358N2提供电压比较功能计时器NE555N1形成多谐振荡器，产生闪烁信号三极管80502检测电路的正确性85502电容1uf1在振荡电路中构成一定频率的 振荡0.1uf1在振荡电路中滤除谐波导线若

4、干连接电路电阻51043.311.124.51270K143013.9K11K1放光二极管6指示电路此实验中 NPN管采用的是 8050，PNP管采用的是 8550，发光二极管可供选择有红、黄、绿三种颜色。查得这两种三极管及发光二极管的工作特性如下：三极管S8550 (500mA) SOT -23 3000PCS/ 卷 ，S8050 (500mA) SOT -23 3000PCS/ 卷 S8550 (800mA) SOT -23 3000PCS/ 卷 ，S8050 (800mA) SOT -23 3000PCS/ 卷 SS8550 (1.5A) SOT -23 3000PCS/ 卷 ，SS80

5、50 (1.5A) SOT -23 3000PCS/ 卷 其中 8050 和 8550 放大倍数在 100350 左右，一般不超过 400 ，耐压 30V 。发光二极管 超亮发光二极管主要有三种颜色，三种发光二极管的压降都不相同，具体压降参考值如下：红色发光二极管的压降为 2.0-2.2V 黄色发光二极管的压降为 1.8 2.0V 绿色发光二极管的压降为 3.0 3.2V 正常发光时的额定电流约为 20mA。LM358 芯片其原理图如下：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

6、流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单 电源供电的使用运算放大器的场合。芯片在电路中的应用：芯片的管脚 1、2、3在电路中构成一个前置放大器其中 1管 脚为输出， 2、3管脚为输入管脚（ 2 为负，3 为正）；芯片的第 4和第 8管脚为电压输 入管脚在本电路中具体应用是分别输入 -12V 和+12V电压；而芯片的 5、6、7三个管脚 又够成了一个放大电路其中第 7管脚为输出脚，第 5和 6第管脚为输入管脚（6为负，5 为正）；虽然两个放大器都集中在一块芯片上，但构成两个放大器的管脚之间又是相互 独立的。NE555芯片555 定时器是模拟 数字混合式集成电路，

7、利用它可以方便地构成脉冲产生、整形 电路和定时、延时电路。具有功能强，使用灵活、方便等优点，在数字设备、工业控制、 家用电器、电子玩具等许多领域都得到了广泛的应用。555 定时器的电路结构及其功能下图为 555 定时器的内部逻辑电路和外引脚图，从结构上看， 555 电路由 2 个比 较器、1 个基本 RS 触发器、 1 个反相缓冲器、 1 个集电极开路的放电晶体管和 3 个 5k 电阻组成分压器组成。其内部电路如下：1. 模拟功能部件 电阻分压器Vcc 经 3 个 5K 电阻分压后提供基准电压：当不外接固定电压 Vcc时， UR1=2/3Vcc ，UR2=1/3Vcc 。 当外接固定电压 Vc

8、c时， UR1=Vcc ， UR2=1/2Vcc 。压比较器 C1 和 C2比较器 C1:TH （阈值输入端）>基准电压 UR1 时，输出 UC1=0 ，否则为 1 比较器 C2:/RT（触发输入端）<基准电压 UR2 时，输出 UC2=0，否则为 1 电极开路的放电管 V输出 UC1=0 时，V 导通，输出 UC2=0 时， V 截止。 相当于一个受控电子开关。2.逻辑功能部件G1 和 G2 组成基本 RS 触发器 : 输入低电平有效触发 输出缓冲级 /RD 为直接置 0 端3 、逻辑功能555 各端的功能见下表TH/RDOUTDIS××00导通> 2/

9、3V CC>1/3V CC10导通< 2/3V CC>1/3V CC1保持保持×<1/3V CC11截止将 555 定时器外接一些电阻、 电容和其他器件就可以组成多种电路。 用 555 定时器可 方便地组成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器，并可组成各方面的应用电路。其外引脚图如下：各引脚的功能：1 号引脚接地端，电路正常工作时，该引脚接地。2 号引脚低触发端，是比较器 A2 的同向输入端。3 号引脚输出端，电路产生或者变换的波形从这里输出。4 号引脚复位输入端，不管其它输出端的状态怎么样，只要在这个引脚上输入低电 平，输出就立即被置为低电平。A1、A2

10、的参考电5 号引脚电压控制端，该引脚外接一个参考电源，可以改变比较器 压。6 号引脚高触发端，是比较器 A1 的反向输入端。7 号引脚放电端，也可以用作集电极开路输出端。8 号引脚电源输入端，电路正常工作时，该引脚接正电源。若将 NE555 连接成多谐振荡器时，其引脚连接方式及输出波形如下图：四、分块电路和总体电路的设计及 multsim 仿真原理图：、三极管类型判别电路的设计设计此电路是根据 NPN 型和 PNP型三极管的电流流向相反，也即正常工作时 CBE 极的电位高低不同来判别，并通过发光二极管来显示判别结果。规定一个连接方式，从 上到下分别为 CBE极，通过发光二极管的亮（此时三极管为

11、NPN 型）和灭（这时三极管为 PNP型）来判别三极管的类型。 三极管的基本放大电路连接方式一般有共射、 共集 以及共基三种基本放大电路，而满足以上条件的连接方式只有共集放大电路。此判别电路的工作原理为：当三极管从上至下都以 CBE 方式接入时， NPN 发射 极正偏，集电极反偏，可以正常工作，发光二极管亮；而 PNP 则为发射极反偏，集电 极正偏，无法正常工作，发光二极管灭，以此判别接入的三极管是 NPN 还是 PNP 型。 此模块电路各参数的设计： 如果只考虑电路的判别功能而忽略对下一级电路的影响， 电 路中各参数所需要满足的要求只需要接入 NPN 时三极管能正常工作，并且满足三极管 放大

12、倍数从小于 150 到大于 250 时（为电路安全取 400 倍做计算参考） 电路能够安全地 工作即可（主要是满足发光二极管的额定工作电流以及三极管要工作在放大区） 。首先设定基极电流， 由判别电路图及三极管工作特性可知，三极管按此电路工作 时基极电流 IB=（VCC-VBE- VLED）/RB,其中 VCC=12V, VBE取0.7V, VLED取 2.1V。再由发光二极管额 定工作电流的限定可得出不等式 IB=（12-0.7-2.1）/R120mAR1 *9.2/20mAR1 184k IB 50uA为计算方便取安全基极电流 IB=40uA 此时可确定 RB=330 k由 VLED取绿色发

13、光二极管。为使三极管工作在放大区，不在饱和状态下工作，RC 上的压降RC maxIB 12-2.1-0.7RC920，取 RC=500备用。为使 RC可以灵活调节，在 RC上串联一个 1K的电位器备用。（为后一级档位调节做前提） 至此，三极管类型判别电路及参数设计完毕。参数为 RB=330 kRC=500，发光二极管用绿色 、档位检测显示电路的设计设计档位检测电路主要由不同三极管的放大倍数不同导致放大电流不同，从而 通过电阻将改变的电流信号转换为电压信号的变化输出， 再通过电压比较器实现电压信 号的比较检测输出。具体原理如下，在检测电路电路中，如果接入 NPN 型三极管，则三极管正 常工作，其

14、中基极电流由上一级电路讨论确定为IB=40uA，则三极管集电极电压通过 RC的降压而变为 VC=Vcc-ICRc=VCC-IBRC=12- 由上式可以看出，由于 IB 为定值，通过三极管电流分配关系将 IC转换为 IB，再通过 RC 的降压将电流改变信号转换为电压改变信号，电压VC 将随变化而变化，从而将转换为电压量，便于进行档位的测量。由于需要检测的档位分为大于 250、200250、 150200、小于 150 四个档位，这就需要 检测三个电压改变量， 分别为 150 倍时， 200 倍时和 250 倍时 VC的临界电压，故只需要 三个比较器加四个发光二极管即可完成指标。电压比较器是利用

15、LM358 中的集成双运放实现，其工作原理是在运放的同相输入 端（输入端，其输出电压与此端电压同相）或异相输入端（输入端，其输出电压与 此端电压反向）接一固定的参考电压，当作参考电压（门电压） 。当另一个输入端的输 入电压小于参考电压时，输出以参考电压一端为准，当输入电压大于参考电压时，输出 跳变为以另一端输入为准， 从而构成电压比较器， 通过检测输出电压反向与否可以判别 另一端输入与参考电压的大小。利用这种特性，就可以通过在三个运放的一个输入端（本实验用的是输入端）接 入不同的参考电压（三个 VC 的临界电压），再通过检测哪一个运放的输出端反向（通过 发光二极管来直接表现）来判别 VC 的大

16、小范围，从而判别三极管放大倍数的范围。 此档位显示电路的工作原理为： 利用电压比较器电压比较特性在三个运放的正输入端接 入需要的三个参考电压 VC1、VC2、VC3（从大到小排列） ，然后三个反向输入端连在一起 接入待测电压，当待测电压大于哪个运放的参考电压时，此运放输出为低电位反向， 而小于哪个运放的参考电压时， 此运放输出为同相高电位。 如假设输入电压大于 VC1（最 上面那个运放的参考电压 ）时，三个运放都输出低电位， 此时只有第一个发光二极管亮。 而当输入电压介于 VC1、 VC2 之间时，第一个运放输出同相高电位，其它运放输出低电 位反向，此时只有第二个发光二极管亮所以，此电路可根据

17、输出级发光二极管的 亮情况判别输入的电压值大小，从而判别三极管的放大档位。此模块电路各参数的设计： 首先判别第级判别电路的各设计参数是否满足下一级检测电路的需要。由上面 的讨论可得出 VC的三个临界电压：VC=Vcc-ICRc=VCC-IBRC=12- =150 时 VC=9V=200 时 VC=8V =250 时 VC=7V这时可将如原理图由中上至下的三个运放接的参考电压分别来接9V、8V、7V 即可通过输出端的发光二极管哪一个亮来判别三极管的放大档位。 所以第级判别电路的各设 计参数满足后一级要求。 而运放的参考电压可以由电阻的分压获得，由于供电的直流总 电压为 12V，根据各运放的参考电

18、压很容易便可得出图中的R1:R2:R3:R4=3:1:1:7 为使这四个电阻中的电流取合适值，取 R1=3.3K R2=1.1K R3=1.1K R4=7.5K 至此，运放输入级电阻设计完毕。 而与四个发光二极管串联的限流电阻只需要满足（VCC-4VLED）/4RX 20mA 即可。取 RX=510根据放大倍数与 VC的反向变化关系（即时 VC），电路图中从上至下四个发光二 极管发光时所代表的档位分别为 150 以下、 150200、 200250 以及 250 以上。、报警电路的设计设计此电路主要是用于检测判别大于 250 档位时的那个运放输出的高电位，当此 运放输出高电位时，三极管的放大倍

19、数已经超过250，此时报警电路要有所报警。报警电路主要是由 NE555集成电路构成的震荡信号产生电路构成。 将判别大于 250 的那一级 运放的输出端作为 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。 此电路工作原理为： 输入端未检测到高电位时， 振荡电路不工作， 电路不产生报警信号， 一旦检测到高电位，电路开始工作，通过产生振荡信号控制发光二极管闪烁进行报警。 此模块电路各参数的设计：由 NE555 的构成原理及资料可知 NE555 构成多谐振荡器时，其周期为 充电:TW1=(R1+R2)Cl

20、n2 放电： TW2=R2Cln2 总周期： T=(R1+2R2)Cln2频率 f=1/(R1+2R2)Cln2且 R1+R2 15K 为使闪烁肉眼能较轻易辨别，不妨令 f10Hz( R1+2R2)C1.443s 且令占空比为 50% R2/(R1+R2)=50%R1=R2 所以可取 R1=R2=3.9K C=1uF 此时 f=3.4Hz 满足要求 滤波电容 C1取 0.1uF 即可。总的电路图IV、拓展功能五：实验功能成果图：1）、 <150档2）150<<200 档（因亮度问题，以下测试都已将 NPN/PNP 测试灯换成红灯 ）3)200<<2504)250&

21、lt; 原始数据（ 以下测值均为下图所示点处电压，单位：伏特 ）测值档位第一档8.186.875.568.272.210.720.00第二档8.186.875.567.7210.851.690.03第三档8.186.875.566.7210.851.561.56第四档8.186.875.565.3710.8510.758.61故障及问题分析问题 1：在仿真软件上电路能够正常工作，但实际电路却不能正常工作。 原因：实际电路中的参数并不是十分准确，而且仿真软件对于非线性器件（如三极管） 有一定的近似，所以实验不一定能成功； 解决：方法一：仿真软件的参数变化范围大一些，这样就能在实际电 路中不会因为微 小的变化而导致误差；方法二：实际调节电路