模拟电子技术课程设计说明书半导体三极管β值的测试

1、 模拟电子技术课程设计说明书 半导体三极管值的测试 系 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 专 业： 电气自动化 班 级： 电气本1002班 完成时间： 2012年12.26 摘 要本设计运用了模电和数电基本知识,利用集成运放LM324为核心器件并加以555定时器、编码、译码等器件搭接而成,实现了对待测三极管值的显示,电路原理简单易懂,使用了常见的元器件,容易实现.关键词; 半导体三极管值；555定时器ABSTRACT 。Key words; 目 录附录 4实物图 19第一部分 系统设计1.1设计题目及要求设计题目：半导体三极管值测量仪设计任务：设计一个可测量NPN型硅三极管

2、的值的显示测量电路（200）任务要求：1用三个数码管显示的大小，分别显示个位、十位和百位。显示范围为0-199。2响应时间不超过2秒,显示器显示读数清晰，注意避免出现“叠加现象”。3电源采用5V或5V供电。1.2设计思路分析1.2.1设计思路将变化的值转化为与之成正比变化的电压或电流量，再将得到的电压或者电流量转换为频率，然后计数、译码显示。上述转换过程可由以下方案实现： 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，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化， 这样，被测三极管就可以通过-V转换电路把三极管的值转换成对应的电压，然后再通过压控振荡器把电压转换成频率，若计数

3、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。由于值范围为0-199，因此百位数只有0和1两种情况，因此百位显示可以考虑不用译码管直接输出显示（0时无显示，1时显示1），总共只用两个译码管即可示可以 1.2.2设计方案方案说明：555单稳态电路：输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。tw=1.1RC译码器计数器555单稳态电路(计时脉冲)LM331(v-f转换)-v转换被测三极管显示模块方案:1.2.3方案论证与比较采用了555单稳态模块，由于没有多次计数，使得清零信号可以由手动清零，显示电路采用了CD4511-CMO

4、S BCD锁存/7 段译码/驱动器，可以维持显示保持，避免出现叠加现象。综上所述从电路的复杂性，稳定性，和占用面包板的面积和成本等各个方面考虑，选择了该方案方案来实现这次课程设计。第二部分 单元电路设计2.1被测三极管电路工作原理和功能说明为了让电流IB保持不变，电流源部分采用了微电流源，其电路图如下如上图所示，其中Q1、Q2、R1、R3构成微电流，R2为待测三极管基极的取样电阻，R4为待测三极管集电极的取样电阻。用微电流源为被测三极管提供基极电流Ib，此设计能比较精确地把Ib控制在所需值附近.如上图所示，在该部分中两个三极管Q1、Q2均为PNP型且性能参数等都完全相同，采用+5V供电，由题意

5、可知，待测三极管的基极输入电流在30A40A之间为宜，可固定其输入电流恒定为30A，即微电流源的输出为30A。设电流源的参考电流为1mA，根据公式： 可得： 已知 VBE1=0.7V，VCC=5V 得： R1=4.3K又因为： 其中已知：，可解得： ，即电路中的2.2 -v转换电路工作原理和功能说明 此模块由差分放大电路组成，把与三极管值成比例的集电极电压取出来，再把电压采样放大，为下一级电压比较电路提供采样电压，同时起隔离作用，防止对前面的电路造成影响。合理设定参数，使放大倍数为1，运放采用+5V单电源供电。R2是基极取样电阻，由于基极电流Io30uA，所以为了便于测量，R2应尽量取大一点，

6、这此取R2=20K。R4为集电极取样电阻，则取样电压可根据公式：又因为值的范围为80到200，同时为使VCE的选择应不小于1V，三极管工作在合适的状态，VCE的选择应不小于1V。当值为200时，取样电压最大，集电极与发射极之间的电压最小，为使，即R4617，为方便计算及选择电阻，取R4的值为510。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，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化。同时为了避免后级电路对前级电路的影响，采用跟随器作为隔离级.2.3 v-f转换 压控振荡器电路图如上图所示，集成运放U7A、C1、R17、R18等组成积分电路，U8B、R22、R23得组成滞

7、回比较器，VCC通过分压为滞回比较器提供参考电压，通过计算合理设定参数从而实现了将与值成比例的电压转化成与值成比例的频率，以便为设定定时时间提供依据。 此电路基于555定时器与电阻、电容组成的多谐振荡器作为定时控制电路，根据值与频率的比例关系合理设定R、C的值，使在有效定时时间内通过的脉冲数等于待测三极管的值，电路原理图如下：多谐振荡器的电路图 多谐振荡器的输出波形图该部分由二五十进制计数器74LS90构成，首先将芯片连成十进制（即将74LS90的1号引脚clk1与12号引脚Q0相连），为精确显示计数共需用三片，分别显示各位、十位和百位，低位计数器的11号引脚Q3作为进位信号接到高位计数器的时

8、钟信号端（即高位的14号引脚clk0）。部分电路图如下：5）时钟信号控制信号进位信号计数器电路图1） 锁存电路用3个74LS194构成三位锁存器分别对计数器个位、十位和百位上的数进行锁存，在定时控制控制信号的作用下定时结束时将锁存的数值送至译码器，一驱动数码管显示。部分电路图如下：定时控制信号定时控制信号锁存器电路图2） 译码、显示电路该部分由3片译码器CD4511和3个共阴七段数码显示管组成，其连接方式与基本部分中的译码、显示电路相同，功能是将计数值转化成十进制并通过数码管显示出来。电路图如下所示：译码、显示电路图 共阴七段数码显示管引脚图 原件名称 类型 数量 LM324 集成芯片1个55

9、5定时器 集成芯片3个74LS90集成芯片3个74LS194集成芯片3个CD4511集成芯片3个共阴七段数码显示管（10脚）显示管3个5V稳压管二极管2个PNP和NPN三极管若干电阻定值电阻若干边安装边调试。把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路，分别进行安装和调试，在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。 调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形，以便于分析和运行时参考和撰写设计报告。（1）通电前检查 电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。（2）通电检查 接入电路

10、所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。 （3）单元电路调试在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。（4）自顶向下调试 接通电源后，按照理论值，从起始端按照信号的流向依次测试关键引脚的电压、电流等参数，逐步排除问题。（5）整机联调整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处

11、理措施。 1）电路不通，首先按照仿真电路图认真仔细检查电路，改正后重新测试，万用表测端点电压，发现某些引脚没有电压，重新检查线路或者更换元件，直至通为止。2）没有输出波形，检查555定时器的连线，电源和共地以及电阻电容的选择或者更换555定时器。3）数码管显示不全或不亮，检查数码管的连线，是否接有保护电阻，电源线和接地线是否接错，检查驱动电路是否有问题，将驱动电路所不用的引脚接地，防止干扰。4）测试数据不准确，用电压表逐个检测关键点的电压，特别是微电流源和取样电压是否准确，比较电路中的输入端是否有接反。5）另外，还要注意整体布局，走线要横平竖直，以免造成交叉干扰，尽量做到接线短、接线少、测量方

12、便；第一级的输入线与末级的输出线、高频线与低频线要远离，以免形成空间交叉耦合。 4.3 电路整体分析 此设计基本完成了题目所要求的内容，其中既有可圈之处由于不足之处，具体说来：优点：在基本部分中实现了对待测三极管值的分档，电路简单易懂，尽量使用了常见的器件，容易实现。缺点：发挥部分中，能够有仿真软件multisim仿真出来，也在误差允许的范围内，不过由于电路比较复杂，硬件搭接过程中出现许多问题，没能成功实现，只是定时控制电路能正确显示。核心及实用价值：主要深化所学理论知识，培养综合运用能力，增强独立分析与解决问题的能力。训练培养严肃认真的工作作风和科学态度，为以后从事电子电路设计和研制电子产品

13、打下初步基础。改进和展望：改变参数以提高精确度和测量范围，减少干扰；合理布线，便于排错和检查，且美观好看。通过此次实验综合运用所学各科知识，涉及数字电子电路、模拟电子电路、电路及电子线路实验等的相关知识，综合性较强，结合所学知识设计出满足特定要求的电路。设计性实验对于我们运用所学的知识要求较高，因此在准备实验的过程中就复习了所需的基础知识；设计性实验需要预先根据要求确定所用电路和器件，因此要熟悉掌握各种典型电路的设计、功能和各种元器件的原理、功能等等；然后依照电路图将各模块联系起来，注意连接过程中元件的排布和布线，尽量使之匀称、美观；最后计算参数，确定参数是要多方面考虑每一个参数的改变所造成的

14、影响，要有整体把握、综合考虑的眼光。根据调试过程中所发现的问题：第一，接线错误，是由于粗心造成的，因此必须要有严谨认真的科学态度；第二，调试输出波形，要保证电路的正确，了解各种器件的功能，明显感觉自己所学不扎实；第三，对于不用的引脚要作处理，数码管显示不全，是因为驱动电路存在干扰，因此要综合考虑，整体把握；第四，发现仿真结果时与所测结果差别很大，经过多组测试发现数量级出现了问题，对参数的数量级进行修正后仿真结果正确；第五，硬件连接时由于没有注意整体布局，给检查和排错造成一定的困难，且其它部分的电路造成一定的干扰。因此，设计性实验要求一定要有严谨认真的态度，任何一个细节都决定着实验的成败。通过此次实验也让我们认识了自己学习上的不足，对集成器件的功能及各管脚特性的掌握不够扎实，布线不够合理，造成疏密不一，由于水平所限，结果会有一定的误差。不过通过此次实验深化并运用所学理论知识，提高动手能力和设计能力，培养综合