模电课程设计三极管β值数显式测量电路设计

1、广东石油化工学院课程设计说明书（小初号字距4磅黑体加黑居中）课程名称： 模拟电子技术课程设计 题 目： 三极管值数显式测量电路设计 学生姓名： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 年 月 日三极管值数显式测量电路设计一、设计任务与要求 可测量NPN硅三极管的直流电流放大系数值（设<200）。测试条件如下： 允许误差为±2%。 ，且对于不同值的三极管，的值基本不变。 该测量电路制作好后，在测试过程中不需要进行手动调节，便可自动满足上述测试条件。 用二只LED数码管和一只发光二极管构成数字显示器。发光二极管用来显示最高位，它的亮状态和暗状态分别代表“1”和“0”，二

2、只数码管分别用来显示拾位和个位，即数字显示器可显示不超过199的正整数和零。 测量电路应设有E、B和C三个插孔。当被测管插入插孔后，打开电源，显示器应自动显示出被测三极管的值，响应时间不超过两秒钟。 在温度不变（200C）的条件下，本测量电路的误差之绝对值不超过 ，这里的是数字显示器的读数。 数字显示器所显示的数字应当清晰，稳定、可靠。二、方案设计与论证由于值范围为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 。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VR

3、C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。译码器计数器555多谐振荡电路(计时脉冲)积分器+滞回比较器(v-f转换)-v转换被测三极管显示模块方案一方案一说明：积分器+滞回比较器：理论上能够使-v转换模块的输出电压转换为f输出。555多谐振荡电路：产生1s的高电平与v-f转换电路的f一起输入门后得到f。被测三极管显示模块译码器计数器555多谐振荡电路(计时脉冲)LM741(v-f转换)-v转换方案二方案二说明：LM331：LM331是定时器型电荷平衡v-f转换器。LM741在输入电压的正常变化范围内输出信号频率和输入电压之间保持良好的线性关系，

4、转换误差可减小到0.01%。输出信号频率的变化范围约为0100khz。译码器计数器555单稳态电路(计时脉冲)LM741(v-f转换)-v转换被测三极管显示模块方案三方案三说明：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方案一：v-f模块是由积分器+滞回比较器搭建而成，电路走线复杂，同时工作电路难以调试，不稳定。计时脉冲模块由于是多谐振荡电路，计数器会对f多次计数，考虑到能够选用的计数芯片CD4518是高电平清零的，这会占用计数时间，而且搭建电路比较复杂。方案二：选用了LM741芯片搭接v-f转换电路，电路简单，

5、稳定度高，但由于计时模块还是采用了多谐振荡电路，所以清零电路搭接麻烦，同时相比与555单稳态电路来说，电路复杂。方案三：集合了方案一和方案二的优点，采用了LM741模块和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-CMOS 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，等各个方面考虑，选择了方案三来实现这次课程设计。三、单元电路设计与参数计算主要单元电路设计和参数计算： VX转换电路； VXf 转换电路：压控振荡器； 计数时间产生电路； 计数、译码、显示电路； 清0信号产生电路等。1-VX转换

6、电路 Vx = Ib×R2IB（1）IB=10A，允许误差±2%；测试条件RbRCVCCIB =VCC VBE RbIC只需选择合适的Rb，而IC = b IB 。IC与b成正比。（2）14V<VCE<16V，且对不同b值的三极管， VCE的值基本不变。 即其值不受IC影响，则路中不能有RC 。后面还应加一个电流到电压的转换电路从而构成电压并联负反馈。VX极性为正R2324cbe-15VVX5.1K KKKK K kR34.7kR11.5M如图所示，的转换电路是由运放LM324和电阻R1、R2、R3等元件组成的固定偏流电路。对于三极管，在饱和区随的增加而增加；再

7、放大区基本保持不变，并且对于不同的，的值也不同，因此要求固定=10uA,14V16V，且对于不同的值，不变，则集电极回路中既不能有Rc,也不能有Re。根据运放的反相端为虚地，可将三极管的射极直接接到-15V的电源上，即可满足14V16V。根据运放LM324反相输入端虚地以及IB=10A的条件，则R1=1.5M。R1=（15-0.7）V/10A运放LM324和R2、R3构成的电压并联负反馈使 ，所以取为运放电路的输入电流。由图不难看出，由于运放虚地条件以及它不取电流，并且=，所以=R2，当为最大值(199) 时=13V确定R，则R=6.5K。所以取R=5. 1K。根据运放输入段与外接等效电阻应尽

8、量相等，取R3=4.7K。2. VXf 转换电路：压控振荡器积分电路是实现波形变换、滤波等信号处理功能的基本电路，它可以将周期性的方波电压变换为三角波电压。当T导通时，积分电路的等效电路如图2.1所示，集成运放A同相输出端的电位为图2.1反相输入端电位。积分电路的输出电压为当T截止时，积分电路的等效电路如图2.2所示，Up1、Un1不变，仍为。积分电路的输出电压为图2.2比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，待比电压V1较加在反相输入端。比较器虽然有闭合环路，但由于该环路引入的是正反馈，电路增益更高，运放依然属于开环工作。在实际运用中，利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影

9、响。例如，在过零检测器中，若是如正弦电压上叠加噪声和干扰，则由于零值附近多次过零，输出就会出现错误阶跃。采用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。 A2构成的是反相输入的滞回比较器，其输出电压Uo决定于由R7和稳压管Dz组成的限幅电路，输出高电平，输出低电平，阈值电压为，当Rw的滑动端在最左端时，；当滑动端在左右端时，。过零比较器，图2.3图2.3过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高电平还是低电平，例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正弦波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就把正弦波变成矩形波了

10、，当然它还可以将三角波等波形变换为矩形波。3. 计数时间产生电路图3.2所示为单稳态触发器的电路和波形图。单稳态触发器在数字电路中常用于规整信号的脉冲宽度（TW）：将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后，可输出脉宽一致的脉冲信号。另外，单稳态触发器也常用于定时器电路中，调整RC的值可以得到不同的定时值。单稳态触发器采用电阻、电容组成RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度TW。在图3.2（a）的电路中，Vi接555定时器的端，其工作原理如下：稳态（触发前）：Vi为高电平时，VTR=1，输出VO为低电平，放电管T导通，定时电容器C上的电压（6、7脚电压）VC = VTH = 0 ，555定时器工作

11、在“保持”态。触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的端为低电平，电路被“低触发”，Q端输出高电平信号，同时，放电管T截止，定时电容器C经（R+RW）充电，VC逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果Vi恢复为高电平（VTR=1），但VC充电尚未达到VCC时（VTH=0），555定时器工作在保持状态，VO为高电平，T截止，电容器继续充电。恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至VC略大于VCC ，因VTH>VCC使555定时器“高触发”，VO跳转为低电平，放电管T导通，电容器经T放电，VC迅速降为0V，这时，VTR=1，VTH=0，555定时器恢复“保持”态。图3.1 微分电路图3.

12、2 单稳态触发器电路与波形图高电平脉冲的脉宽TW：当VO输出高电平时，放电管T截止，电容器开始充电，在电容器上的电压<VCC这段时间，VO一直是高电平。因此，脉冲宽度即是由电容器C开始充电至VC=VCC的这段暂稳态时间。脉冲宽度计算公式：Tw1.1(R+RW)C。其电路图如下：4.计数，译码，显示电路 计数选择74LS90，包含一个二进制和五进制计数器，将前者输出端QA与后者输入端CPB相连构成十进制BCD码计数器，要正常计数需置9端接地，置0端接清零信号。5.清零信号电路 清零信号宽度two近似0.7R13C4。清零信号不能太窄，因此考虑two>0.4s;Two应远远小于计数脉冲

13、最小周期Txmin；T xmin=30ms/199=150S。因此0.4S<0.7R13C4<150S，取C4=470P，R13=56K。四、总原理图及元器件清单1总原理图2元件清单元件序号型号主要参数数量备注R35.1k1R7300k1R14.7k1U1LM324AD1R1010k1R924k1R815k1C1330pF1R61.8k1R5180k1R111.8M1R12110k1C20.33µF1C30.01µF1U6NAND21U574LS90N1U774LS90N1U874LS49N1U974LS49N1C4470pF1R1356k1U10NOT1U11

14、NOT1U12NOT1R1443k1U13SEVEN_SEG_COM_K1U14SEVEN_SEG_COM_K1A1555_VIRTUAL1R153901R163901R173901R183901R193901R203901R213901R223901R233901R243901R253901R263901R273901R283901U474LS74D1D11DH621R4330k1R291.5M1R302.2k1U16NOT1U15LM741N1U17LF741N1X5PROBE_RED1LED2LED_red1R22001Q12N62741五、仿真调试与分析6、 结论与心得 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数电模电以及multisim等方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一