晶體管放大倍數(shù)β檢測電路的設(shè)計與實現(xiàn)--實驗報告

1、晶體管放大倍數(shù)檢測電路的設(shè)計與實現(xiàn)實驗報告班級：*姓名：*學(xué)號：*班內(nèi)序號：*【摘要】晶體管是工程上常見的一種元器件，放大倍數(shù)為其基本參數(shù)。為了檢測出不同晶體管的放大倍數(shù)的粗略值，本實驗利用集成運放和發(fā)光二極管，將晶體管的放大倍數(shù)分成若干個檔位進行測量。利用本實驗的電路，可以成功實現(xiàn)對晶體管類型的判斷，對晶體管放大倍數(shù)的檔位測量，并在>250時實現(xiàn)報警。放大倍數(shù)的檢測對于晶體管的工程應(yīng)用具有重要意義，對于任意一個晶體管，在工程應(yīng)用前，都應(yīng)檢測出它的類型及放大倍數(shù)?！娟P(guān)鍵詞】 電子電路設(shè)計 測量 晶體管 放大倍數(shù) 【實驗?zāi)康摹?、 加深對晶體管值意義的理解；2、了解并掌握電壓比較器電路和發(fā)

2、光二極管的使用；3、提高獨立設(shè)計電路和驗證實驗的能力?！驹O(shè)計任務(wù)和要求】【基本要求】1、 設(shè)計一個簡易晶體管放大倍數(shù)檢測電路，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對三極管值大小的初步判斷。系統(tǒng)電源DC±12V2、 電路能夠檢測出NPN、PNP三極管的類型；3、 電路能夠?qū)PN型三極管放大倍數(shù)分為大于250、200250、150200和小于150四個檔位進行判斷；4、 用發(fā)光二極管來指示被測三極管的放大倍數(shù)值屬于哪一個檔位，當(dāng)超出250時二極管能夠閃爍報警；5、 在電路中可以手動調(diào)節(jié)四個檔位值的具體大??；【提高要求】1、 電路能夠?qū)NP型三極管放大倍數(shù)分為大于250、200250、150200和小于15

3、0四個檔位進行判斷，并且能手動調(diào)節(jié)四個檔位值的具體大小。2、 NPN、PNP三極管檔位的判斷可以通過手動切換?！驹O(shè)計思路】簡易雙極型三極管放大倍數(shù)檢測電路的設(shè)計總體框圖如下所示：電路由五部份組成：三極管類型判別電路、三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路、顯示電路、報警電路和電源電路。三極管類型判別電路的功能是利用NPN型和PNP型三極管的射極、基極、集電極電流流向均相反的特性而實現(xiàn)的。對于一個NPN型的三極管，若要工作在放大區(qū)，則其基極與射極之間電壓應(yīng)為正向電壓，且集電極的電位要比基極電位高。而對于PNP型的三極管則相反。三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路的功能是利用三極管的分配特性，將值的測量轉(zhuǎn)化為對三極管電

4、流或電壓的測量，同時能夠?qū)n位進行手動調(diào)節(jié)。再通過電壓比較器，實現(xiàn)檔位的判斷。我們知道對于一個電壓比較器，若其正輸入端輸入的電壓高于其負輸入端的電壓值，則其輸出為高電平，反之為低電平。利用這個特性可以實現(xiàn)對前一級電路的輸出電壓進行判斷并處理。顯示電路主要由四個發(fā)光二極管與四個限流電阻串聯(lián)組成，接在三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路下一級，不同的運放輸出電壓的不同，將導(dǎo)致被點亮的二極管不同。報警電路主要由一個555計時器和一個發(fā)光二極管實現(xiàn)。通過555計時器輸出端高低高電平的變換而實現(xiàn)二極管亮和滅的輪換。電源電路的功能是為各模塊電路提供直流電源。【所用儀器及元器件】1、萬用表2、直流穩(wěn)壓電源3、集成運算

5、放大器 2個4、555定時器 1個5、發(fā)光二極管 6個6、電位器 1個7、實測雙極型晶體管 若干個8、電阻電容 若干個【電路設(shè)計及功能實現(xiàn)】一、三極管類型判斷電路NPN型管判斷電路如下圖(左)所示，PNP型管判斷電路如下圖(右)所示，由于NPN型和PNP型三極管的電流流向相反，當(dāng)兩種不同類型的三極管按下圖的其中一種連接方式接入電路時，如按圖左將晶體管接入電路，將集電極接上端，發(fā)射極接下端，那么NPN型三極管能夠正常導(dǎo)通，發(fā)光二極管亮，而PNP型三極管無法導(dǎo)通，從而發(fā)光二極管不亮。因此，由二極管的亮和滅就能夠判斷出三極管的類型是NPN還是PNP。說明：電路中加了一個電位器Rp，其主要作用是改變?nèi)?/p>

6、極管一端連接的電阻的阻值，從而達到對于同一個三極管，可以改變Vc點的電位，從而實現(xiàn)在電路中手動調(diào)節(jié)四個檔位值具體的大小，與后面的電路相連從而實現(xiàn)電路的檢測功能。二、三極管放大倍數(shù)檔位測量電路和顯示電路首先，先介紹一下LM358的結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)。LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。LM358的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖可以看出，一個LM358芯片有8個端口，編號分別為18。其中端口8為電源輸入端，在單電源條件下其可取電壓值為330V；端口4是接地端；端口2是其中

7、一個運算放大器的反相輸入端，端口3則為該運算放大器的同相輸入端。端口6為另一個運算放大器的反相輸入端，端口5則為該運算放大器的同相輸入端，端口1和7分別為兩個電壓比較器的輸出端。 運算放大器在本電路中所起的作用為電壓比較器的作用。一個最基本的電壓比較器有兩個輸入端和一個輸出端，兩個輸入端包括同相輸入端和反相輸入端，分別記為Vi+和Vi- 。當(dāng)同相輸入端的輸入電壓高于反相輸入端（即Vi+> Vi-）時，輸出端輸出為高電平；否則輸出為低電平?？紤]放大倍數(shù)的臨界值250、200、150：設(shè)三個運放的同相輸入電壓為V1/V2/V3預(yù)設(shè)R1為4.772K，則Ib=（12v-0.67v-1.9v）/

8、R1=0.006286667mA當(dāng)放大倍數(shù)為250，Ic=250*Ib=1.5716675mA Vc=12V-Ic*R1=4.5V所以 V3的臨界值為4.5，即R4/（R1+R2+R3+R4）=4.5/12當(dāng)放大倍數(shù)為200，Ic=200*Ib=1.257334mA Vc=12V-Ic*R1=6V所以 V2的臨界值為6，即(R3+R4)/（R1+R2+R3+R4）= 6/12當(dāng)放大倍數(shù)為150，Ic=150*Ib=0.9430005mA Vc=12V-Ic*R1=7.5V所以 V1的臨界值為7.5，即(R2+R3+R4)/（R1+R2+R3+R4）=7.5/12 所以 R1、R2、R3、R4的

9、比值為3：1：1：3，實驗時實際選取10k，3.3k，3.3k,，10k。由上面的公式設(shè)計出該部分的電路如圖所示，其中的電壓比較器都用獨立的元件畫出。三極管放大倍數(shù)檔位測量電路和顯示電路如圖所示其核心部分是由三個運算放大器構(gòu)成的三個電壓比較器。所有的運算放大器的反相輸入端都與前一部分電路的三極管的集電極（或發(fā)射極）相連，作為該部分電路的輸入端口。而三個運算放大器的同相輸入端分別接入由串聯(lián)的四個電阻分壓而得到的三個不同的電平值，將這個電平值與各自的反相輸入端輸入的電平值進行比較，從而判斷當(dāng)前的Vc所對應(yīng)的所在檔位。顯示電路由四個發(fā)光二極管組成，每個發(fā)光二極管與一個1k的限流電阻串聯(lián)后接到一個電壓

10、比較器的輸出端，限流電阻起保護發(fā)光二極管的作用。顯示電路的工作原理：設(shè)三個電壓比較器（運算放大器）的三個同相輸入端的輸入電平分別為V1、V2 、V3，假設(shè)此時之前的三極管類型判別電路的輸出電壓值Vc介于V1和V2之間，由于Vc<V1，第一個電壓比較器的同相輸入端的電平高于其反相輸入端，故輸出高電平；由于Vc>V2，第二個電壓比較器的同相輸入端的電平低于其反相輸入端，幫輸出為低電平。第三個電壓比較器的同相輸入端的輸入電平也低于Vc，其輸出也為低電平。由此分析知，只有接在第一個電壓比較器和第二個電壓比較器間的發(fā)光二極管兩端才有足夠大的電壓使發(fā)光二極管發(fā)亮，其余的二極管都處于兩個高電平或

11、兩個低電平之間，沒有足夠的電壓來發(fā)亮。報警電路主要由一個NE555定時器和一個發(fā)光二極管組成。通過NE555定時器輸出端輸出電平高和低的轉(zhuǎn)換（構(gòu)成施密特觸發(fā)器）實現(xiàn)發(fā)光二極管的亮和滅的交替從而實現(xiàn)閃爍狀態(tài)。 NE555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示，它由分壓比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管及緩沖器組成。它有8個管腳，1腳是接地端GND，2腳是低電平觸發(fā)端，3腳是輸出端，4腳是復(fù)位端，5腳是電壓控制端，6腳是高電平觸發(fā)端，7腳是放電端，8腳是電源端。其功能表如表1： 表1當(dāng)4腳RD復(fù)位端輸入為低電平時，不管其它輸入端的狀態(tài)如何，輸出端輸出的電壓必為低電平；只有當(dāng)RD輸入為高電平時，輸出的狀態(tài)將由2腳低電

12、平觸發(fā)端和高電平觸發(fā)端電壓的大小來決定。因此，在正常工作時，應(yīng)將4腳接高電平。如果在電壓控制端（5腳）施加一個外加電壓,比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，進而影響電路的工作狀態(tài)。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。實驗中使用之所以使用555定時器，也是利用它來構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器來產(chǎn)生一個矩形的脈沖，從而實現(xiàn)報警燈的閃爍來實現(xiàn)報警功能。其連接的電路圖如圖：當(dāng)?shù)谌齻€電壓比較器輸出不為高電平時，則555定

13、時器的電源輸入端輸入為低電平，且其復(fù)位端輸入的也是同一個低電平信號，故輸出為低電平，其所接的發(fā)光二極管不亮。當(dāng)?shù)谌齻€電壓比較器輸出為高電平時，復(fù)位端輸入的也是一個穩(wěn)定的高電平信號，此時555定時器能夠正常工作。剛開始時放電晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，由于導(dǎo)通后與地線相連，故其電平值為0，因此，電阻R5兩端的電壓值都是處于低電平。當(dāng)兩電平觸發(fā)端的輸入電平都為低電平時，輸出端輸出高電平，而放電晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)而位于高電平，此時二極管亮；又由于此時的放電晶體管的輸出端處于高電平，由電路的連接可知，兩電平觸發(fā)端輸入的電平都是高電平，由上面的功能表可知，此時輸出端輸出的是低電平，放電晶體管再次導(dǎo)通，且二極管滅

14、。如此一直循環(huán)下去，直到控制信號的電平值為低電平才停止工作。從而實現(xiàn)的二極管的閃爍。555定時器閃爍頻率計算公式為T=0.7*（R4+2R6）*C3=0.7*(10k+2k)*100*10(-6)=0.84s四、總體電路設(shè)計NPN四部分的電路加起來如圖所示：PNP四部分的電路加起來如圖所示：總的電路實現(xiàn)的功能有：判斷三極管的類型是NPN還是PNP，而且能對三極管放大倍數(shù)分為大于250、200250、150200、小于150共四個檔位進行判斷，并在值大于250的時候能夠進行閃爍報警。電路中用發(fā)光二極管來指示被測三極管的值屬于哪一個檔位。電路中可以手動調(diào)節(jié)四個檔位值的具體大小?！竟收霞皢栴}分析】1

15、、將元件全部插好，第一次調(diào)試的時候，不論怎么調(diào)節(jié)電位器，都只有第一個檔位的發(fā)光二極管亮，而且，檢測電路的燈不亮。仔細檢查電路之后發(fā)現(xiàn)，與電阻器串聯(lián)的電阻直接接到了12V電源上，導(dǎo)致集電極電位始終為高于10V不受電位器影響，無法調(diào)節(jié)。2、一開始，按照計算好的參數(shù)，三極管基極接了一個300K的電阻，集電極接了一個1K的電阻。但是在調(diào)節(jié)電阻器時，發(fā)現(xiàn)只能從第三個燈開始亮，電阻器阻值增大可以使第四個燈亮并報警。經(jīng)過計算后發(fā)現(xiàn)，使用的三極管的值應(yīng)在200250范圍內(nèi)，故將集電極連接的定值電阻改為了300，則調(diào)節(jié)電阻器，可使四個燈從一個燈開始依次亮。3、當(dāng)做提高要求時，發(fā)現(xiàn)NPN、PNP電路VC有互補的特

16、點，即假設(shè)NPN中VC為V1，則PNP電路中VC為VCC-V1。為避免在改變?nèi)龢O管類型時對電路產(chǎn)生較大影響，同時也是為了最小的改變電路，故將電壓臨界值設(shè)為7.5V、6V、4。5V，則在改變?nèi)龢O管類型時，對應(yīng)的電壓臨界值為4.5V、6V、7.5V，故可以只改變第一級電路中三極管類型而第二級和第三級判別電路不受影響。由此推出的（R2+RP）應(yīng)為4.772K，理論上是可以實現(xiàn)的。在實際操作中，在三極管類型由NPN改為PNP時，只需將R3由基級與電源相連改為基極與地相連，即可十分方便的實現(xiàn)對另一種類型三極管放大倍數(shù)測量?！緜€人總結(jié)】這次電路實驗，自己收獲頗豐。一開始插電路板的時候，就因為沒有合理地考慮

17、布局，反反復(fù)復(fù)地插了若干次，弄得整個人非常煩躁，以至于越插越亂。等到自己真正靜下心來，一會兒就插好了，可見，不論做什么事，都需要靜心與耐心。在第二次課上，將電路板插好后第一次調(diào)試，由于之前使用儀器的人將紅黑線接反，我也沒有認真看電源的接線，結(jié)果直接燒壞了一個穩(wěn)壓管。換了一個穩(wěn)壓管后，不論怎樣改變電位器的電阻值，都只能亮到第三個燈。由于沒有認真思考過怎樣調(diào)試電路，后半節(jié)課就在那里傻愣著，面對著電路板毫無頭緒，不知道怎么調(diào)試。下課后回到宿舍時，認真思考了一下，就摸索出電路的調(diào)試方法了：用模擬萬用表的電壓檔逐點測量可能出問題的電路中各點的電位，看看有無異常。第二天立刻跑到實驗室中去測試這種方法，結(jié)果

18、發(fā)現(xiàn)是由于二極管導(dǎo)通電壓降不是以為的0.7V，而是1.9V，導(dǎo)致分的檔位有偏差，事實上由于穩(wěn)壓管和二極管的存在，VC變化范圍有限，無法實現(xiàn)四個檔位。后來按照實際測量的二極管導(dǎo)通電壓降重新計算了檔位電阻阻值，很容易就實現(xiàn)了四個檔位的依次實現(xiàn)。由此可見，過分的自信是不利的，面對困難時，傻愣著是沒有用的。冷靜下來，思考檢測的方法才是最重要的，利用合適的調(diào)試方法，能很快地找到問題的所在。最后一次課上，一直對提高要求一籌莫展，不知如何將輸出的VC變?yōu)?2-VC，后來相出直接將臨界電壓值設(shè)為中間值，由于對稱，就相當(dāng)于間接將輸出的VC變?yōu)?2-VC?？梢娮兺ㄊ鞘种匾?。正是一次次對電路的調(diào)試與計算，我從一開始連這個實驗應(yīng)該出現(xiàn)的正確結(jié)果都不太懂到最后對整個