武漢理工大學模電課設三極管放大倍數(shù)β值測量電路

1、武漢理工大學模擬電子技術課程設計說明書目錄摘要11.電路設計思路22電路功能分析及參數(shù)設定32.1 微電流源電路32.2 轉(zhuǎn)化電路32.3 轉(zhuǎn)化電路參數(shù)設計42.4 電壓比較電路：52.5 比較電路參數(shù)設計63.電路原理圖74.仿真85.實物焊接與調(diào)試106.心得體會12參考文獻13摘要三極管放大倍數(shù)值測量電路的功能是利用三極管的電流分配特性，將放大倍數(shù)值的測量轉(zhuǎn)化為對電壓的測量，同時實現(xiàn)用發(fā)光二極管顯示出被測三極管的放大倍數(shù)值。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。本晶體管值測量電路主要由電源電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、電壓比較電路、放大電路和顯示電路（LED）6部分構成。經(jīng)實際操作，初步實

2、現(xiàn)了簡單的晶體管的值測量。關鍵字：值；三極管；實物焊接；放大電路1.電路設計思路 通過一系列書籍的查閱以及任務書的要求，可以形成初步的設計思路：設計電路測量晶體管的值，將晶體管值轉(zhuǎn)換為其他物理量來進行測量，所以我們在設計電路時把對值的測量轉(zhuǎn)化為電壓的測量。即當IB為定值時，由晶體管電流IC=IB的關系，通過測量一個電阻兩端電壓的壓降，即U=R*IC,又IB為定值，則U的大小僅由的大小來確定。因為要求分五段來顯示晶體管的大?。ǖ闹禐?80,80120， 120160，160200以及>200），所以對轉(zhuǎn)換后的物理量進行采樣，這個時候我們可以先取得五個不同大小的基準電壓，然后通過測得的輸出電

3、壓通過運放來進行比較，從而確定運放的輸出，然后運放的輸出結果會由發(fā)光二極管來顯示出來，我們即可以通過亮的二極管的個數(shù)來確定值得范圍，這樣既可滿足任務書的設計要求，實現(xiàn)對值得初步測量。燈亮盞數(shù)（個）值范圍0小于80180120212016031602004大于200上表即為預期設計出的電路可以達到的效果。 設計的思路框圖如下：轉(zhuǎn)換電路顯示比較電路基準電壓圖1 設計思路框圖2電路功能分析及參數(shù)設定電路中T1、T2、R1，R2構成微電流源，然后由于被測三極管T3的特性使電阻R4經(jīng)過的電流為微電流源產(chǎn)生的電流的倍，然后由于運放的運用使運放的輸出電壓為R4兩端的壓降，再將這個電壓與由R9、R10、R11

4、、R12、R13等一系列串聯(lián)的電阻產(chǎn)生的基準電壓通過運放來進行比較后，由輸出電壓使二極管亮起來，從而達到由值來控制亮起的二極管的數(shù)目，進而通過設定特殊的基準電壓，來達到測量值得目的。此即為電路的大致工作原理，下面這來分塊來分析電路各部分的工作原理及作用。2.1 微電流源電路在這里我們采用了鏡像電流源，此電路是來自于課本，故不作詳細介紹。其電路圖如圖1所示： 圖2 微電流源電路根據(jù)電路原理分析得： 由此可知：只要確定IO和Re2就能確定IR，由此可以確定電阻R的值。2.2 轉(zhuǎn)化電路根據(jù)晶體管電流IC=IB的關系，被測物理量轉(zhuǎn)換成對電壓的測量，利用差動放大電路實現(xiàn)電壓雙端輸出變?yōu)殡妷旱膯味溯敵?，進

5、而測量值。差動放大電路原理如圖3所示：圖3 差動放大電路根據(jù)理想運放線性工作狀態(tài)的特性，利用疊加原理可求得當且僅當R1=R2=R3=Rf時，有 vo=vi2-vi12.3 轉(zhuǎn)化電路參數(shù)設計 圖4 轉(zhuǎn)換電路T1與T2為參數(shù)相同的PNP三極管。IB的值應在30A40A之間為宜，因為小功率管的值在Ic 23mA時較大，而在截止與飽和區(qū)較小，測量不準確，所以合適的取值才能準確測量。因此，取輸出電流Io30uA。因為參考電流約為1mA左右，則，由IR=(Vcc-Vbe1)/R即R1=（Vcc-Vbe1）/IR,則有： 已知 VBE1=0.7V 得： R1=4.3K 再把 R1=4.3K代回，得出=1.3

6、5mA，符合要求。再由：已知：VT=26mV 得 R3=3.0K由于基極電流Io30uA，所以為了便于測量，R2應取大一點，這里取R2=20K?？紤]到VR45-0.7=4.3V，VR4=Io*R4，得的范圍為0200，即R4大概小于800，這里取R4=510。為了使差動放大電路起到隔離放大的作用， R5R8應盡量取大一點，這里取R5=R6=R7=R8=30K。綜合上述轉(zhuǎn)換電路的電阻值為：R1=4.3K，R2=20K，R3=3.0K，R4=510，R5=R6=R7=R8=30K。2.4 電壓比較電路：這部分電路是設計電路的核心電路。將轉(zhuǎn)化電路的輸出電壓同時加到負極加有不同基準電壓的運算放大器上，

7、對應某一定值U，只有當所加電壓高于基準電壓時，運放才會輸出高電壓加到發(fā)光二極管，而剩下的則會輸出低電壓加到二極管上，此事則可以通過發(fā)光二極管燈亮的盞數(shù)來判斷被測三極管的值范圍。由于題目要求將值的檔次分為080、80120，120160，160200，>200，則需要多個不同的基準電壓，基準電壓是采用一個串聯(lián)的電阻網(wǎng)絡對一個固定的電壓進行分壓得到的。綜合上述得出電壓比較電路的電路圖如圖5所示：圖5 電壓比較器電路2.5 比較電路參數(shù)設計通過上級電路計算出的元件取值求得各檔次的基準比較電壓邊值。由R4、被測三極管值即可計算出對應的基準比較電壓：當=80時，Ui=VR4=Io*R4=1.2V當

8、=120時，Ui=VR4=Io*R4=1.8V當=160時，Ui=VR4=Io*R4=2.4V當=200時，Ui=VR4=Io*R4=3.0V可以計算出電壓比較電路串聯(lián)網(wǎng)絡中各個分壓電阻的阻值，5V電源供電，分壓總電阻取R=10k：=80 時，R10*1.2/5=2.4k=120時，R10*1.8/5=3.6k=160時, R10*2.4/5=4.8k=200時，R=10*3/5=6k 電壓比較電路的電阻為：R9=2.4k R10=1.2k R11=1.2k R12=1.2k R13=4.0k 3.電路原理圖電路原件參數(shù)為：R1=4.3K R2=20K R3=3.0K R4=510R5=R6=

9、R7=R8=30K R9=2.4K R10=R11=R12=1.2KR13=4.0K R14=R15=R16=R17=200電路中T1、T2、R1，R2構成微電流源，然后由于被測三極管T3的特性使電阻R4經(jīng)過的電流為微電流源產(chǎn)生的電流的倍，然后由于運放的運用使運放的輸出電壓為R4兩端的壓降，再將這個電壓與由R9、R10、R11、R12、R13等一系列串聯(lián)的電阻產(chǎn)生的基準電壓通過運放來進行比較后，由輸出電壓使二極管亮起來，從而達到由值來控制亮起的二極管的數(shù)目，進而通過設定特殊的基準電壓，來達到測量值得目的。本次設計的晶體管值測量的電路原理圖如下：圖6 電路原理圖 4.仿真構造電路圖：從元件庫中選

10、擇所需元件，按電路圖擺放元件；按電路圖連線。圖7 構造電路圖連線接好后修改元件屬性，包括封裝號、序號和數(shù)值，完成后即得本次設計的電路原理圖。點擊tool/ERC檢查電路連接情況。打開工程，進行仿真。單擊simulate/run選擇所要的仿真波形，進行仿真并觀察仿真結果。圖8 仿真波形圖如圖，得到了較為理想的仿真效果，即該電路的原理是正確的，在理想情況下有很好的運行效果，下一步既可進行實物的焊接部分了，焊出實物后再進行調(diào)試等步驟。5.實物焊接與調(diào)試按電路原理圖進行實物裝配焊接后，得到實物如圖：圖9 實物圖這個電路板在焊接時跳線的地方比較多，焊接的難度很大。而且實物焊接的時候用的是一個含有四個運放

11、的芯片取代了原理圖中的四個單獨的運算放大器，所以我們得從新布線，自己繪制焊接圖，這也是一個難度很大的工作。將一個三極管插入到三極管插孔中，觀察電路板上顯示情況，如果電路板上發(fā)光二極管都不亮，則說明三極管值所處的區(qū)間為80以下；若電路板上LED燈亮一個，則說明所插入的三極管放大倍數(shù)為80到120；若電路中發(fā)光二極管亮了兩個，則說明所插入的三極管放大倍數(shù)為120到160；若電路板上LED燈亮三個，則說明所插入的三極管放大倍數(shù)為120到160；若電路板上LED燈全亮，則說明所插入的三極管放大倍數(shù)大于200。將所觀察到是顯示結果記錄下來，然后在萬用表上測出三極管的具體值，將之與記錄結果進行比較，看是否

12、一致。在對數(shù)個三極管進行測量之后，發(fā)現(xiàn)電路板上響應與預期一致，實現(xiàn)了在電路設計最初所作的預期目的。6.心得體會本學期的模電課程，我們學習到了大量的電路分析，各種電路的應用功能，但在實際運用中卻顯得有點欠缺，而這次課程設計，我們學會了比較電路在實際物體模塊制作過程中的使用方法，同時在資料的查閱過程中，也學會了其它電路的詳細功能及使用，對于自己的實際動手能力是一個很大的提高。學到了很多，也讓我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，特別是在實際電路的元件布局和電路參數(shù)的設定中，發(fā)現(xiàn)自己在很多方面都不太了解，在以后的學習中有待提高。通過本次課程設計，作為一個團隊，我們在各個方面都互相促進，在電路板的焊接方面及電路元件布局過程中，應該要先對電路進行各方面的分析，元件布局的是否合理將直接影響到電路板的焊接外觀、電路板的復雜程度，所以在電路的最初設計中就應該要考慮到。在焊接過程中，應該要遵循著做一部分完成一部分的檢測的方法，以免在完成電路板焊接后檢測突然發(fā)現(xiàn)電路板不能正常工作，以致于無法對電路哪一部分出現(xiàn)問題進行修正，更進一步會導致整個電路板的毀壞。所以在以后的電路實際制過程中，要做一部分檢測一部分，這是獲得的很好的經(jīng)驗。本次的課程設計，對我們的實際動手能力是一個大的提高，也培養(yǎng)了我們查閱資料的能力，對以后的各種工作是有很大的幫助參考文獻1 賈新章