模電課程設(shè)計(jì)-三極管β值數(shù)顯式測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1、廣東石油化工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（小初號(hào)字距4磅黑體加黑居中）課程名稱：模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目:三極管B值數(shù)顯式測(cè)量電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：專 業(yè)：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：日 期： 年 月 日三極管B值數(shù)顯式測(cè)量電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 可測(cè)量NPN硅三極管的直流電流放大系數(shù)B值（設(shè)B <200）。測(cè)試條件如下： Ib =103,允許誤差為土 2% 14V <Vce <16V，且對(duì)于不同B值的三極管，Vce的值基本不變。該測(cè)量電路制作好后，在測(cè)試過(guò)程中不需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)， 便可自動(dòng)滿足 上述測(cè)試條件。用二只LED數(shù)碼管和一只發(fā)光二極管構(gòu)成數(shù)字顯示器。發(fā)光二極管用來(lái)顯 示最高位，

2、它的亮狀態(tài)和暗狀態(tài)分別代表“ 1”和“ 0”，二只數(shù)碼管分別用來(lái)顯 示拾位和個(gè)位，即數(shù)字顯示器可顯示不超過(guò) 199的正整數(shù)和零。 測(cè)量電路應(yīng)設(shè)有E、B和C三個(gè)插孔。當(dāng)被測(cè)管插入插孔后，打開電源， 顯示器應(yīng)自動(dòng)顯示出被測(cè)三極管的 B值，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)兩秒鐘。 在溫度不變（200C）的條件下，本測(cè)量電路的誤差之絕對(duì)值不超過(guò)5N 1，這里的N是數(shù)字顯示器的讀數(shù)。100 數(shù)字顯示器所顯示的數(shù)字應(yīng)當(dāng)清晰，穩(wěn)定、可靠。二、方案設(shè)計(jì)與論證由于B值范圍為0-199，因此百位數(shù)只有0和1兩種情況，因此百位顯示可 以考慮不用譯碼管直接輸出顯示（0時(shí)無(wú)顯示，1時(shí)顯示1），總共只用兩個(gè)譯 碼管即可示可以。根據(jù)三極管電

3、流lc=B Ib的關(guān)系，當(dāng)Ib為固定值時(shí)，Ic反映了 B的變化，電阻RC上的電壓Sc又反映了 IC的變化，這樣，被測(cè)三極管就可以 通過(guò)B -V轉(zhuǎn)換電路把三極管的B值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓。萬(wàn)案一3-v轉(zhuǎn)換被測(cè)三極管丿積分器+>滯回比較器（v-f轉(zhuǎn)換）廠->555多諧振蕩電路（計(jì)時(shí)脈沖）c J譯碼器方案一說(shuō)明：積分器+滯回比較器：理論上能夠使 B -v轉(zhuǎn)換模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換為f輸出。555多諧振蕩電路：產(chǎn)生1s的高電平與v-f轉(zhuǎn)換電路的f 一起輸入&門后得到f 萬(wàn)案一555多諧振蕩電路顯示模塊（計(jì)時(shí)脈沖）o&顯示模塊00譯碼器方案二說(shuō)明:LM331: LM331是定時(shí)器型電

4、荷平衡v-f轉(zhuǎn)換器。LM741在輸入電壓的正常變化范圍內(nèi)輸出信號(hào)頻率和輸入電壓之間保持良好的線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換誤差可減小到0.01%。輸出信號(hào)頻率的變化范圍約為 0100khz方案二555單穩(wěn)態(tài)電路：輸出脈沖的寬度tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于外接電阻R和電容C的大小。tw=1.1RC方案一：v-f模塊是由積分器+滯回比較器搭建而成，電路走線復(fù)雜，同時(shí)多次計(jì)數(shù)，考慮到能夠選用的計(jì)數(shù)芯片CD4518是高電平清零的，這會(huì)占用計(jì)數(shù)時(shí)間，而且搭建電路比較復(fù)雜方案二：選用了 LM741芯片搭接v-f轉(zhuǎn)換電路，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定度高，但由于計(jì)時(shí)模塊還是采用了多諧振蕩電路，所以清零電路搭接麻煩，

5、同時(shí)相比與555單穩(wěn)態(tài)電路來(lái)說(shuō)，電路復(fù)雜方案三說(shuō)明:工作電路難以調(diào)試，不穩(wěn)定。計(jì)時(shí)脈沖模塊由于是多諧振蕩電路，計(jì)數(shù)器會(huì)對(duì)LM7413-v轉(zhuǎn)換（v-f轉(zhuǎn)換）計(jì)數(shù)器（計(jì)時(shí)脈沖）被測(cè)三極管555單穩(wěn)態(tài)電路萬(wàn)案三：集合了萬(wàn)案一和萬(wàn)案二的優(yōu)點(diǎn)，采用了 LM741模塊和555單穩(wěn)態(tài)模 塊，由于沒(méi)有多次計(jì)數(shù)，使得清零信號(hào)可以由手動(dòng)清零，顯示電路采用了 CD4511-CMOS B鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，可以維持顯示保持，避免出現(xiàn)疊加現(xiàn)象。等各個(gè)方面考慮，選擇了方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)綜上所述從電路的復(fù)雜性，穩(wěn)定性, 這次課程設(shè)計(jì)。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算主要單元電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算：? B vx轉(zhuǎn)換電路；? vxf轉(zhuǎn)換電

6、路：壓控振蕩器；?計(jì)數(shù)時(shí)間產(chǎn)生電路；?計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路；?清0信號(hào)產(chǎn)生電路等。1. b -vx轉(zhuǎn)換電路Vx = B lb X R2測(cè)試條件(1) lB=10卩A,允許誤差土 2%Vcc VbeI B =Rb只需選擇合適的R，而Ic = J B C(2) 14V<Ve<16V,且對(duì)不同1值的三極管，Vce的值基本不 即其值不受|C影響，則路中不能有Rd。后面還應(yīng)加一個(gè)電流到電壓的轉(zhuǎn)換電路從而構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋VxB5.1K-15V如圖所示，B Vx的轉(zhuǎn)換電路是由運(yùn)放LM324和電阻R1 R2 R3等元件組 成的固定偏流電路。對(duì)于三極管，在飽和區(qū)lC隨Vce的增加而增加；再放大區(qū)

7、lc基本保持不變，并且對(duì)于不同的I B，lc的值也不同，因此要求固定I b=10uA, 14Vv Vce v 16V,且對(duì)于不同的B值，Vce不變，則集電極回路中 既不能有Rc,也不能有Reo根據(jù)運(yùn)放的反相端為虛地，可將三極管的射極直接接到-15V的電源上，即 可滿足 14Vv Vce v 16Vo根據(jù)運(yùn)放LM324反相輸入端虛地以及Ib=10卩A的條件，貝U R1=1.5M0 R仁 (15-0.7 ) V/10 卩 A運(yùn)放LM324和R2、R3構(gòu)成的電壓并聯(lián)負(fù)反饋使 Vx * I c，所以取lc為 運(yùn)放電路的輸入電流。由圖不難看出，由于運(yùn)放虛地條件以及它不取電流， 并且 lc=B丨B，所以V

8、X =B I C =B I B F2,當(dāng)B為最大值(199)時(shí)Vmax=13V確定 R2，貝U R2 =6.5Ko 所以取 R2=5. 1K o根據(jù)運(yùn)放輸入段與外接等效電阻應(yīng)盡量相等，取R3=4.7K2.VXf 轉(zhuǎn)換電路：壓控振蕩器積分電路是實(shí)現(xiàn)波形變換、濾波等信號(hào)處理功能的基本電路，它可以將周 期性的方波電壓變換為三角波電壓。當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，積分電路的等效電路如圖 2.1所示，集成運(yùn)放A同相輸出端 的電位為Upl = R Rr Ui = ,5R3 + R43反相輸入端電位Uni二Upi。積分電路的輸出電壓為1Uo1 _R2C *1 '3Ui,m當(dāng)T截止時(shí)，積分電路的等效電路如圖2.2所示

9、，Up1、Un1不變，仍為厲/3積分電路的輸出電壓為UoiUo11* ut2-ti UoitiR1R2 C12R R2cT'1t27比較器的輸出電壓通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)加到同相輸入端，形成正反饋，待比電壓V1較加在反相輸入端。比較器雖然有閉合環(huán)路，但由于該環(huán)路引入的是正反饋， 電路增益更高，運(yùn)放依然屬于開環(huán)工作。在實(shí)際運(yùn)用中，利用遲滯特性可以有效 地克服噪聲和干擾的影響。例如，在過(guò)零檢測(cè)器中，若是如正弦電壓上疊加噪聲 和干擾，則由于零值附近多次過(guò)零，輸出就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤階躍。采用遲滯比較器， 只要噪聲和干擾的大小在遲滯寬度內(nèi)，就不會(huì)引起錯(cuò)誤的階躍。A2 構(gòu)成的是反相輸入的滯回比較器，其輸出電壓 U

10、o決定于由R7和穩(wěn)壓管Dz組成的限幅電路，輸出高電平U°H二=6V，輸出低電平UO-U-6V，閾值電壓UTH為UTH = -R-RtW 5，當(dāng)騷的滑動(dòng)端在最左端時(shí)，Uth = -3V ;當(dāng)滑動(dòng)端在左右端時(shí)，-Uth二-2.4V 。過(guò)零比較器，圖2.3過(guò)零比較器的工作原理是將輸入信號(hào)與D102BZ2.2D202BZ2.20V地電壓進(jìn)比較來(lái)判定輸出是高電平還是低電平，例如反相輸入端輸入的過(guò)零比較器在輸入正弦信號(hào)時(shí)， 在正弦波 的正半周時(shí)輸出為低電平，而在正弦波的負(fù)半周時(shí)輸出為高電平。 這樣就把正弦 波變成矩形波了，當(dāng)然它還可以將三角波等波形變換為矩形波。3.計(jì)數(shù)時(shí)間產(chǎn)生電路圖3.2所示為

11、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路和波形圖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中常 用于規(guī)整信號(hào)的脈沖寬度（TW：將脈寬不一致的信號(hào)輸入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后，可 輸出脈寬一致的脈沖信號(hào)。另外，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也常用于定時(shí)器電路中，調(diào)整 RC的值可以得到不同的定時(shí)值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用電阻、電容組成 RC定時(shí)電路，用于調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的脈沖 寬度Tw。在圖3.2（ a）的電路中，V接555定時(shí)器的TR端，其工作原理如下：穩(wěn)態(tài)（觸發(fā)前）：V為高電平時(shí)，Vtf=1，輸出V。為低電平，放電管T導(dǎo)通，定時(shí) 電容器C上的電壓（6 7腳電壓）Vc = Vth = 0，555定時(shí)器工作在“保持”態(tài)。觸發(fā)：在V端輸入低電平信號(hào)，555定時(shí)器的TR端為低電

12、平，電路被“低 觸發(fā)”，Q端輸出高電平信號(hào)，同時(shí)，放電管 T截止，定時(shí)電容器C經(jīng)（R+R）充 電，VC逐漸升高。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)中，如果 V恢復(fù)為高電平（V-R=1），但VC充電尚未達(dá)到Vcc時(shí)(Vth=0), 555定時(shí)器工作在保持狀態(tài)，Vo為高電平，T 截止，電容器繼續(xù)充電。恢復(fù)穩(wěn)態(tài)：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，電容器充電至VC略大于23 VCc，因V-H>23VCc使 555定時(shí)器“高觸發(fā)” ，V。跳轉(zhuǎn)為低電平，放電管 T導(dǎo)通，電容器經(jīng)T放電，VC 迅速降為0V,這時(shí)，V-R=1, VtH=0，555定時(shí)器恢復(fù)“保持”態(tài)。高電平脈沖的脈寬Tw當(dāng)V。輸出高電平時(shí)，放電管 T截止，電容器開

13、始充電，在電容器上的電壓<23VCc這段時(shí)間，Vo一直是高電平。因此，脈沖寬度即是由電 容器c開始充電至Vc=23 Vcc的這段暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間+5V方波輸入尖脈中Vi3K61RW100K2中7VCC RTH555TRDvcNVCDIS GVc 斗丄C1103103Vo(b)波形圖圖3.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路與波形圖脈沖寬度計(jì)算公式：Tq 1.1(R+Rv)C o圖3.1微分電路(a)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路其電路圖如下:R111 MTQ :L_ lR12 ?11Qkp 十，-i C2vcc： L 15VU2idT" r-IfB-.ipr“7琲r-.-I臨wN1M555CM4.計(jì)數(shù)，譯碼，顯示電

14、路CLR異步置異步清零2-5-10進(jìn)制加計(jì)數(shù)器YXP日仇艷Y >CPb 7-lLS90(2>HTrHiFCF計(jì)數(shù)選擇74LS90,包含一個(gè)二進(jìn)制和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將前者輸出端 QA與后者輸入端CPB相連構(gòu)成十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器，要正常計(jì)數(shù)需置 9端接地，置0端接清零信號(hào)。5.清零信號(hào)電路清零信號(hào)寬度two近似0.7R13C4清零信號(hào)不能太窄，因此考慮 two>0.4卩s;Two應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于計(jì)數(shù)脈沖最小周期 Txmin； T xmin=30ms/199=150卩S。因此0.4 卩 S<0.7R13C4<150i S,取 C4=470P R13=56K四、總原理圖及元器件

15、清單1 總原理圖2 元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注R35.1k Q1R7300k Q1R14.7k Q1U1LM324AD1R1010k Q1R924k Q1R815k Q1C1330pF1R61.8k Q1R5180k Q1R111.8M Q1R12110kQ1C20.33 F1C30.01 F1U6NAND21U574LS90N1U774LS90N1U874LS49N1U974LS49N1C4470pF1R1356k Q1U10NOT1U11NOT1U12NOT1R1443k Q1U13SEVEN SEG COM K1U14SEVEN SEG COM K1A1555 VIRTUAL1R15390 Q1R16390 Q1R17390 Q1R18390 Q1R19390 Q1R20390 Q1R21390 Q1R22390 Q1R23390 Q1R24390 Q1R25390 Q1R26390 Q1R27390 Q1R28390 Q1U474LS74D1D11DH621R4330k Q1R291.5M Q1R302.2k Q1U16NOT1U15LM741N1U17LF741N1X5PROBE RED1LED2LED red1R2200 Q1Q12N62741五、仿真調(diào)試與分析六、結(jié)論與心得通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)電模電以及multisim等方面的知識(shí)