模擬電子技術(shù)課程設計---半導體三極管β值的測試

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設計說明書</p><p>　　半導體三極管β值的測試</p><p>　　系 、 部： 電氣與信息工程學院 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p

2、>　　專 業(yè)： 電氣自動化 </p><p>　　班 級： </p><p>　　完成時間： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計運用了模電和數(shù)電基本知識

3、,利用集成運放LM324為核心器件并加以555定時器、編碼、譯碼等器件搭接而成,實現(xiàn)了對待測三極管β值的顯示,電路原理簡單易懂,使用了常見的元器件,容易實現(xiàn).</p><p>　　關(guān)鍵詞; 半導體三極管β值；555定時器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The design of the use of

4、 the analog and digital circuit basics, using integrated operational amplifier LM324 as the core component and a 555 timer, encoding, decoding device overlapped, was used to measure triodeβvalue display, principle of the

5、 circuit is simple and easy to understand, the use of the common components, easy to achieve 。</p><p>　　Key words; Semiconductor triode β value;555 timer </p><p><b>　　目 錄</b></p

6、><p>　　第一部分 系統(tǒng)設計3</p><p>　　1.1設計題目及要求3</p><p>　　1.2設計思路分析3</p><p>　　1.2.1設計思路3</p><p>　　1.2.2設計方案3</p><p>　　1.2.3方案論證與比較4</p><p&

7、gt;　　第二部分 單元電路設計5</p><p>　　2.1被測三極管電路工作原理和功能說明5</p><p>　　2.2 β-v轉(zhuǎn)換電路工作原理和功能說明6</p><p>　　2.3 v-f轉(zhuǎn)換7</p><p>　　2.4 555單穩(wěn)態(tài)電路工作原理和功能說明7</p><p>　　2.5 計數(shù)、譯碼、

8、顯示電路及其原理和功能說明8</p><p>　　第三部分 整機電路圖10</p><p>　　3.1 整機電路仿真圖10</p><p>　　3.2 原件清單11</p><p>　　第四部分 性能調(diào)試12</p><p>　　4.1 電路調(diào)試12</p><p>　　4.2 故障

9、分析及處理13</p><p>　　4.3 電路整體分析13</p><p>　　第五部分 課程設計收獲和體會 參考文獻………………………………………………………………………………14 致謝……………………………………………………

10、…………………………………15</p><p>　　附錄 1PCB圖………………………………………………………………………16 附錄 2β值為160的仿真圖……………………………………………………… 17 附錄 3protel原理圖………………………………………………………………… 18 &

11、lt;/p><p>　　附錄 4實物圖……………………………………………………………………… 19</p><p><b>　　第一部分 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　1.1設計題目及要求</p><p>　　設計題目：半導體三極管β值測量儀</p><p>　　設計任務：設計一個可測量

12、NPN型硅三極管的β值的顯示測量電路（β<200）</p><p><b>　　任務要求：</b></p><p>　　1用三個數(shù)碼管顯示β的大小，分別顯示個位、十位和百位。顯示范圍為0-199。</p><p>　　2響應時間不超過2秒,顯示器顯示讀數(shù)清晰，注意避免出現(xiàn)“疊加現(xiàn)象”。</p><p>　　3電源采

13、用5V或±5V供電。</p><p><b>　　1.2設計思路分析</b></p><p><b>　　1.2.1設計思路</b></p><p>　　將變化的β值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓或電流量，再將得到的電壓或者電流量轉(zhuǎn)換為頻率，然后計數(shù)、譯碼顯示。上述轉(zhuǎn)換過程可由以下方案實現(xiàn)：</p>&

14、lt;p>　　根據(jù)三極管電流IC=βIB的關(guān)系，當IB為固定值時，IC反映了β的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化， 這樣，被測三極管就可以通過β-V轉(zhuǎn)換電路把三極管的β值轉(zhuǎn)換成對應的電壓，然后再通過壓控振蕩器把電壓轉(zhuǎn)換成頻率，若計數(shù)時間及電路參數(shù)選擇合適，在計數(shù)時間內(nèi)通過的脈沖個數(shù)即為被測三極管的β值。</p><p>　　由于β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

15、以考慮不用譯碼管直接輸出顯示（0時無顯示，1時顯示1），總共只用兩個譯碼管即可示可以 </p><p><b>　　1.2.2設計方案</b></p><p><b>　　方案說明：</b></p><p>　　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)時間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于外接電阻R和電容C的大小。tw

16、=1.1RC</p><p><b>　　方案:</b></p><p>　　1.2.3方案論證與比較</p><p>　　采用了555單穩(wěn)態(tài)模塊，由于沒有多次計數(shù)，使得清零信號可以由手動清零，顯示電路采用了CD4511-CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，可以維持顯示保持，避免出現(xiàn)疊加現(xiàn)象。</p><p>　

17、　綜上所述從電路的復雜性，穩(wěn)定性，和占用面包板的面積和成本等各個方面考慮，選擇了該方案方案來實現(xiàn)這次課程設計。</p><p>　　第二部分 單元電路設計</p><p>　　2.1被測三極管電路工作原理和功能說明</p><p>　　為了讓電流IB保持不變，電流源部分采用了微電流源，其電路圖如下</p><p>　　如上圖所示，其中Q1、Q

18、2、R1、R3構(gòu)成微電流，R2為待測三極管基極的取樣電阻，R4為待測三極管集電極的取樣電阻。用微電流源為被測三極管提供基極電流Ib，此設計能比較精確地把Ib控制在所需值附近.如上圖所示，在該部分中兩個三極管Q1、Q2均為PNP型且性能參數(shù)等都完全相同，采用+5V供電，由題意可知，待測三極管的基極輸入電流在30μA～40μA之間為宜，可固定其輸入電流恒定為30μA，即微電流源的輸出為30μA。設電流源的參考電流為1mA，根據(jù)公式：<

19、/p><p><b>　　可得： </b></p><p>　　已知 VBE1=0.7V，VCC=5V 得： R1=4.3K</p><p><b>　　又因為： </b></p><p>　　其中已知：，，，可解得：</p><p><b>　　，即

20、電路中的</b></p><p>　　2.2 β-v轉(zhuǎn)換電路工作原理和功能說明</p><p>　　此模塊由差分放大電路組成，把與三極管值成比例的集電極電壓取出來，再把電壓采樣放大，為下一級電壓比較電路提供采樣電壓，同時起隔離作用，防止對前面的電路造成影響。合理設定參數(shù)，使放大倍數(shù)為1，運放采用+5V單電源供電。</p><p>　　R2是基極取樣電阻，

21、由于基極電流Io＝30uA，所以為了便于測量，R2應盡量取大一點，這此取R2=20K。R4為集電極取樣電阻，則取樣電壓可根據(jù)公式：</p><p>　　又因為值的范圍為80到200，同時為使VCE的選擇應不小于1V，三極管工作在合適的狀態(tài)，VCE的選擇應不小于1V。當值為200時，取樣電壓最大，集電極與發(fā)射極之間的電壓最小，為使，即R4〈617，為方便計算及選擇電阻，取R4的值為510Ω。</p>

22、<p>　　根據(jù)三極管電流IC=βIB的關(guān)系，當IB為固定值時，IC反映了β的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化。同時為了避免后級電路對前級電路的影響，采用跟隨器作為隔離級.</p><p><b>　　2.3 v-f轉(zhuǎn)換</b></p><p><b>　　壓控振蕩器電路圖</b></p><p>

23、　　如上圖所示，集成運放U7A、C1、R17、R18等組成積分電路，U8B、R22、R23得組成滯回比較器，VCC通過分壓為滯回比較器提供參考電壓，通過計算合理設定參數(shù)從而實現(xiàn)了將與值成比例的電壓轉(zhuǎn)化成與值成比例的頻率，以便為設定定時時間提供依據(jù)。</p><p>　　2.4 555單穩(wěn)態(tài)電路工作原理和功能說明</p><p>　　此電路基于555定時器與電阻、電容組成的多諧振蕩器作為定時

24、控制電路，根據(jù)值與頻率的比例關(guān)系合理設定R、C的值，使在有效定時時間內(nèi)通過的脈沖數(shù)等于待測三極管的值，電路原理圖如下：</p><p>　　多諧振蕩器的電路圖 多諧振蕩器的輸出波形圖</p><p>　　2.5 計數(shù)、譯碼、顯示電路及其原理和功能說明</p><p>　　該部分由二——五——十進制計數(shù)器74LS90構(gòu)成，首先將芯片連成十

25、進制（即將74LS90的1號引腳clk1與12號引腳Q0相連），為精確顯示計數(shù)共需用三片，分別顯示各位、十位和百位，低位計數(shù)器的11號引腳Q3作為進位信號接到高位計數(shù)器的時鐘信號端（即高位的14號引腳clk0）。部分電路圖如下：</p><p><b>　　5）</b></p><p><b>　　計數(shù)器電路圖</b></p>&l

26、t;p><b>　　鎖存電路</b></p><p>　　用3個74LS194構(gòu)成三位鎖存器分別對計數(shù)器個位、十位和百位上的數(shù)進行鎖存，在定時控制控制信號的作用下定時結(jié)束時將鎖存的數(shù)值送至譯碼器，一驅(qū)動數(shù)碼管顯示。部分電路圖如下：</p><p><b>　　定時控制信號</b></p><p><b>　

27、　鎖存器電路圖</b></p><p><b>　　譯碼、顯示電路</b></p><p>　　該部分由3片譯碼器CD4511和3個共陰七段數(shù)碼顯示管組成，其連接方式與基本部分中的譯碼、顯示電路相同，功能是將計數(shù)值轉(zhuǎn)化成十進制并通過數(shù)碼管顯示出來。電路圖如下所示：</p><p>　　譯碼、顯示電路圖

28、 共陰七段數(shù)碼顯示管引腳圖</p><p>　　第三部分 整機電路圖</p><p><b>　　3.1整體電路圖</b></p><p><b>　　3.2 元件清單</b></p><p><b>　　第四部分 性能調(diào)試</b></p><p>　　

29、4.1 電路調(diào)試 </p><p>　　邊安裝邊調(diào)試。把一個總電路按框圖上的功能分成若干單元電路，分別進行安裝和調(diào)試，在完成各單元電路調(diào)試的基礎上逐步擴大安裝和調(diào)試的范圍，最后完成整機調(diào)試。</p><p>　　調(diào)試時應注意做好調(diào)試記錄，準確記錄電路各部分的測試數(shù)據(jù)和波形，以便于分析和運行時參考和撰寫設計報告。</p><p><b>　?。?）通電前檢

30、查</b></p><p>　　電路安裝完畢，首先直觀檢查電路各部分接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，器件有無接錯。</p><p><b>　　（2）通電檢查</b></p><p>　　接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則應立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新

31、通電。 </p><p><b>　　（3）單元電路調(diào)試</b></p><p>　　在調(diào)試單元電路時應明確本部分的調(diào)試要求，按調(diào)試要求測試性能指標和觀察波形。調(diào)試順序按信號的流向進行，這樣可以把前面調(diào)試過的輸出信號作為后一級的輸入信號，為最后的整機聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條件。</p><p><b>　　（4）自頂向下調(diào)試</b>&l

32、t;/p><p>　　接通電源后，按照理論值，從起始端按照信號的流向依次測試關(guān)鍵引腳的電壓、電流等參數(shù)，逐步排除問題。</p><p><b>　?。?）整機聯(lián)調(diào)</b></p><p>　　整機聯(lián)調(diào)時應觀察各單元電路連接后各級之間的信號關(guān)系，主要觀察動態(tài)結(jié)果，檢查電路的性能和參數(shù)，分析測量的數(shù)據(jù)和波形是否符合設計要求，對發(fā)現(xiàn)的故障和問題及時采取處

33、理措施。 </p><p>　　4.2故障分析及處理</p><p>　　1）電路不通，首先按照仿真電路圖認真仔細檢查電路，改正后重新測試，萬用表測端點電壓，發(fā)現(xiàn)某些引腳沒有電壓，重新檢查線路或者更換元件，直至通為止。</p><p>　　2）沒有輸出波形，檢查555定時器的連線，電源和共地以及電阻電容的選擇或者更換555定時器。</p><p&

34、gt;　　3）數(shù)碼管顯示不全或不亮，檢查數(shù)碼管的連線，是否接有保護電阻，電源線和接地線是否接錯，檢查驅(qū)動電路是否有問題，將驅(qū)動電路所不用的引腳接地，防止干擾。</p><p>　　4）測試數(shù)據(jù)不準確，用電壓表逐個檢測關(guān)鍵點的電壓，特別是微電流源和取樣電壓是否準確，比較電路中的輸入端是否有接反。</p><p>　　5）另外，還要注意整體布局，走線要橫平豎直，以免造成交叉干擾，盡量做到接線短

35、、接線少、測量方便；第一級的輸入線與末級的輸出線、高頻線與低頻線要遠離，以免形成空間交叉耦合。</p><p>　　4.3 電路整體分析</p><p>　　此設計基本完成了題目所要求的內(nèi)容，其中既有可圈之處由于不足之處，具體說來：</p><p>　　優(yōu)點：在基本部分中實現(xiàn)了對待測三極管值的分檔，電路簡單易懂，盡量使用了常見的器件，容易實現(xiàn)。</p>

36、<p>　　缺點：發(fā)揮部分中，能夠有仿真軟件multisim仿真出來，也在誤差允許的范圍內(nèi)，不過由于電路比較復雜，硬件搭接過程中出現(xiàn)許多問題，沒能成功實現(xiàn)，只是定時控制電路能正確顯示。</p><p>　　核心及實用價值：主要深化所學理論知識，培養(yǎng)綜合運用能力，增強獨立分析與解決問題的能力。訓練培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和科學態(tài)度，為以后從事電子電路設計和研制電子產(chǎn)品打下初步基礎。</p>

37、<p>　　改進和展望：改變參數(shù)以提高精確度和測量范圍，減少干擾；合理布線，便于排錯和檢查，且美觀好看。</p><p>　　第五部分 課程設計收獲和體會</p><p>　　通過此次實驗綜合運用所學各科知識，涉及數(shù)字電子電路、模擬電子電路、電路及電子線路實驗等的相關(guān)知識，綜合性較強，結(jié)合所學知識設計出滿足特定要求的電路。設計性實驗對于我們運用所學的知識要求較高，因此在準備實驗的

38、過程中就復習了所需的基礎知識；設計性實驗需要預先根據(jù)要求確定所用電路和器件，因此要熟悉掌握各種典型電路的設計、功能和各種元器件的原理、功能等等；然后依照電路圖將各模塊聯(lián)系起來，注意連接過程中元件的排布和布線，盡量使之勻稱、美觀；最后計算參數(shù)，確定參數(shù)是要多方面考慮每一個參數(shù)的改變所造成的影響，要有整體把握、綜合考慮的眼光。</p><p>　　根據(jù)調(diào)試過程中所發(fā)現(xiàn)的問題：第一，接線錯誤，是由于粗心造成的，因此必須

39、要有嚴謹認真的科學態(tài)度；第二，調(diào)試輸出波形，要保證電路的正確，了解各種器件的功能，明顯感覺自己所學不扎實；第三，對于不用的引腳要作處理，數(shù)碼管顯示不全，是因為驅(qū)動電路存在干擾，因此要綜合考慮，整體把握；第四，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果時與所測結(jié)果差別很大，經(jīng)過多組測試發(fā)現(xiàn)數(shù)量級出現(xiàn)了問題，對參數(shù)的數(shù)量級進行修正后仿真結(jié)果正確；第五，硬件連接時由于沒有注意整體布局，給檢查和排錯造成一定的困難，且其它部分的電路造成一定的干擾。因此，設計性實驗要求一定要有

40、嚴謹認真的態(tài)度，任何一個細節(jié)都決定著實驗的成敗。通過此次實驗也讓我們認識了自己學習上的不足，對集成器件的功能及各管腳特性的掌握不夠扎實，布線不夠合理，造成疏密不一，由于水平所限，結(jié)果會有一定的誤差。不過通過此次實驗深化并運用所學理論知識，提高動手能力和設計能力，培養(yǎng)綜合運用能力，增強獨立分析與解決問題的能力。訓練培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和科學態(tài)度，為以后從事電子電路設計和研制電子產(chǎn)品打下初步基礎。</p><p>

41、<b>　　參考文獻 </b></p><p>　　1）童詩白，華成英，模擬電子技術(shù)基礎，北京，高等教育出版社</p><p>　　2）李晶皎，李景宏，曹陽，邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設計，北京，清華大學出版社</p><p>　　3）勞無一，勞佳，模擬電子電路分析、設計與仿真，北京，清華大學出版社</p><p>　　4）王春興，

42、電子技術(shù)實驗教程，山東大學出版社</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課程設計，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在這學期快要結(jié)課的時候，能夠?qū)W到的只是應用到實踐中，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。在我課題研究過程中感謝給予我技術(shù)上的極大支持和心理上的鼓勵 . &