三极管β值数显式测量电路设计

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1、电气工程学院课程设计报告题目三极管β值数显式测量电路设计姓名张桥专业自动化班级自动化1303学号201323020324指导老师徐振方成绩2015年7月4日1三极管β值数显式测量电路设计说明：三极管电流放大系数β可用晶体管特性图示仪测量，但存在读数不直观和误差大等缺点。本题要求制作的三极管β值数显式测量电路用数码管和发光二极管显示出被测二极管的β值，从而读数直观，误差较小。1任务和要求(1)任务：设计一个三极管β值数显式测量电路，用数码管和发光二极管显示出被测三极管的β值。(2)探测器性能要求:1可测NPN硅三极管的直流电流放

2、大系数β值（设β小于200），测试条件如下：①IB=10μΑ,误差为±2%②VCE为14到16V，且对于不同β值的三极管，VCE的值基本不变。2测量电路应设有E、B、C三个插口，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β值，响应时间不超过两秒钟。3在温度不变（20℃）时，本测量电路误差的绝对值不超过“0.05*数字显示器读数+1”。4数字显示器所显示的数字应当清晰，稳定、可靠2总体方案设计与选择2.1任务分析：在设计任务中要求我们显示三极管的β值，同时允许基极电流IB=10μΑ,允许误差为±2%。所以我们觉

3、得这部分电流应该由微电流源提供。VCE为14到16V，且对于不同β值的三极管，VCE的值基本不变。我们采用直接与一个VCC相连，在它的下端加一个小电阻，保证VCE的值基本不变。对于自动显示出被测的三极管的β值，响应时间不超过两秒钟。我们采用了数码管显示并利用到A/D转换将模拟信号转变为数字信号。2.2设计思路：通过设计一个微恒流电路使其流过待测的三极管，经三极管放大后在流过一个电阻，通过测量这个电阻两端的电压就能知道流过该电阻的电流，即三极管放大的基极电流，从而知道三极管的放大倍数。并且按下述模式进行设计：单元设计功能块划分系

4、统分解系统总成子系统设计图1设计模式图2.3系统概述β是三极管共射电流放大系数，不是一个能够直接测量的物理量，一般不区分直流和交流下放大系数。对于直流，有β=（Ic-IcEQ）/IB≈IC/IB

5、UCE=cons,忽略ICEQ，固定IB、UCE的值，IC的值跟β值成正比，通过测量IC，选择一定的比例系数k，由β=IC/k测量β。测量β的问题转化为对IC的测量。为了使数字测量设备能够测量模拟量，本电路需要使用ADC，直接型ADC是把输入2的模拟电压信号直接转换为相应的数字信号，所以还要对Ic进行电流电压转换。A/D转换后就可以用

6、数字显示了。下面是逻辑框图设计：七段译码器七段译码器10进制10进制1位锁定器计数器计数器被测三β/Vx转极换电路压控振荡器管与门计数时间产生电路清零信号产生电路图2逻辑框图但是这次设计没有完全使用逻辑方法，因为对它认识不够多，希望在以后的学习中会用到它。3电路总原理框图设计A/D转换显示测量值三极管的Ic电流电压转换图3原理框图34单元电路设计4.1转换电路图4转换电路电路图以上电路包含了一个微电流源与一个差分放大电路。图5微电流源电路（1）β值与Ic有关；（2）小功率管的β值在Ic=2至3mA时较大，而在截止与饱和区较小，

7、测量不准确。因此，取输出电流Io=30μΑ，因为参考电流IR=（Vcc-VBE2）/RR1=(Vcc-VBE1)/IR4已知VBE1=0.7V得，R1=4.3K，取R1=3.3K。为了使差动放大电路起到隔离放大的作用，R5--R8应尽量取大一点，这里取R5=R6=R7=R8=30K。综上所述：R1=3.3K，R2=20K，R3=3.3K，R4=220，R5=R6=R7=R8=30K。差动放大电路：根据三极管电流IC=βIB的关系，被测物理量β转换成集电极电流IC，而集电极电阻不变，利用差动放大电路对被测三极管集电极上的电压进

8、行采样。差动放大电路如下:图6差动放大电路图根据理想运放线性工作状态的特性，利用叠加原理可求得：RfR3Rfu(1)u*u0i2i1R1R2R3R1，取电路参数：R1=R2=R3=Rf，uo=ui2-ui1。可见，输出电压值等于两输入电压值之差，实现想减功能。其中运算放大器采用集成电路LM311。4.2优频转换电路LM331实现电压与频率的转换。F=K*V1=KβIBR4,K=RS/(2.09RTCTRL)。可以令f=β，则计数器恰好在一秒内记下所有脉冲数。通过计算拼凑可以得出：Rs=4.7K,RT=RV=10K,RL

9、=150K,CT=0.01μF，CL=1μF，C2=0.01μF。4.3控制计时电路工作原理和功能说明：把NE555接成单稳态电路，利用触发后产生的持续高电平来控制计数器计时，根据设计的思路，要产生一秒的持续高电平。NE555，其封装图如下：5图7NE555引脚排列图所接正电