半导体三极管值范围测量仪设计模拟电子线路课程设计报告.doc

课程设计报告 课题：半导体三极管值范围测量仪设计 第一部分 设计任务 设计题目及要求 设计题目：半导体三极管值范围测量仪设计 设计要求： 设计制作一个自动测量三极管直流放大系数值范围的装置。 1、对被测NPN型三极管值分三档； 2、值的范围分别为50～80、80～120及120～180，对应的分档编号分别是1、2、3； 3、用数码管显示值的档次； 4、电路采用5V或正负5V电源供电。 设计方案分析论证简述 课程设计题目发布以后，由于考虑到课题二倾向于数字电路的内容，而课题一大部分涉及到模拟电子电路的知识，所以开始我就选择了做课题二。 确定课题以后，并从老师给出的设计提示及其电路，我认为该课程设计题目的关键点和难点是确定电路中电子原件的标称数值。然后是再根据电路的特点，在原始的设计电路中适当的添加一定的附属电路，使原来的电路更加稳定更加精确即可。 第二部分 设计方案 设计方案分析论证： 本电路的设计分析如下： （1）转换电路部分：由设计的要求可知，首先需要测定NPN型三极管值的范围，根据设计提示，以及自己的思考，在值的范围分别为50～80、80～120及120～180的情况下，分别让待测的NPN型三极管与基准值分别为50、、80、120、180的管进行比较，就可以确定范围了。但是由于值无法直接比较，则需要通过三极管的特性公式进行转换。值即三极管直流放大系数，且有，当IB为固定值时，IC反映了β的变化，所以电阻RC上的电压VRC就反映了IC的变化，对VRC取样加入后级进行分档比较。这样就实现了转换电路的功能，从而实现值的比较；而这里的关键就是如何选择，因为β 值与Ic有关，而且小功率管的β值在Ic ＝2～3mA时较大，而在截止与饱和区较小，测量不准确。根据，这里，IB的选择在30μA～40 μA之间。 （2）基准电压部分：要确定的范围，必须有一个标准作为参照，就需要一个基准电压电路，给出值为50、80、120、180时的电压。基准电压电路，可以利用电阻串联分压实现。通过公式计算，确定了基准电压的值，再确定了分压电阻的组合。 （3）比较电路部分：转换为电压值后分别与四个基准电压进行大小比较，就可以确定值的范围了，并且大小的情况由数字电路中的高电平、低电平表示（即逻辑电路的1、0），这样再经过编码译码就可以反映的取值范围情况了。我的比较电路使用的是一个LM324元件，1个元件就可以同时进行4个比较，要比使用4个要方便。 （4）编码、译码部分：经过比较后得到的是一个4位的二进制数（取值：0000，0001，0011，0111，1111），这里我使用了cd4532三线八线优先编码器进行编码，CD4511进行译码。 （5）显示部分：使用七段数码管进行显示。 (6)下拉电阻部分：考虑到提高电路的驱动能力的问题，我设计附加的下拉电阻部分，具体设计如下述。 2、方框图 以下是我的初步设计框图： 图1 3、功能说明 (1)转换电路：用采样电压的形式将β值表现出来。 (2)比较电路：将转换电路得到的电压与电阻分出的各个基准电压进行比较，进而产生高低电平对各个值进行区分。 (3)编码电路：将比较电路产生的高低电平进行二进制编码。 (4)译码电路：对前级产生的二进制编码进行七段数码管显示译码。 (5)显示电路：将已经译码的二进制数用七段数码管显示。 (6)下拉电阻电路：增加电路的精确程度及提高电路的带负载的能力。 第三部分 电路设计 (1)首先要确定电路的设计思路。如何对三极管的值进行测量呢？我是这样想的：将变化的β值转化为与之成正比变化的电压或电流量，再取样进行比较、分档。然后通过编码、译码将所得分档通过数字LED数码管显示出来就达到了设计的基本要求 。 (2)在老师所给设计题目中给的提示中，提到了两种转换电路（即：将变化的值转化为与之成正比变化的电压或电流量电路）。在这两个电路中我选择第一种方案。以下是我对这两个电路性能的比较。 对于第一种方案(优点：精确)： T1、T2、R1、R3构成微电流源电路，R2是被测管T3的基极电流取样电阻，，R4是集电极电流取样电阻。由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及隔离放大作用。因为选用了微电流源电路，从而使得T3的基极输入电流非常的稳定，而导致流过R4的电流基本上随着T3的值的变化而稳定变化。最终导致R4两端的电压与T3的值成正比。这也正是我们所需要的 。 对于第二种方案(优点：简单、成本低)： T1是被测三极管，其基极电流可由R1、R2限定运算放大器的输出，其中＝βIB R3。通过近似的值从而计算出输入基极电流的大小，再计算集电极电流的大小，认为集电极输出的电流