武漢理工大學(xué)模電課設(shè)三極管放大倍數(shù)值測(cè)量電路

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1、煙臺(tái)南山學(xué)院《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目錄 摘要 1 1.電路設(shè)計(jì)思路 2 2電路功能分析及參數(shù)設(shè)定 3 2.1 微電流源電路 3 2.2 轉(zhuǎn)化電路 3 2.3 轉(zhuǎn)化電路參數(shù)設(shè)計(jì) 4 2.4 電壓比較電路： 5 2.5 比較電路參數(shù)設(shè)計(jì) 6 3.電路原理圖 7 4.仿真 8 5.實(shí)物焊接與調(diào)試 10 6.心得體會(huì) 12 參考文獻(xiàn) 13 摘要 三極管放大倍數(shù)β值測(cè)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)β值的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓的測(cè)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)用發(fā)光二極管顯示出被測(cè)三極管的放大倍數(shù)β值。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。

2、 本晶體管β值測(cè)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(gòu)成。經(jīng)實(shí)際操作，初步實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的晶體管的β值測(cè)量。 關(guān)鍵字：β值；三極管；實(shí)物焊接；放大電路 1.電路設(shè)計(jì)思路 通過一系列書籍的查閱以及任務(wù)書的要求，可以形成初步的設(shè)計(jì)思路： 設(shè)計(jì)電路測(cè)量晶體管的β值，將晶體管β值轉(zhuǎn)換為其他物理量來(lái)進(jìn)行測(cè)量，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)把對(duì)β值的測(cè)量轉(zhuǎn)化為電壓的測(cè)量。即當(dāng)IB為定值時(shí)，由晶體管電流IC=βIB的關(guān)系，通過測(cè)量一個(gè)電阻兩端電

3、壓的壓降，即U=R*IC,又IB為定值，則U的大小僅由β的大小來(lái)確定。 因?yàn)橐蠓治宥蝸?lái)顯示晶體管的β大?。é碌闹禐?～80,80～120， 120～160，160～200以及>200），所以對(duì)轉(zhuǎn)換后的物理量進(jìn)行采樣，這個(gè)時(shí)候我們可以先取得五個(gè)不同大小的基準(zhǔn)電壓，然后通過測(cè)得的輸出電壓通過運(yùn)放來(lái)進(jìn)行比較，從而確定運(yùn)放的輸出，然后運(yùn)放的輸出結(jié)果會(huì)由發(fā)光二極管來(lái)顯示出來(lái)，我們即可以通過亮的二極管的個(gè)數(shù)來(lái)確定β值得范圍，這樣既可滿足任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)β值得初步測(cè)量。 燈亮盞數(shù)（個(gè)） β值范圍 0 小于80 1 80～120 2 120～160 3 160～200 4

4、 大于200 上表即為預(yù)期設(shè)計(jì)出的電路可以達(dá)到的效果。 設(shè)計(jì)的思路框圖如下： 轉(zhuǎn)換電路 顯示 比較電路 基準(zhǔn)電壓 圖1 設(shè)計(jì)思路框圖 2電路功能分析及參數(shù)設(shè)定 電路中T1、T2、R1，R2構(gòu)成微電流源，然后由于被測(cè)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β倍，然后由于運(yùn)放的運(yùn)用使運(yùn)放的輸出電壓為R4兩端的壓降，再將這個(gè)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(zhǔn)電壓通過運(yùn)放來(lái)進(jìn)行比較后，由輸出電壓使二極管亮起來(lái)，從而達(dá)到由β值來(lái)控制亮起的二極管的數(shù)目，進(jìn)而通過設(shè)定特殊

5、的基準(zhǔn)電壓，來(lái)達(dá)到測(cè)量β值得目的。 此即為電路的大致工作原理，下面這來(lái)分塊來(lái)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(lái)自于課本，故不作詳細(xì)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=βIB的關(guān)系，被測(cè)物理量β轉(zhuǎn)換成對(duì)電壓的測(cè)量，利用差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)電壓雙端輸出變?yōu)殡妷旱膯味溯敵觯M(jìn)而測(cè)

6、量β值。差動(dòng)放大電路原理如圖3所示： 圖3 差動(dòng)放大電路 根據(jù)理想運(yùn)放線性工作狀態(tài)的特性，利用疊加原理可求得 當(dāng)且僅當(dāng)R1=R2=R3=Rf時(shí)，有 vo=vi2-vi1 2.3 轉(zhuǎn)化電路參數(shù)設(shè)計(jì) 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(yīng)在30μA～40μA之間為宜，因?yàn)樾」β使艿摩轮翟贗c ＝2～3mA時(shí)較大，而在截止與飽和區(qū)較小，測(cè)量不準(zhǔn)確，所以合適的取值才能準(zhǔn)確測(cè)量。因此，取輸出電流Io＝30uA。 因?yàn)閰⒖茧娏骷s為1mA左右，則，由IR=(Vcc-Vbe1)/R即R1=（Vcc-Vbe1）

7、/IR,則有： 已知 VBE1=0.7V 得： R1=4.3K 再把 R1=4.3K代回，得出=1.35mA，符合要求。 再由： 已知：VT=26mV 得 R3=3.0K 由于基極電流Io＝30uA，所以為了便于測(cè)量，R2應(yīng)取大一點(diǎn)，這里取R2=20K?？紤]到VR4〈5-0.7=4.3V，VR4=Io**R4，得的范圍為0—200，即R4大概小于800，這里取R4=510。 為了使差動(dòng)放大電路起到隔離放大的作用， R5—R8應(yīng)盡量取大一點(diǎn)，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

8、=3.0K，R4=510，R5=R6=R7=R8=30K。 2.4 電壓比較電路： 這部分電路是設(shè)計(jì)電路的核心電路。 將轉(zhuǎn)化電路的輸出電壓同時(shí)加到負(fù)極加有不同基準(zhǔn)電壓的運(yùn)算放大器上，對(duì)應(yīng)某一定值U，只有當(dāng)所加電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，運(yùn)放才會(huì)輸出高電壓加到發(fā)光二極管，而剩下的則會(huì)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(lái)判斷被測(cè)三極管的β值范圍。 由于題目要求將值的檔次分為0～80、80～120，120～160，160～200，>200，則需要多個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓是采用一個(gè)串聯(lián)的電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)一個(gè)固定的電壓進(jìn)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：

9、 圖5 電壓比較器電路 2.5 比較電路參數(shù)設(shè)計(jì) 通過上級(jí)電路計(jì)算出的元件取值求得各檔次的基準(zhǔn)比較電壓邊值。由R4、、被測(cè)三極管β值即可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)比較電壓： 當(dāng)β=80時(shí)，Ui=VR4=Io**R4=1.2V 當(dāng)β=120時(shí)，Ui=VR4=Io**R4=1.8V 當(dāng)β=160時(shí)，Ui=VR4=Io**R4=2.4V 當(dāng)β=200時(shí)，Ui=VR4=Io**R4=3.0V 可以計(jì)算出電壓比較電路串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)分壓電阻的阻值，5V電源供電，分壓總電阻取R=10k： β=80 時(shí)，R＝10*1.2/5=2.4k β=120時(shí)，R＝10*1.8/5=3.6k β=160時(shí)

10、, R＝10*2.4/5=4.8k β=200時(shí)，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=51

11、0 R5=R6=R7=R8=30K R9=2.4K R10=R11=R12=1.2K R13=4.0K R14=R15=R16=R17=200 電路中T1、T2、R1，R2構(gòu)成微電流源，然后由于被測(cè)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β倍，然后由于運(yùn)放的運(yùn)用使運(yùn)放的輸出電壓為R4兩端的壓降，再將這個(gè)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(zhǔn)電壓通過運(yùn)放來(lái)進(jìn)行比較后，由輸出電壓使二極管亮起來(lái)，從而達(dá)到由β值來(lái)控制亮起的二極管的數(shù)目，進(jìn)而通過設(shè)定特殊的基準(zhǔn)電壓，來(lái)達(dá)到測(cè)量β值得目的。 本次設(shè)計(jì)的晶體管β值測(cè)量的電路原理圖如下：

12、 圖6 電路原理圖 4.仿真 構(gòu)造電路圖： 從元件庫(kù)中選擇所需元件，按電路圖擺放元件；按電路圖連線。 圖7 構(gòu)造電路圖 連線接好后修改元件屬性，包括封裝號(hào)、序號(hào)和數(shù)值，完成后即得本次設(shè)計(jì)的電路原理圖。 點(diǎn)擊tool/ERC檢查電路連接情況。 打開工程，進(jìn)行仿真。 單擊simulate/run選擇所要的仿真波形，進(jìn)行仿真并觀察仿真結(jié)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(yùn)行效果，下一步既可進(jìn)行實(shí)物的焊接部分了，焊出實(shí)物后再進(jìn)行調(diào)試等步驟。

13、 5.實(shí)物焊接與調(diào)試 按電路原理圖進(jìn)行實(shí)物裝配焊接后，得到實(shí)物如圖： 圖9 實(shí)物圖 這個(gè)電路板在焊接時(shí)跳線的地方比較多，焊接的難度很大。而且實(shí)物焊接的時(shí)候用的是一個(gè)含有四個(gè)運(yùn)放的芯片取代了原理圖中的四個(gè)單獨(dú)的運(yùn)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(gè)難度很大的工作。 將一個(gè)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(shuō)明三極管β值所處的區(qū)間為80以下；若電路板上LED燈亮一個(gè)，則說(shuō)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(gè)，則說(shuō)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(gè)，則說(shuō)明

14、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(shuō)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(jié)果記錄下來(lái)，然后在萬(wàn)用表上測(cè)出三極管的具體β值，將之與記錄結(jié)果進(jìn)行比較，看是否一致。 在對(duì)數(shù)個(gè)三極管進(jìn)行測(cè)量之后，發(fā)現(xiàn)電路板上響應(yīng)與預(yù)期一致，實(shí)現(xiàn)了在電路設(shè)計(jì)最初所作的預(yù)期目的。 6.心得體會(huì) 本學(xué)期的模電課程，我們學(xué)習(xí)到了大量的電路分析，各種電路的應(yīng)用功能，但在實(shí)際運(yùn)用中卻顯得有點(diǎn)欠缺，而這次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了比較電路在實(shí)際物體模塊制作過程中的使用方法，同時(shí)在資料的查閱過程中，也學(xué)會(huì)了其它電路的詳細(xì)功

15、能及使用，對(duì)于自己的實(shí)際動(dòng)手能力是一個(gè)很大的提高。學(xué)到了很多，也讓我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，特別是在實(shí)際電路的元件布局和電路參數(shù)的設(shè)定中，發(fā)現(xiàn)自己在很多方面都不太了解，在以后的學(xué)習(xí)中有待提高。 通過本次課程設(shè)計(jì)，作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，我們?cè)诟鱾€(gè)方面都互相促進(jìn)，在電路板的焊接方面及電路元件布局過程中，應(yīng)該要先對(duì)電路進(jìn)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(fù)雜程度，所以在電路的最初設(shè)計(jì)中就應(yīng)該要考慮到。 在焊接過程中，應(yīng)該要遵循著做一部分完成一部分的檢測(cè)的方法，以免在完成電路板焊接后檢測(cè)突然發(fā)現(xiàn)電路板不能正常工作，以致于無(wú)法對(duì)電路哪一部分出現(xiàn)問題進(jìn)行修正，更進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致

16、整個(gè)電路板的毀壞。所以在以后的電路實(shí)際制過程中，要做一部分檢測(cè)一部分，這是獲得的很好的經(jīng)驗(yàn)。本次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我們的實(shí)際動(dòng)手能力是一個(gè)大的提高，也培養(yǎng)了我們查閱資料的能力，對(duì)以后的各種工作是有很大的幫助 參考文獻(xiàn) [1] 賈新章等著 ORCAD／Pspice9實(shí)用教程 西安電子科技大學(xué)出版社 2007年6月 [2] 高文煥等著 模擬電路的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與分析 清華大學(xué)出版社 2008年 [3] 楊素行主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程 高等教育出版社 1998年 [4] 江思敏，陳明編著 Protel電路設(shè)計(jì)教程（第2版） 清華大學(xué)出版社2006年12月 [5] 譚陽(yáng)紅，蔣文科著 基于ORCAD16.0的電子電路分析與設(shè)計(jì) 國(guó)防工業(yè)出版社 2008年3月 13