武漢理工大學(xué)模電課設(shè)三極管放大倍數(shù)值測量電路

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1、煙臺南山學(xué)院《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計說明書 目錄 摘要 1 1.電路設(shè)計思路 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 4 2.4 電壓比較電路： 5 2.5 比較電路參數(shù)設(shè)計 6 3.電路原理圖 7 4.仿真 8 5.實物焊接與調(diào)試 10 6.心得體會 12 參考文獻(xiàn) 13 摘要 三極管放大倍數(shù)β值測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值的測量轉(zhuǎn)化為對電壓的測量，同時實現(xiàn)用發(fā)光二極管顯示出被測三極管的放大倍數(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)實際操作，初步實現(xiàn)了簡單的晶體管的β值測量。 關(guān)鍵字：β值；三極管；實物焊接；放大電路 1.電路設(shè)計思路 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)計思路： 設(shè)計電路測量晶體管的β值，將晶體管β值轉(zhuǎn)換為其他物理量來進行測量，所以我們在設(shè)計電路時把對β值的測量轉(zhuǎn)化為電壓的測量。即當(dāng)IB為定值時，由晶體管電流IC=βIB的關(guān)系，通過測量一個電阻兩端電

3、壓的壓降，即U=R*IC,又IB為定值，則U的大小僅由β的大小來確定。 因為要求分五段來顯示晶體管的β大小（β的值為0～80,80～120， 120～160，160～200以及>200），所以對轉(zhuǎn)換后的物理量進行采樣，這個時候我們可以先取得五個不同大小的基準(zhǔn)電壓，然后通過測得的輸出電壓通過運放來進行比較，從而確定運放的輸出，然后運放的輸出結(jié)果會由發(fā)光二極管來顯示出來，我們即可以通過亮的二極管的個數(shù)來確定β值得范圍，這樣既可滿足任務(wù)書的設(shè)計要求，實現(xiàn)對β值得初步測量。 燈亮盞數(shù)（個） 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)計出的電路可以達(dá)到的效果。 設(shè)計的思路框圖如下： 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，然后由于運放的運用使運放的輸出電壓為R4兩端的壓降，再將這個電壓與由R9、R10、R11、R12、R13等一系列串聯(lián)的電阻產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓通過運放來進行比較后，由輸出電壓使二極管亮起來，從而達(dá)到由β值來控制亮起的二極管的數(shù)目，進而通過設(shè)定特殊

5、的基準(zhǔn)電壓，來達(dá)到測量β值得目的。 此即為電路的大致工作原理，下面這來分塊來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，被測物理量β轉(zhuǎn)換成對電壓的測量，利用差動放大電路實現(xiàn)電壓雙端輸出變?yōu)殡妷旱膯味溯敵?，進而測

6、量β值。差動放大電路原理如圖3所示： 圖3 差動放大電路 根據(jù)理想運放線性工作狀態(tài)的特性，利用疊加原理可求得 當(dāng)且僅當(dāng)R1=R2=R3=Rf時，有 vo=vi2-vi1 2.3 轉(zhuǎn)化電路參數(shù)設(shè)計 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，因為小功率管的β值在Ic ＝2～3mA時較大，而在截止與飽和區(qū)較小，測量不準(zhǔn)確，所以合適的取值才能準(zhǔn)確測量。因此，取輸出電流Io＝30uA。 因為參考電流約為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，所以為了便于測量，R2應(yīng)取大一點，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。 為了使差動放大電路起到隔離放大的作用， R5—R8應(yīng)盡量取大一點，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)計電路的核心電路。 將轉(zhuǎn)化電路的輸出電壓同時加到負(fù)極加有不同基準(zhǔn)電壓的運算放大器上，對應(yīng)某一定值U，只有當(dāng)所加電壓高于基準(zhǔn)電壓時，運放才會輸出高電壓加到發(fā)光二極管，而剩下的則會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)來判斷被測三極管的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，則需要多個不同的基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓是采用一個串聯(lián)的電阻網(wǎng)絡(luò)對一個固定的電壓進行分壓得到的。 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 通過上級電路計算出的元件取值求得各檔次的基準(zhǔn)比較電壓邊值。由R4、、被測三極管β值即可計算出對應(yīng)的基準(zhǔn)比較電壓： 當(dāng)β=80時，Ui=VR4=Io**R4=1.2V 當(dāng)β=120時，Ui=VR4=Io**R4=1.8V 當(dāng)β=160時，Ui=VR4=Io**R4=2.4V 當(dāng)β=200時，Ui=VR4=Io**R4=3.0V 可以計算出電壓比較電路串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中各個分壓電阻的阻值，5V電源供電，分壓總電阻取R=10k： β=80 時，R＝10*1.2/5=2.4k β=120時，R＝10*1.8/5=3.6k β=160時

10、, R＝10*2.4/5=4.8k β=200時，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，然后由于運放的運用使運放的輸出電壓為R4兩端的壓降，再將這個電壓與由R9、R10、R11、R12、R13等一系列串聯(lián)的電阻產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓通過運放來進行比較后，由輸出電壓使二極管亮起來，從而達(dá)到由β值來控制亮起的二極管的數(shù)目，進而通過設(shè)定特殊的基準(zhǔn)電壓，來達(dá)到測量β值得目的。 本次設(shè)計的晶體管β值測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、序號和數(shù)值，完成后即得本次設(shè)計的電路原理圖。 點擊tool/ERC檢查電路連接情況。 打開工程，進行仿真。 單擊simulate/run選擇所要的仿真波形，進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行效果，下一步既可進行實物的焊接部分了，焊出實物后再進行調(diào)試等步驟。

13、 5.實物焊接與調(diào)試 按電路原理圖進行實物裝配焊接后，得到實物如圖： 圖9 實物圖 這個電路板在焊接時跳線的地方比較多，焊接的難度很大。而且實物焊接的時候用的是一個含有四個運放的芯片取代了原理圖中的四個單獨的運算放大器，所以我們得從新布線，自己繪制焊接圖，這也是一個難度很大的工作。 將一個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，則說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，則說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，則說明

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，然后在萬用表上測出三極管的具體β值，將之與記錄結(jié)果進行比較，看是否一致。 在對數(shù)個三極管進行測量之后，發(fā)現(xiàn)電路板上響應(yīng)與預(yù)期一致，實現(xiàn)了在電路設(shè)計最初所作的預(yù)期目的。 6.心得體會 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，但在實際運用中卻顯得有點欠缺，而這次課程設(shè)計，我們學(xué)會了比較電路在實際物體模塊制作過程中的使用方法，同時在資料的查閱過程中，也學(xué)會了其它電路的詳細(xì)功

15、能及使用，對于自己的實際動手能力是一個很大的提高。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，作為一個團隊，我們在各個方面都互相促進，在電路板的焊接方面及電路元件布局過程中，應(yīng)該要先對電路進行各方面的分析，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的方法，以免在完成電路板焊接后檢測突然發(fā)現(xiàn)電路板不能正常工作，以致于無法對電路哪一部分出現(xiàn)問題進行修正，更進一步會導(dǎo)致

16、整個電路板的毀壞。所以在以后的電路實際制過程中，要做一部分檢測一部分，這是獲得的很好的經(jīng)驗。本次的課程設(shè)計，對我們的實際動手能力是一個大的提高，也培養(yǎng)了我們查閱資料的能力，對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 模擬電路的計算機設(shè)計與分析 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)計教程（第2版） 清華大學(xué)出版社2006年12月 [5] 譚陽紅，蔣文科著 基于ORCAD16.0的電子電路分析與設(shè)計 國防工業(yè)出版社 2008年3月 13