2011年青岛大学自动化工程学院课程设计——半导体三极管β值测量

青岛大学自动化工程学院课程设计——半导体三极管β值测量仪

电子设计报告

学校名称： 青岛大学 学院名称： 自动化工程学院 专业班级： 学 号： 姓 名：

青岛大学自动化工程学院课程设计——半导体三极管β值测量仪

目录

设计项目：半导体三极管β值测量仪

一、设计任务书 3

二、仪器与器件 4

三、电路模块方案设计 5

四、系统安装调试方法与步骤 15

五、实验心得 16

六、参考文献 17

七、附录 18

青岛大学自动化工程学院课程设计——半导体三极管β值测量仪

一、设计任务书：

设计制作一个自动测量NPN型硅三极管β值测量仪 一、基本要求：

1、对被测NPN型三极管β值分三档；

2、β值的范围分别为80～120及120～160，160～200对应的分档编号分别是1、 2、3；待测三极管为空时显示0，超过200显示4。 3、用数码管显示β值的档次；

设计一个半导体三极管β值测量仪，将待测三极管按照共射的方式接入电路，给基极一个恒定的电流。利用三极管将电流放大，再利用运放将放大的电流进行采样输出电压值，在经过比较电路分档，经过数码管显示β值档次。

二、发挥部分：

1、用三个数码管显示β的大小，分别显示个位、十位和百位。显示范围为0-199。

2、响应时间不超过2秒，显示器显示读数清晰。

设计压控振荡器将采集的电压量转化成与之成比例的频率，合理设定参数使再一定时间内通过的脉冲个数极为被测三极管的β值。计数器由555定时器设计；74LS90构成十进制加法器，用于技术脉冲个数；由74LS194构成锁存电路；最后通过CD4511译码，用共阴极数码管显示β数值。

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二、仪器与器件

1、仪器

1）直流稳压电源 1台 2）示波器 1台 3）万用表 1台 4）模拟实验装置 1台 5）数字实验箱 1台 2、器件

LM324、LM311、NE555、μA741、CD4532、74LS74、74LS47、74LS90、74LS14、CD4511，74LS138等；

NPN、PNP三极管9013、9014、9015；5V稳压管；二极管；

常用多圈电位器；常用定值电阻；常用电容；共银七段数码显示管。

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基本要求部分的系统框图

三、电路模块的设计

关键一：

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。上述转换过程可由以下方案实现：

根据三极管电流IC=βIB的关系，当IB为固定值时，IC反映了β的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化，对VRC取样加入后级进行分档比较。 关键二：

将取样信号同时加到具有不同基准电压的比较电路输入端进行比较，对应某一定值，只有相应的一个比较电路输出为高电平，则其余比较器输出为低电平。对比较器输出的高电平进行二进制编码，再经显示译码器译码，驱动数码管显示出相应的档次代号。

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单位元电路设计：

1、电源模块电路设计方案：

方案一：制作使用开关电源。开关电源具有体积小，重量轻，功耗小，效率高，有较稳的输出电压等优点。

方案二：制作线性电源。采用大容量电容滤波后用稳压管稳压输出要求的+5V。 因为如果自己制作开关电源制作工艺复杂，所以我们选择方案二来制作电源模块。

2、信号源电路设计方案：

方案一：利用三极管构成共射电路，通过放大，在三极管的集电极端产生放大的电流。

方案二：利用三极管构成微电流源，产生恒定的电流，然后经过三极管放大产生电流。

如上图Q1、Q2、R1、R2构成电流元R2为待测三极管基极的取样电阻，R4为待测三极管集电极的取样电阻。

方案二中能更精确地将信号电流稳定再一定范围，能更好地减少误差，此实验对电流的稳定性要求较高，所以选择方案二。

3、信号采集电路设计：

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此模块由差分放大电路组成吧与三极管β值成比例的集电极电压取出来再把电压采样放大，为下一级电压比较电路提供采样电压，同时起隔离作用，防止对前面的电路造成影响。合理设置参数使放大倍数为1，运放采用+5V单电源供电。

由于基极电流Ii约为30μA，因此选择采样电阻Rc=330Ω，这样，若

三级管放大倍数为β，则采样获得的电压 Uo=30*10-6β*330=β/100

4、比较电路：

被测β值须分为三档(即β值分为80—120,120—160及160—200。对应档的编号分

别为1、2、3，同时规定β<80或空载是显示为0，β>200时显示为4）。可用一个串联电阻网略产生四个不同的基准电压，再用四个运算放大器组成的比较电路，基准电压不同基准值分别接入运放的反相输入端，取样电压同时加到具有不同基准电压的比较电路的同相输入端进行比较，对应某一采样电压U1，高于相应基准的比较电路输出为高电平，低于基准值的比较器输出为低电平。

5、编码电路：

该电路将电压比较电路的比较结果（高低电平）进行二进制编码，使之转化为二进制数。编码功能主要由集成芯片8位优先编码器CD4532完成。

6、译码电路：

该电路把编码电路编成的二进制数译码成十进制数，以便于人机交流（即要显示的树为人来易懂的十进制数1、2、3）和数码管显示。该电路功能主要由继承芯片CD4511完成。

7、显示电路：

该电路功能是用共阴七段数码显示被测量的NPN型三极管β值的档次，注意 接保护电阻，防止因电流过大而烧坏数码管。

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发挥部分

此部分的输入信号来自基本部分中采样电路的输出电压，包括压控振荡器、定时控制电路、计数器、锁存器、译码及显示电路六个模块。

原理方框图如下：

1、压控振荡电路：

如上图所示，集成运放U7A、C1、R17、R18等组成积分电路，U88、R22、R23组成滞回比较器，VCC通过分压为滞回比较器提供参考电压，通过计算合理设定参数从而实现了将与β值成比例的电压转化成与β值成比例的频率，以便为设定时间提供依据。

2、定时控制电路：

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此电路基于555定时器与电阻、电容组成的多谢振荡器作为定时控制电路，根据β值与频率的比例关系合理设定R、C的值，是在有效定时时间内通过的脉冲数等于待测三极管的β值，电路原理图如下：

3、计数电路：

该部分有二—五—十进制计数器74LS90构成，首先将芯片连成十进制，为精确显示技术共需用三片，分别显示个位、十位和百位，低位计数器的11号引脚Q3 …… 此处隐藏：3408字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……