北京邮电大学信通院2010级模电综合实验——晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现实验报告(非常全)

图4 NE555 定时器内部结构如上图所示，它由分压比较器、基本 RS 触发器、晶体管及缓冲 器组成。它有 8 个管脚，1 脚是接地端 GND，2 脚是低电平触发端，3 脚是输出端，4 脚是 复位端，5 脚是电压控制端，6 脚是高电平触发端，7 脚是放电端，8 脚是电源端。其功能表 如表 1：
表1 当 4 脚 RD 复位端输入为低电平时，不管其它输入端的状态如何，输出端输出的电压必 为低电平；只有当 RD 输入为高电平时，输出的状态将由 2 脚低电平触发端和高电平触发端 电压的大小来决定。因些，在正常工作时，应将 4 脚接高电平。 当高电压触发端电压Vi1 < 3 Vcc ， 低电压触发端电压Vi2 < 3 VCC 时， 放电晶体管 VT 截止， 输出端为高电平。 当Vi1 > Vcc ，Vi2 > VCC 时，放电晶体管 VT 导通，输出端输出高电平。
3 2 3 1 2 1 2 1
当Vi1 < 3 Vcc ，Vi2 > 3 VCC 时，电路亦保持原状态不变。 如果在电压控制端（5 脚）施加一个外加电压（其值在 0～VCC 之间）,比较器的参考电 压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、 单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪 表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。 实验中使用之所以使用 555 定时器， 也是利用它来构成一个施密特触发器来产生一个矩 形的脉冲，从而实现报警灯的闪烁来实现报警功能。其连接的电路图如图 5：
同相输入端的输入电压高于反相输入端（即 Vi+>Vi-）时，输出端输出为高电平；否则输出为 低电平。 三极管放大倍数β 档位测量电路和显示电路如图 3 所示
Vc/Ve
图3 当之前接入的三极管类型判断电路为 NPN 型管判断电路时，若电路接入 NPN 型三极管，电 路中电流电压表达式为： VCC − VBE − VLED − VZ 12V − 0.7V − VLED − VZ = R1 R1
出。 可见其核心部分是由三个运算放大器构成的三个电压比较器。 所有的运算放大器的反相 输入端都与前一部分电路的三极管的集电极 （或发射极） 相连， 作为该部分电路的输入端口。 而三个运算放大器的同相输入端分别接入由串联的四个电阻分压而得到的三个不同的电平 值，将这个电平值与各自的反相输入端输入的电平值进行比较，从而判断当前的 Vc 所对应 的β 所在档位。 显示电路由四个发光二极管组成，每个发光二极管与一个 1kΩ 的限流电阻串联后接到 一个电压比较器的输出端， 限流电阻起保护发光二极管的作用。 下面详细说明一下显示电路 的工作原理。 设三个电压比较器（运算放大器）的三个同相输入端的输入电平分别为 V1、V2、V3，假 设此时之前的三极管类型判别电路的输出电压值 Vc 介于 V1 和 V2 之间，由于 Vc<V1，第一个 电压比较器的同相输入端的电平高于其反相输入端，故输出高电平；由于 Vc>V2，第二个电 压比较器的同相输入端的电平低于其反相输入端， 帮输出为低电平。 第三个电压比较器的同 相输入端的输入电平也低于 Vc，其输出也为低电平。由此分析知，只有接在第一个电压比 较器和第二个电压比较器间的发光二极管两端才有足够大的电压使发光二极管发亮， 其余的 二极管都处于两个高电平或两个低电平之间， 没有足够的电压来发亮。 故此时对应的β 值处 于第二个档位。其它的档位也可以用同样的方法来分析。 三、三极管放大倍数β 档位测量电路和显示电路 报警电路主要由一个 NE555 定时器和一个发光二极管组成。通过 NE555 定时器输出端 输出电平高和低的转换 （构成施密特触发器） 实现发光二极管的亮和灭的交替从而实现闪烁 状态。 在这之前先简单介绍一下 555 定时器，NE555 计时器的内部结构如图 4：
IB =
Vin = VCC − IC R 2 = VCC − βIB R2 由上式可知，由于 R1 为给定电阻，则IB 为定值。通过三极管电流分配关系将IC 转换为β IB ，则电压 Vc 将随β 减小而增大，这就把β 转换为电压量，便于进行β 档位的测量。 当之前接入的三极管类型判断电路为 PNP 型管判断电路时， 若电路接入 PNP 型三极管， 电路中电流电压表达式为： VCC − VBE 12V − 0.7V IB = = βR 2 + R 1 βR 2 + R 1 Ve = Vcc − βIB R 2 可见，电压 Ve 将随β 值的变化而变化，也可以通过调节 R2 的阻值大小调节所测β 值档 位的大小。 由上面的公式可设计出该部分的电路如图 3 所示， 其中的电压比较器都用独立的元件画
【设计思路】 简易双极型Байду номын сангаас极管放大倍数β 检测电路的设计总体框图如下所示：
电路由五部份组成： 三极管类型判别电路、 三极管放大倍数β 档位判断电路、 显示电路、 报警电路和电源电路。 三极管类型判别电路的功能是利用 NPN 型和 PNP 型三极管的射极、基极、集电极电流 流向均相反的特性而实现的。对于一个 NPN 型的三极管，若要工作在放大区，则其基极与 射极之间电压应为正向电压，且集电极的电位要比基极电位高。而对于 PNP 型的三极管则 相反。 三极管放大倍数档位判断电路的功能是利用三极管的分配特性， 将β 值的测量转化为对 三极管电流或电压的测量，同时能够对档位进行手动调节。再通过电压比较器，实现档位的 判断。我们知道对于一个电压比较器，若其正输入端输入的电压高于其负输入端的电压值， 则其输出为高电平， 反之为低电平。 利用这个特性可以实现对前一级电路的输出电压进行判 断并处理。 显示电路主要由四个发光二极管与四个限流电阻串联组成， 接在三极管放大倍数档位判 断电路下一级，不同的运放输出电压的不同，将导致被点亮的二极管不同。 报警电路主要由一个 555 计时器和一个发光二极管实现。 通过 555 计时器输出端高低高 电平的变换而实现二极管亮和灭的轮换。 电源电路的功能是为各模块电路提供直流电源。
【所用仪器及元器件】 1、 万用表 2、 直流稳压电源 3、 集成运算放大器 4、 555 定时器 5、 发光二极管 6、 电位器 7、 实测双极型晶体管若干个 8、 电阻电容若干个
2个 1个 6个 1个
【电路设计及功能实现】 一.三极管类型判断电路 NPN 型管判断电路如下图 1(左)所示， PNP 型管判断电路如下图 1(右)所示， 由于 NPN 型 和 PNP 型三极管的电流流向相反，当两种不同类型的三极管按下图的其中一种连接方式接 入电路时，如按图左将晶体管接入电路，将集电极接上端，发射极接下端，那么 NPN 型三 极管能够正常导通，发光二极管亮，而 PNP 型三极管无法导通，从而发光二极管不亮。因 此，由二极管的亮和灭就能够判断出三极管的类型是 NPN 还是 PNP。
晶体管放大倍数β 检测电路的设计与实现 实验报告
【摘要】 晶体管是工程上常见的一种元器件，放大倍数为其基本参数。为了检测出不 同晶体管的放大倍数的粗略值，本实验利用集成运放和发光二极管，将晶体管的 放大倍数分成若干个档位进行测量。利用本实验的电路，可以成功实现对晶体管 类型的判断，对晶体管放大倍数的档位测量，并在β >250 时实现报警。放大倍 数的检测对于晶体管的工程应用具有重要意义，对于任意一个晶体管，在工程应 用前，都应检测出它的类型及放大倍数。 【关键词】 电子电路设计测量晶体管放大倍数β 【实验目的】 1、 加深对晶体管β 值意义的理解； 2、了解并掌握电压比较器电路和发光二极管的使用； 3、提高独立设计电路和验证实验的能力。 【设计任务和要求】 【基本要求】 1、设计一个简易晶体管放大倍数β 检测电路，该电路能够实现对三极管β 值大 小的初步判断。系统电源 DC±12V 2、电路能够检测出 NPN、PNP 三极管的类型； 3、电路能够将 NPN 型三极管放大倍数β 分为大于 250、200～250、150～200 和小于 150 四个档位进行判断； 4、用发光二极管来指示被测三极管的放大倍数β 值属于哪一个档位，当β 超出 250 时二极管能够闪烁报警； 5、在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小； 【提高要求】 1、电路能够将 PNP 型三极管放大倍数β 分为大于 250、200～250、150～200 和 小于 150 四个档位进行判断，并且能手动调节四个档位值的具体大小。 2、 NPN、PNP 三极管β 档位的判断可以通过手动切换。
VcVe
图 1（左）图 1（右） 对于这个电路图有几点说明，电路中加了一个电位器 Rp，其主要作用是改变三极管一 端连接的电阻的阻值，从而达到对于同一个三极管，可以改变 Vc 点的电位，从而实现在电 路中手动调节四个档位β 值具体的大小，与后面的电路相连从而实现电路的检测功能。 发光二极管串联了一个稳压管，标定的稳压值为 3.3V，其作用是限制发光二极管两端 的电压，防止发光二极管两端电压过大而烧坏。 二、三极管放大倍数β 档位测量电路和显示电路 首先，先介绍一下 LM358 的结构及主要参数。 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源 电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与 电源电压无关。LM358 的电路结构如图 2 所示。 由图 2 可以看出，一个 LM358 芯片有 8 个端 口， 编号分别为 1～8。 其中端口 8 为电源输入端， 在单电源条件下其可取电压值为 3～30V；端口 4 是接地端；端口 2 是其中一个运算放大器的反相 输入端， 端口 3 则为该运算放大器的同相输入端。 端口 6 为另一个运算放大器的反相输入端， 端口 5 则为该运算放大器的同相输入端，端口 1 和 7 分 别为两个电压比较器的输出端。图 2 运算放大器在本电路中所起的作用为电压比较器的作用。 一个最基本的电压比较器有两 个输入端和一个输出端，两个输入端包括同相输入端和反相输入端，分别记为 Vi+和 Vi-。当
图5 在这里我们也可以分析一下该矩形脉冲的产生原理。 当第三个电压比较器输出不为高电 平时， 则 555 定时器的电源输入端输入为低电平， 且其复位端输入的也是同一个低电平信号， 故输出为低电平，其所接的发光二极管不亮。当第三个电压比较器输出为高电平时，复位端 输入的也是一个稳定的高电平信号，此时 555 定时器能够正常工作。 刚开始时放电晶体管处于导通状态，由于导通后与地线相连，故其电平值为 0，因此， 电阻 R12 两端的电压值都是处于低电平。 当两电平触发端的输入电平都为低电平时， 输出端 输出高电平，而放电晶体管处于截止状态而位于高电平，此时二极管亮；又由于此时的放电 晶体管的输出端处于高电平，由电路的连接可知，两电平触发端输入的电平都是高电平，由 上面的功能表可知，此时输出端输出的是低电平，放电晶体管再次导通，且二极管灭。如此 一直循环下去，直到控制信号的电平值为低电平才停止工作。从而实现的二极管的闪烁。 四、总体电路设计 四部分的电路加起来如图 6 所示：
图7 图 7 是 PNP 管类型判断与放大倍数β 检测电路。 总的电路实现的功能有：判断三极管的类型是 NPN 还是 PNP，而且能对三极管放大倍 数β 分为大于 250、200~250、150~200、小于 150 共四个档位进行判断，并在β 值大于 250 的时候能够进行闪烁报警。电路中用发光二极管来指示被测三极管的β 值属于哪一个档位。 电路中可以手动调节四个档位值的具体大小， 而且 NPN、 PNP 三极管β 档位的判断可以通过 手动或自动切换。
图6 图 6 是 NPN 管类型判断与放大倍数β 检测电路。 总的电路实现的功能有：判断三极管的类型是 NPN 还是 PNP，而且能对三极管放大倍 数β 分为大于 250、200~250、150~200、小于 150 共四个档位进行判断，并在β 值大于 250 的时候能够进行闪烁报警。电路中用发光二极管来指示被测三极管的β 值属于哪一个档位。 电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。