电流转换电压电路

目录

第1章设计目标 (2)

第2章设计要求 (2)

第3章电子系统设计的基本方法 (2)

第4章电路基本原理 (3)

第5章实验过程 (7)

第6章结束语 (12)

第7章元件清单 (14)

附图 (14)

参考文献 (16)

一、设计目标

半导体三极管的β值可用晶体管特性图示仪测量，但存在读数不直观和误差较大等缺点。本题目要求用数字显示测量电路来测量三极管的β值，既直观又方便，而且误差小。

二、 设计要求

设计并制作一个半导体三极管β值数字显示测量电路，电路制作好后，测试中不需人工调节便能满足测试条件。并且插入三极管到指定位置，打开电源后，即显示被测三极管的β值，其响应时间不超过1s 。

其功能指标如下： （1）设计指标

1．可测量NPN 硅三极管的直流放大系数β值（设0<β<199.9），其测试条件如下：

○

1 A I B μ10=，允许误差±2％ ○

2 V U V CE 1513≤≤，且对应于不同的三极管的不同β值，CE U 的值基本不变； ○

3 测量精度要求<±1％。 2．在测量过程中不需要进行手动调节，便可自动满足上述测试条件。

3．测量电路设有被测三极管的三个插孔，分别标上e 、b 、c ，当三极管的发射极、基极和集电极分别插入e 、b 、c 插孔时，打开电源后，数字显示器自动显示出被测三极管的β值，响应时间不超过1s 。 4．数字显示的读数要清晰，无重叠或跳动现象。 （2）设计要求

1．画出电路框图； 2．每单元的电路图；

3．元器件清单及参数选择（包括芯片、型号、数量、电阻、运放等）。 （3）制作要求

电路自行安装与调试，并能发现问题和解决问题。 （4）总结

编写设计报告，包括安装与调试的过程说明，数据与波形，心得体会及意见等等。

三、 电子系统设计的基本方法

传统的电子系统设计一般是采用搭积木式的方法进行，即由器件搭成电路板，由电路板搭成电子系统。系统常用的“积木块”是固定功能的标准集成电路，如运算放大器、74系列TTL ，4000/4500系列CMOS 芯片和一些固定功能的大规模集成电路。设计者根据需要选择合适器件，由器件组成电路板，最后完成系统设计。

首先大概猜想系统由哪几部分组成，各个部分按功能划分，依据功能查找能够实现该功

能的芯片，找到一系列的相关芯片，然后考察各种芯片的具体性能和具体电路，选择性能满足设计而电路设计又可行简单的方案。

功能的划分依据所学的模电和数电知识，而要实现该功能则可以参考书本的例子，进行加工以便完全满足需要。主要参考书本的例子和常用的集成电路来进行设计。

具体芯片的资料，一般要靠百度搜索，只要在百度上输入芯片型号，一般都能链接到很多专门的芯片参考资料，综合提取出我们所需要的。

然后，我们设计出数显三极管β值测量电路的电路原理图，同时也就得到了主要元器件的明细表。设计的工作主要是在Protel99SE 和Multisim 8下进行，前者用来画电路图，后者是用来仿真实验。

最后，我们在电子楼实验室进行了三天的电路安装与调试，最后一天时间写报告和上交给老师检查。

四、 电路基本原理

基本设计思想及原理框图

此三极管β值数字显示测量电路能对β值为0~199.9范围内的NPN 三极管进行测量并能以数字形式显示其β值。

1、 三极管是CCCV 器件，要测量三极管的电流放大系数，必须给三极管以合适

的静态工作点，使三极管处在线性放大区，若B I 一定，则C I 正比于β值，即

C I = βB I 。

2、 要对三极管β值进行测量，可将三极管集电极电流C I 转换为相应的电压输出

O V ，O V 的大小也正比于β值，然后再由A/D 转换器将电压信号O V 转换为数

字信号，再由译码驱动电路将此数字信号译成BCD 码，最后由显示电路（数码管）显示。

3、 若所测三级管β值超过量程，则蜂鸣器会自动报警。

单元电路设计和分析

1． 被测三极管

被测三极管选用NPN 型：

2． 静态工作电路及电流电压转换电路

三极管有合适的静态工作点，设置基极偏置电阻1.43M Ω。由于已经规定测试条件：①

10B I A μ=，允许误差2%±②1315CE V U V ≤≤，而且对应于不同的三极管的不同β值

CE U 基本不变。按要求得出以下电路：

假定BE 压降为0.7V ，那么基极电流为10微安，集电极电流为10微安的β倍，CE 电压由C 的电位决定。

使用集成运放电路进行信号处理。由于BJT 是CCCS 器件，其输出等效为受控电流源，所以采用反相比例运算电路进行电流-电压的转换，因为反相比例运算电路的输入电阻低。同时反相比例运算电路对运放的共模抑制

比要求低，其输出电阻很低，这是优点。在理想运放下，输入电阻为0，所以输出电压为（Is*Rf ）。实际输入电阻不为零，所以信号源内阻比输入电阻越大，电路的转换精度就越高。

为便于I/V 转换，设ce V 为定值，采用集成运算放大器组成反相输入负反馈放大电路，放大器的输出电压f C O R I V ∙=。

M Ω

工作点设置及电流电压转换电路 使k R R b f =/，则：

f B f C O R I R I V ∙=∙=β

)

15(15BE f

b BE

V k R R V -=∙-=ββ

= 0.1β BE V =0.7V ，当β=199.9时，O V =1999

3． 电压调整电路

前面一个运放是反向输入，因而输出电压O V 为负值，需再接一个反向输入的运放使电压为正。且当β值为199.9时，转换成对应的电压信号输出为1.999V ，那么显示的电压值要趋近于1.999，通过微调电位计R 来达到。