三极管β值测试仪 设计

********课程设计报告

课程名称：电子技术课程设计

系部：控制工程系

专业班级：******************

学生姓名：*****************

指导教师：*****************

完成时间：20**年10月23日

报告成绩：

简易数字三极管β值显示仪设计报告

一. 设计要求

1、设计任务

设计和实现一个三极管β值测试仪。

2、设计要求

（1）能够对NPN和PNP三极管进行β值测量；

（2）被测三极管β值范围：50~300；

（3）测试误差<10%；

（4）β值至少用三位数码管显示。

参考器件：ICL7107

二.方案选择及电路的工作原理

思想：要使得三极管的β值被测试并正确显示出来，考虑到直接测试β值难度大且不易实现，于是设想先将三极管的β值转换为电压值，在通过A/D转换，通过电压放大倍数显示三极管的β值。

通过查找老师提供的ICL7107资料知道芯片同时具有A/D转换功能以及数码管驱动的功能。故A/D转换电路以及数值显示电路可由芯片几数码管很容易的构成。

要正确测量出三极管的β值，则被测三极管应工作于放大状态，而且还要求工作环境极其稳定，考虑到此，我们采用恒流源为被测三极管提供基极电流。恒流源采用电路较为简单，可产生较稳定电流的镜像恒流源。

结合以上考虑，选择了由恒流源电路、A/D转换及数码管驱动电路组成的三极管β值测试电路。原理图见图一。

工作原理：由恒流源提供的基极电流经三极管放大β倍，并转为电压Vin，Vin经滤波后送入ICL7107芯片的信号输入端，经芯片的A/D转换功能转换为数字信号后，通过ICL7107的驱动功能驱动数码管显示出来，显示出来的值可由公式得到：显示值COUNT=1000*Vin/Vref(Vref为芯片36管脚的基准电压)。COUNT 值即为被测三极管的β值。

部分ICL7107资料：1、ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。这里我们介绍一种她的典型应用电路--数字电压表的制作。其电路如附图。制作时，数字显示用的数码管为共阳型，2K

可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可。该电路稍加改造，还可演变出很多电路，如数显电流表、数显温度计等.

2、芯片关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成"0"信号输入，以方便测试。

3.使用时应特别注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是

0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。

4.芯片的接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。

图一、原理图

单元电路设计计算与元器件的选择

（一）恒流源电路

恒流源有镜像电流源、比例电流源等多种，

在此，我们选用电路简单的镜像电流源。查找

资料确定。需要PNP型三极管2只、电阻2只，

在本恒流源中三极管选择型号为8550、电阻选

择5.1K、10K各一只。构成恒流源。原理图如

图所示。

（二）被测三极管电路

由于要在三极管工作于放大条件下

才能测试准确的三极管β值，参考所查找

到的资料，将被测三极管电路设计为以简

单的共射放大电路。CON1接恒流源输出

端，CON2提供A/D转换电路的输入信号。

具体元器件的选择及元件值请看第四部

分。

（三）A/D转换与显示电路

这一部分的电路及元器件选择可直接参考ICL7107的经典应用电路，故只需检验搜集到的资料中提供的经典电路是否正确，而无需过多的计算。不过需要注意的是资料中提供的负电源产生电路有一些错误，需要在应用前改正过来（即将竖直方向上的二极管IN4148极性对调）。同时，还需要对负电源产生点路进行仿真，通过验证电路正确才可应用。

三.设计的具体实现

1、系统概述

方案论证：通过前面几个步骤的完成，三极管β测试系统设计基本完成。由恒流源向被测三极管基极提供恒定的电流I，通过放大电路的放大作用，衡量三极管β值转为用发射极电压值Ui来衡量。Ui送入具有A/D转换和数码管驱动功能的ICL7107中，经芯片处理后驱动数码管显示出被测β值。如果，恒流源稳定，被测三极管工作于放大状态，输入信号在规定值范围内，则可正常显示被测三极管的β值，故设计思路是正确可行的。

电路组成：电路可细分为恒流源、测试电路、A/D转换与显示电路三个部分。

工作过程和原理：由PNP型三极管T1、T2和电阻R1、R2组成的电流源产生稳定的直流电流I，作为被测三极管的基极电流，以驱动三极管工作，电流I经三极管放大β背，通过电阻R6和电位器Rp1转换为合适的输入信号Ui，经限流电阻R8和滤波电容C1后送入芯片信号输入端，经过芯片的A/D转换变为数字信号（高、低电平）驱动数码管亮或灭，通过调整基准电压Uref和输入信号Ui，通过公式：COUNT=1000*Ui/Uref。如此三极管的β值变先转化为电压在数码管上被正确显示出来。

2．单元电路设计、仿真与分析

（一）、恒流源。恒流源作为被测三极管基极电流的提供器件，

在本电路中起着举足轻重的作用。恒流源的好坏将

直接影响该测量电路的准确度与稳定性。考虑到，

ICL7107只能输入-199～+199毫伏的模拟电压信号，

故而将恒流源设计为提供20uA直流电流的一个电流

源。

通过参考有关书籍及资料，并用EWB仿真软件

仿真后，最终确定了恒流源，原理图见下图。选定

PNP三极管用8550、R1=10K,R2=5.1K,用multisim8.0

仿真测的T2集电极输出电流为15.983uA。满足设计

要求。

T1和R2公共端接+5V直流电压，R1一端接地，T2集电极为电流输出端。参数设置合理，通电后，使T2工作与放大状态，从而输出电流为：I=（Vcc-Ube）/（R1+R2）。

（二）、放大电路