《课程设计报告》word文档

课程设计报告

半导体三极管β值测量仪设计

学校名称青岛大学

学院名称自动化工程学院

专业班级 2008级电气一班

学号200840301080

姓名闫鹏飞

2010年10月1日

【摘要】

本设计为测试NPN 半导体硅管值及范围电路。首先，为了供给NPN 三极管

基极稳定的电流使β值的变化不会影响到电流源，所以设计了微电流源；再次利用三极管值的大小与电流或电压的变化成正比的特点，将电压作为取样信号，设计了具有不同基准信号的比较电路；第三，在第二步的基础上，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，相应的一个比较电路输出高电平，其余比较器输出为低电平，实现AD 转换,从而显示出所测NPN 三极管值的范围；最后，为了能测试出NPN 三极管值，分别设计组装压控振荡器、基准时钟、计数器数、据锁存器电路来显示三极管值。

关键词：NPN 三极管 参数 值 编码 译码

ββββββ

一、设计内容

设计制作一个可自动测量NPN 型硅三极管β值的范围及数值的测量仪。

二、设计要求

1、对被测三极管的β值分三档；

2、β值的范围分别为80～120及120～160，160～200；其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值的档次及的值。

三：整体设计思路

(一)设计框图

（二）各部分说明

1、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。 2．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。

3、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。

四、电路具体设计方案

（一）转换电路

转换电路部分包括微电流源和差分比例运算电路。由三极管电流I C =βI B 的关系，I B 为定值时，I C 的变化则映了β的变化，通过电阻R C 将变化的I C 转化成了对应的V RC 的值，再进行取样、分档和比较。为了取得固定I B 的值，必须有微电流源电路提供恒定电流。

1、微电流源电路

提供一个稳定的电流源，供给待测NPN 三极管基极稳恒的电流使β值的变化不会影响到电流源，而导致误差的产生。并且为了满足要求I B 的选择应在30μA～40 μA 之间为宜。

o U

其电路图1如下：

图1—微电流源电路图

根据电路原理分析得：

由此可知：只要确定I O和R e2就能确定I R，由此可以确定电阻R的值。

2、差动放大电路：

根据三极管电流I C=βI B的关系，被测物理量β转换成集电极电流I C 而集电极电阻不变，利用差动放大电路对被测三极管集电极上的电压进行采样，。差动放大电路原理如图2所示：

图2—差动放大原理图

当它在静态平衡时，要求必须满足：

1、静态的含义：无外信号输入。

2、为保证静态平衡（V+=V-=2.5V)，同、反相输入端需设计分压网络以平衡满足条件。

根据理想运放线性工作状态的特性，利用叠加原理可求得：

取电路参数：R 1=R 2=R 3=R f ,

可见，输出电压值等于两输入电压值相减之差，实现相减功能。其中运算放大器采用集成电路LM324。

其中运算放大器采用集成电路LM324。其封装结构管脚功能级管脚分配如下： 封装图3：

图3—LM324封装结构图

注：LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图（10）所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，如图（11）所示。除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo ”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信端的相同。

1i 1f

2i 3231f o 1v v v R R R R R R R -+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=120i i V V V -

=

LM324引脚：

综合上述得出转换电路的电路图如图4所示：

图4--转换电路

电路说明：T

1、T

2

、R1、R3构成微电流源电路提供恒定电流，R2是被测管T3

的基极电流取样电阻，用于检测基极电流的大小，R4是集电极电流取样电阻，用于检测集电极电流的大小同时检测出被测三极管β值的大小，由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及隔离放大作用，为电压比较电路提供采样电压。（二）比较电路

考虑到设计题目要求总共显示五档，即值分别为50～80、80～120及120～180，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，所以需要四个基准电压，于是有一个串联电阻网络产生四个不同的

基准电压，再用四个运算放大器组成的比较电路，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，相应的一个比较电路输出为高电平，其余比较器输出为低电平。 综合上述得出比较电路的电路如图5：

图5—比较电路

注：由R9、R10、R11、 R12、R13构成电阻网路，将固定的5V 电压分压产生四个不同的准电压接入由LM324构成的比较器中，上图中比最上层的比较器为高位。比较器输出接四个指示灯，指示出哪个比较器的输出为高电平。

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