模电课程设计-三极管β值数显式测量电路设计.doc

广东石油化工学院

课程设计说明书
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课程名称： 模拟电子技术课程设计

题 目： 三极管β值数显式测量电路设计

学生姓名：
专 业：
班 级：
学 号：
指导教师：
日 期： 年 月 日

三极管β值数显式测量电路设计

一、设计任务与要求
⑴ 可测量NPN硅三极管的直流电流放大系数β值（设β<200）。测试条件如下：
① 允许误差为±2%。
② ，且对于不同β值的三极管，的值基本不变。
⑵ 该测量电路制作好后，在测试过程中不需要进行手动调节，便可自动满足上述测试条件。
⑶ 用二只LED数码管和一只发光二极管构成数字显示器。发光二极管用来显示最高位，它的亮状态和暗状态分别代表“1”和“0”，二只数码管分别用来显示拾位和个位，即数字显示器可显示不超过199的正整数和零。
⑷ 测量电路应设有E、B和C三个插孔。当被测管插入插孔后，打开电源，显示器应自动显示出被测三极管的β值，响应时间不超过两秒钟。
⑸ 在温度不变（200C）的条件下，本测量电路的误差之绝对值不超过 ，这里的是数字显示器的读数。
⑹ 数字显示器所显示的数字应当清晰，稳定、可靠。
二、方案设计与论证
由于β值范围为0-199，因此百位数只有0和1两种情况，因此百位显示可以考虑不用译码管直接输出显示（0时无显示，1时显示1），总共只用两个译码管即可示可以 。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， 这样，被测三极管就可以通过β-V转换电路把三极管的β值转换成对应的电压。

译码器

计数器
555多谐振荡电路
(计时脉冲)
积分器+
滞回比较器(v-f转换)

β-v转换

被测三极管

＆

显示模块
方案一

方案一说明：
积分器+滞回比较器：理论上能够使β-v转换模块的输出电压转换为f输出。
555多谐振荡电路：产生1s的高电平与v-f转换电路的f一起输入＆门后得到f。

被测三极管

＆

显示模块

译码器

计数器
555多谐振荡电路
(计时脉冲)
LM741
(v-f转换)

β-v转换
方案二

方案二说明：
LM331：LM331是定时器型电荷平衡v-f转换器。LM741在输入电压的正常变化范围内输出信号频率和输入电压之间保持良好的线性关系，转换误差可减小到0.01%。输出信号频率的变化范围约为0~100khz。

译码器

计数器
555单稳态电路
(计时脉冲)

LM741
(v-f转换)

β-v转换

被测三极管

＆

显示模块
方案三

方案三说明：
555单稳态电路：输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。tw=1.1RC
方案一：v-f模块是由积分器+滞回比较器搭建而成，电路走线复杂，同时工作电路难以调试，不稳定。计时脉冲模块由于是多谐振荡电路，计数器会对f多次计数，考虑到能够选用的计数芯片CD4518是高电平清零的，这会占用计数时间，而且搭建电路比较复杂。
方案二：选用了LM741芯片搭接v-f转换电路，电路简单，稳定度高，但由于计时模块还是采用了多谐振荡电路，所以清零电路搭接麻烦，同时相比与555单稳态电路来说，电路复杂。
方案三：集合了方案一和方案二的优点，采用了LM741模块和555单稳态模块，由于没有多次计数，使得清零信号可以由手动清零，显示电路采用了CD4511-CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，可以维持显示保持，避免出现叠加现象。
综上所述从电路的复杂性，稳定性，等各个方面考虑，选择了方案三来实现这次课程设计。
三、单元电路设计与参数计算
主要单元电路设计和参数计算：
• β—VX转换电路；
• VX—f 转换电路：压控振荡器；
• 计数时间产生电路；
• 计数、译码、显示电路；
• 清0信号产生电路等。
1．β-VX转换电路
Vx = βIb×R2
IB
（1）IB=10μA，允许误差±2%；
测试条件

Rb
RC
VCC
IB =
VCC － VBE
Rb
IC
只需选择合适的Rb，而IC = b IB 。IC与b成正比。
（2）14V<VCE<16V，且对不同b值的三极管， VCE的值基本不变。

即其值不受IC影响，则路中不能有RC 。
后面还应加一个电流到电压的转换电路从而构成——电压并联负反馈。

VX极性为正

R2
324
＋
－
c
b
e
-15V
VX
5.1K KKKK K k
R3
4.7k
R1
1.5M

如图所示，β—的转换电路是由运放LM324和电阻R1、R2、R3等元件组成的固定偏流电路。对于三极管，在饱和区随的增加而增加；再放大区基本保持不变，并且对于不同的，的值也不同，因此要求固定=10uA,14V＜＜16V，且对于不同的β值，不变，则集电极回路中既不能有Rc,也不能有Re。
根据运放的反相端为虚地，可将三极管的射极直接接到-15V的电源上，即可满足14V＜＜16V。
根据运放LM324反相输入端虚地以及IB=10μA的条件，则R1=1.5M。[R1=（15-0.7）V/10μA]
运放LM324和R2、R3构成的电压并联负反馈使 ∝ ，所以取为运放电路的输入电流。由图不难看出，由于运放虚地条件以及它不取电流，并且=β，所以=β=βR2，当β为最大值(199) 时=13V确定R，则R=6.5K。所以取R=5. 1K。
根据运放输入段与外接等效电阻应尽量相等，取R3=4.7K。
2. VX—f 转换电路：压控振荡器

积分电路是实现波形变换、滤波等信号处理功能的基本电路，它可以将周期性的方波电压变换为三角波电压。
当T导通时，积分电路的等效电路如图2.1所示，集成运放A同相输出端的电位为

图2.1

反相输入端电位。积分电路的输出电压为

当T截止时，积分电路的等效电路如图2.2所示，Up1、Un1不变，仍为。积分电路的输出电压为

图2.2

比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，待比电压V1较加在反相输入端。比较器虽然有闭合环路，但由于该环路引入的是正反馈，电路增益更高，运放依然属于开环工作。在实际运用中，利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。例如，在过零检测器中，若是如正弦电压上叠加噪声和干扰，则由于零值附近多次过零，输出就会出现错误阶跃。采用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。
A2构成的是反相输入的滞回比较器，其输出电压Uo决定于由R7和稳压管Dz组成的限幅电路，输出高电平，输出低电平，阈值电压为，当Rw的滑动端在最左端时，；当滑动端在左右端时，。
过零比较器，图2.3

图2.3
过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高电平还是低电平，例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正弦波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就把正弦波变成矩形波了，当然它还可以将三角波等波形变换为矩形波。
3. 计数时间产生电路
图3.2所示为单稳态触发器的电路和波形图。单稳态触发器在数字电路中常用于规整信号的脉冲宽度（TW）：将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后，可输出脉宽一致的脉冲信号。另外，单稳态触发器也常用于定时器电路中，调整RC的值可以得到不同的定时值。
单稳态触发器采用电阻、电容组成RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度TW。在图3.2（a）的电路中，Vi接555定时器的端，其工作原理如下：
稳态（触发前）：Vi为高电平时，VTR=1，输出VO为低电平，放电管T导通，定时电容器C上的电压（6、7脚电压）VC = VTH = 0 ，555定时器工作在“保持”态。
触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的端为低电平，电路被“低触发”，Q端输出高电平信号，同时，放电管T截止，定时电容器C经（R+RW）充电，VC逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果Vi恢复为高电平（VTR=1），但VC充电尚未达到VCC时（VTH=0），555定时器工作在保持状态，VO为高电平，T截止，电容器继续充电。
恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至VC略大于VCC ，因VTH>VCC使555定时器“高触发”，VO跳转为低电平，放电管T导通，电容器经T放电，VC迅速降为0V，这时，VTR=1，VTH=0，555定时器恢复“保持”态。
图3.1 微分电路
图3.2 单稳态触发器电路与波形图
高电平脉冲的脉宽TW：当VO输出高电平时，放电管T截止，电容器开始充电，在电容器上的电压<VCC这段时间，VO一直是高电平。因此，脉冲宽度即是由电容器C开始充电至VC=VCC的这段暂稳态时间。
脉冲宽度计算公式：Tw≈1.1(R+RW)C。
其电路图如下：

4.计数，译码，显示电路

计数选择74LS90，包含一个二进制和五进制计数器，将前者输出端QA与后者输入端CPB相连构成十进制BCD码计数器，要正常计数需置9端接地，置0端接清零信号。
5.清零信号电路

清零信号宽度two近似0.7R13C4。清零信号不能太窄，因此考虑two>0.4μs;Two应远远小于计数脉冲最小周期Txmin；T xmin=30ms/199=150μS。因此0.4μS<0.7R13C4<150μS，取C4=470P，R13=56K。

四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
2．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R3

5.1kΩ
1

R7

300kΩ
1

R1

4.7kΩ
1

U1

LM324AD
1

R10

10kΩ
1

R9

24kΩ
1

R8

15kΩ
1

C1

330pF
1

R6

1.8kΩ
1

R5

180kΩ
1

R11

1.8MΩ
1

R12

110kΩ
1

C2

0.33µF
1

C3

0.01µF
1

U6

NAND2
1

U5

74LS90N
1

U7

74LS90N
1

U8

74LS49N
1

U9

74LS49N
1

C4

470pF
1

R13

56kΩ
1

U10

NOT
1

U11

NOT
1

U12

NOT
1

R14

43kΩ
1

U13

SEVEN_SEG_COM_K
1

U14

SEVEN_SEG_COM_K
1

A1

555_VIRTUAL
1

R15

390Ω
1

R16

390Ω
1

R17

390Ω
1

R18

390Ω
1

R19

390Ω
1

R20

390Ω
1

R21

390Ω
1

R22

390Ω
1

R23

390Ω
1

R24

390Ω
1

R25

390Ω
1

R26

390Ω
1

R27

390Ω
1

R28

390Ω
1

U4

74LS74D
1

D1

1DH62
1

R4

330kΩ
1

R29

1.5MΩ
1

R30

2.2kΩ
1

U16

NOT
1

U15

LM741N
1

U17

LF741N
1

X5

PROBE_RED
1

LED2

LED_red
1

R2

200Ω
1

Q1

2N6274
1

五、仿真调试与分析

六、 结论与心得
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数电模电以及multisim等方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和在实验阶段，让我了解到实际操作出的成品与理论之间的联系，也让我认识到把想法落实到手中，是比有这个想法更难的事，总的来说，为期一周的课设的确有助于巩固知识，加强全局思考与实际动手能力。经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
七、参考文献
[1]《模拟电子技术基础》，童诗白，第二版，人民邮电出版社
[2]《电子电路设计》，谢自美，华中理工大学出版社

其中专业理论知识内容包括：保安理论知识、消防业务知识、职业道德、法律常识、保安礼仪、救护知识。作技能训练内容包括：岗位操作指引、勤务技能、消防技能、军事技能。
二．培训的及要求培训目的
安全生产目标责任书
为了进一步落实安全生产责任制，做到“责、权、利”相结合，根据我公司2015年度安全生产目标的内容，现与财务部签订如下安全生产目标：
一、目标值：
1、全年人身死亡事故为零，重伤事故为零，轻伤人数为零。
2、现金安全保管，不发生盗窃事故。
3、每月足额提取安全生产费用，保障安全生产投入资金的到位。
4、安全培训合格率为100%。
二、本单位安全工作上必须做到以下内容：
1、对本单位的安全生产负直接领导责任，必须模范遵守公司的各项安全管理制度，不发布与公司安全管理制度相抵触的指令，严格履行本人的安全职责，确保安全责任制在本单位全面落实，并全力支持安全工作。
2、保证公司各项安全管理制度和管理办法在本单位内全面实施，并自觉接受公司安全部门的监督和管理。
3、在确保安全的前提下组织生产，始终把安全工作放在首位，当“安全与交货期、质量”发生矛盾时，坚持安全第一的原则。
4、参加生产碰头会时，首先汇报本单位的安全生产情况和安全问题落实情况；在安排本单位生产任务时，必须安排安全工作内容，并写入记录。
5、在公司及政府的安全检查中杜绝各类违章现象。
6、组织本部门积极参加安全检查，做到有检查、有整改，记录全。
7、以身作则，不违章指挥、不违章操作。对发现的各类违章现象负有查禁的责任，同时要予以查处。
8、虚心接受员工提出的问题，杜绝不接受或盲目指挥；
9、发生事故，应立即报告主管领导，按照“四不放过”的原则召开事故分析会，提出整改措施和对责任者的处理意见，并填写事故登记表，严禁隐瞒不报或降低对责任者的处罚标准。
10、必须按规定对单位员工进行培训和新员工上岗教育；
11、严格执行公司安全生产十六项禁令，保证本单位所有人员不违章作业。
三、 安全奖惩：
1、对于全年实现安全目标的按照公司生产现场管理规定和工作说明书进行考核奖励；对于未实现安全目标的按照公司规定进行处罚。
2、每月接受主管领导指派人员对安全生产责任状的落