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晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现
实验报告

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摘要
简易晶体管放大倍数β检测电路由三极管类型判别电路，三极管放大倍数档位判别电路，显示电路，报警电路和电源电路五部分构成。
三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型三极管电流流向相反的特性，通过判断发光二极管亮灭判断三极管的类型是NPN型还是PNP型。三极管放大倍数档位判别电路的功能是利用三极管的电流分配特性将β的测量转换为对三极管电流的测量，并实现对档位的手动调节，并利用比较器的原理，实现对档位的判断。显示电路的功能是利用发光二极管将测量结果显示出来。报警电路的功能是当所测三极管的β值超出测量范围时，能够进行报警提示。电源电路的功能是为各模块电路提供直流电源。
关键字：放大倍数β，档位判断电路，显示电路，报警电路
设计任务要求及原理电路
1.基本要求：
n 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。
1 电路能够检测出NPN.PNP三极管的类型。
2 电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250，200-250，150-200，小于150共四个档位进行判断。
3 用发光二极管来指示被测电路的β值属于哪一个档位。
4 在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。
5 当β超出250时能够闪烁报警。
n 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。
2.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，小于150共四个档位进行判断，并且能够手动调节四个档位值的具体大小 NPN,PNP三极管β档位的判断可以通过手动或自动切换。
2 PROTEL软件绘制该电路及其电源电路的印制电路版图（PCB）。
3.设计思路、总体结构框图:
图1 简易双极性三极管放大倍数β检测电路的总体框图

①分块电路和总体电路的设计（含电路图）
晶体管判断电路
图2 三极管类型判别电路和放大倍数β测量电路

如图，由于NPN 型与PNP 型二极管的电流流向相反，当两种三极管按图中电路结构且连接方式相同时（即集电极接上端，发射极接下端），则NPN 型三极管导通，从而发光二极管亮。PNP 型三极管无法导通，发光二极管不亮。因此通过发光二极管的亮或灭，即可判定三极管的极性。并且将PNP 型三极管翻转连接（即集电极接下端，发射极接上端），电路即可正常工作。
电路接入NPN 型三极管时，电路中的电流电压表达式为：
IB=(VCC-VBE-VLED)/R1=(12V-0.7V-VLED)/R1
VC=VCC-ICR2=VCC-βIBR2
由上式可以看出，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βIB，则电压VC 将随β 变化而变化，这就把β转换为电压量，便于进行β不同档位的测量。而且由于R2 为可变电阻，即可手动调节VC 的值，也就可以手动调节挡位值。
当电路接入PNP 型三极管时，电路中的电流电压表达式为：
βIBR2+0.7V=IBR1
VE=VCC-ICR2=12V-βIBR2
同样，电压VE将随β变化而变化，同时也可以通过R2调节β档位值。三极管放大倍数β档位判断电路其核心部分是由运算放大器构成的比较器电路。所有运算放大器的反相输入端连接图中的输出端VC或VE；而运算放大器的同相输入端通过电阻对电源电压分压，得到四个标准电压值。这样通过VC或VE的测量值进行比较就可以把β值分为四个档位，同时根据比较的结果，如果测量值大于标准电压值，则输出为低电平；如果测量值小于标准电压值，则输出为高电平。

显示电路

显示电路是通过发光二极管来实现的。通过运算放大器输出的高低电平，发光二极管产生亮和灭，这样就清楚地知道β值属于哪一个档位，达到了显示的作用。这里需要注意的是，运算放大器的输出电流要与发光二极管的驱动电流匹配，如果运算放大器的输出电流过的就要串接限流电阻；如果运算放大器的输出电流过小就要介入晶体管进行电流放大。
若在显示电路的前端接入译码电路，可以减少发光二极管的数目。

图4 报警电路
报警电路
报警电路主要是由NE555集成电路构成的振荡信号产生电路构成。当晶体管放大倍数β超出250的检测范围时，与其档位相对应的比较器将会输出高电平，采用该高电平作为NE555集成电路的供电电源，可控 555集成电路的输出端输出高低电平变化的振荡信号，以此控制发光二极管呈现闪烁状态，进行光闪烁报警。

闪烁周期T=0.7(R1+R2)C1
占空比D=R2/（R1+2R2）

参数设计及功能实现
1．参数设计
①由实验指导知，
设Vcc＝12V，根据晶体管性质知VBE＝0.7V，
取IB≈0.035mA, R2=1KΩ (串联后的总阻值)
则由IB ＝（VCC－VBE－VLED）/ R1=0.035mA,
取R1=330KΩ;
②β=150时，Vc ＝ Vcc -Ic R2 ＝Vcc-βIB R2＝12－150×0.035×1=6.75V
③β=200时，Vc ＝12－200×0.035×1=5V
④β=250时，Vc ＝12－250×0.035×1=3.25V
⑤求得R3，R4，R5，R6比值为
(12-6.75):( 6.75-5 ):( 5-3.25) : 3.25 ≈ 3.3:1.1:1:2
所以取R3，R4，R5，R6分别为3.3KΩ,1.1KΩ,1KΩ,2KΩ.
2．功能实现
电路能正确的判断三极管的类型（NPN型和PNP型），当三极管为8050（NPN型）时，类型判别电路中的发光二极管能正常发光，当三极管为8550（PNP型）时，类型判别电路中的发光二极管不能发光。
电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250，200-250，150-200，小于150共四个档位进行判断，β属于哪个档位时，相应的指示该档位的发光二极管亮，显示β值的范围。
通过手动调节电位器的值来改变VC的值，即手动调节β四个档位值的具体大小。
当β值超过250时报警点路中的发光二极管能闪烁报警。
总体电路（带电源）

扩展实验----PNP
1．参数设计
当电路接入PNP型三极管时，电路中的电流电压表达式为：

同样，电压Ve将随β变化而变化，同时也可以通过R2调节β挡位值。
参数设定与前一个电路数据基本相同，只是电路图有所改变。
2．电路图：

（３）电路原理
与第一个图不同的是，标准电压的接线端接ＬＭ３５８的负接线端，比较电压Ｖc若大于标准电压，则输出高电平，小于标准电压，则输出低电平。
（４）功能说明
ＬＥＤ６亮，说明是ＰＮＰ；
ＬＥＤ１亮，β＜１５０；
ＬＥＤ２亮，１５０＜β＜２００；
ＬＥＤ３亮，２００＜β＜２５０；
ＬＥＤ４亮，β＞２５０，此时ＬＥＤ５闪烁，报警；

故障及问题分析
在检验PNP不同β值时，发现可变电阻器只对前中间两个灯有作用；而后两个灯，总是同时亮或者同时不亮，而且报警电路在第四个灯亮时也没有亮。经检查，发光二极管并无损坏，三个集成块也是完好的。后来问老师后才知道，比较器的端口必须对应起来。即2、3对应1；5、6对应7。我把集成块的对应端口接错了，才导致了上述情况。重搭电路后，四个二极管终于分别能亮了。
其次是报警电路的灯虽然亮却看不到闪烁现象，经过反复检查电路，发现1端口没有接地，接地后即可看到闪烁报警现象。
随后检测测量不同β值的精确度，可能由于实际电阻的误差问题，并不完全与理论符合，在测量β为245的三极管时，测得值为大于250，但其他的三极管测得值还是比较准确的。比如183和213的三极管就可以分辨出来。
在用示波器测量报警电路的闪烁频率时，由于频率较低，不能仔细测量，周期近似为0.8s。
扩展实验与NPN的测量差不多，而且人品突然变好了，按图搭好电路后，直接能够实现功能，没有什么错误，而且在所测的几个三极管中，测得的范围都是准确的。

总结和结论
三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型三极管电流流向相反的特性，通过判断发光二极管亮灭判断三极管的类型是NPN型还是PNP型。在本实验中，电路能判断出三极管的类别，也能相对较准确的检测出位于NPN管的放大倍数位于什么档位。
通过本次实验，我更加深刻的理解了三极管的工作原理，对NPN型和PNP型三极管的区别有了更深刻的认识。并且加深了对晶体管β值意义的理解；了解掌握了电压比较器电路的实际使用；对NE555集成电路也有所了解。并且通过本次实验，我对模拟电路实验的兴趣更加浓厚，虽然以后可能没有机会再去实验室做此类实验了。进一步地增强了设计试验参数和动手操作的能力。还通过用protel软件制电路图，画版图，对这个软件有了一定的了解，接触到了比较专业的制作电路板的软件。

用PROTEL软件绘制的电路原理图（SCH）。
PCB版图：

反色后：

3D图：

所用元器件及测试仪表清单
阻值不等的电阻12个，1K电位器1个，发光二极管6个，被测三极管若干，电容2个，导线若干，集成运算放大器LM358三个，NE555集成电路1个，12V直流稳压电源

参考文献
模拟电子电路基础
电子测量与电路实验