模拟电子技术课程设计报告-半导体三极管值测量仪.doc

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模拟电子技术课程
设计报告
学校名称:
学院名称: 自动化工程学院
专业班级: 电气2班
学号:
姓名:

2011年 9月15日
一、课题名称:半导体三极管β值测量仪
二、内容摘要:
本课题综合运用了数电和模电的基本知识,利用集成运放LM324、编码器CD4532、译码器CD4511、数码显示管、555定时器等器件搭接而成,实现了对待测三极管值的分档及显示,电路原理简单易懂,使用了常见的元器件,容易实现。
在基本部分,运用微电流源电路产生恒定电流,作为待测三极管的基极电流,避免因更换三极管导致待测三极管的基极电流IB变化,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,集电极电阻上的电压又反映了IC,通过比较器电路从待测三极管的集电极采集电压,即将变化的β值转化为与之成正比变化的电压量,再与设定好的基准电压比较、分档,将连续变化的模拟量转化成高低电平0和1,再用CD4532编码、CD4511译码,显示部分采用共阴七段数码显示管。
在发挥部分,通过压控振荡器,将采集的电压量转化成与之成正比变化的频率,合理设定参数使在一定时间内通过的脉冲个数即为被测三极管的β值;用 555定时器构成的单稳态触发器产生计数时间控制信号,该信号只有一个正脉冲,从电路连通到计数时间结束,确保了不会重复计数;将两个脉冲信号通过与门送到74LS90构成的十进制计加法计数器,用于计数脉冲的个数,同时将计数信号送至CD4511译码,最后由共阴七段数码显示管显示计数值。
本课题运用了所学电子技术大部分知识,其中前半部分的微电流源、采样电路、电压比较电路以及压控振荡电路均属于模电所学知识,而后半部分的编码、译码、定时、计数及显示部分则属于数电部分。
前期的设计的工作只是根据课题要求生成的理论部分,要通过公式运算产生各部分的大体参数值,作为以后实际仿真调试、电路连接的参考,在实际调试中,各参数及电路连接都要根据实际情况另作变通,直至出现预期的结果,当然结果可能会由于元器件本身的参数不精确或电路中的理想近似存在误差,只要结果相差不大,即达到了设计要求。
三、设计内容及要求:
1)、设计内容:
设计制作一个自动测量NPN型硅三极管β值的显示测试仪。
2)、设计要求:
基本部分:
1、对被测NPN型三极管β值分三档;
2、β值的范围分别为80~120及120~160,160~200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;
发挥部分:
1、用三个数码管显示β的大小,分别显示个位、十位和百位。显示范围为0-199。
2、响应时间不超过2秒,显示器显示读数清晰。
四、选定设计方案,画出系统框图:
1)、基本要求部分方案说明及系统框图
方案说明
(1)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,所以可以将变化的β值转化为与之成正比变化的电流量;
(2)电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化,故得到取样电压;
(3)得到取样信号后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,对应某一确定的信号电压,对应档位的比较电路和低于该档位的比较电路均输出为高电平,高于该档位比较器输出为低电平;
(4)对比较器输出的高、低电平进行二进制编码;
(5)经显示译码器译码;
(6)驱动数码管显示出相应的档次代号。
系统框图
关键一:
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。上述转换过程可由以下方案实现:
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,对VRC取样加入后级进行分档比较。
关键二:
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,相应的比较电路输出为高电平,其余比较器输出为低电平。对比较器输出的高、低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。
2)、发挥部分方案说明及系统框图
方案说明
被测三极管通过发射极输出电压与基极电流和β的线性运算关系,把三极管的β值转换成对应的电压,然后再通过压控振荡器把电压转换成频率,若计数时间及电路参数选择合适,在计数时间内通过的脉冲个数即为被测三极管的β值。
将三个74LS90串行连接,构成3位的计数器,再将计数结果通过CD4511译码,驱动数码显示管显示相应的计数值即为测得的β值。
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。
系统框图
五、单元