模电课程设计--半导体三极管β值测量仪

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1、目录目录2第一部分系统设计31.1设计题目及要求31.2设计思路分析31.2.1设计思路31.2.2设计方案41.2.3方案论证与比较6第二部分单元电路设计72.1被测三极管电路工作原理和功能说明72.2β-v转换电路工作原理和功能说明92.3LM331电路工作原理和功能说明92.4555单稳态电路工作原理和功能说明122.5计数、译码、显示电路及其原理和功能说明13第三部分整机电路图153.1整机电路图153.2元件清单15第四部分性能调试164.1电路调试164.1.1调试使用的仪器164.1

2、.2指标测试步骤及测量数据164.1.3故障分析及处理174.2电路实现的功能和系统使用说明19第五部分课程设计总结19附件一整机电路图22附件二IC资料23第一部分系统设计1.1设计题目及要求设计题目：半导体三极管β值测量仪设计任务：设计一个可测量NPN型硅三极管的β值的显示测量电路（β<200）任务要求：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，注意避免出现“叠加现象”。3电源采用5V或±5V供电。1.2设计思路分析1

3、.2.1设计思路将变化的β值转化为与之成正比变化的电压或电流量，再将得到的电压或者电流量转换为频率，然后计数、译码显示。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，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，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。由于β值范围为0-199，因此百位数只有0和1两种

4、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1.2.2设计方案译码器计数器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)LM331(v-f转换)β-v转换方案二方案二说

5、明：LM331：LM331是定时器型电荷平衡v-f转换器。LM331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)LM331(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=1.1RC1.2.3方案论证与比较方案一：v-f模块是由积分器+

6、滞回比较器搭建而成，电路走线复杂，占用面包板空间较多，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LM331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LM331模块和555单稳态模块，由于没有多次计数，使得清零

7、信号可以由手动清零，显示电路采用了CD4511-CMOSBCD—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，和占用面包板的面积和成本等各个方面考虑，选择了方案三来实现这次课程设计。第二部分单元电路设计2.1被测三极管电路工作原理和功能说明为了让电流IB保持不变，电流源部分采用了微电流源，其电路图如下微电流源集成运放输入级放大管的集电极(发射极)静态电流很小，往往只有几十微安，甚至更小。为了只采用阻值较小的电阻，而又获得较小的输出电流IC2(即T3管的

8、基极电流IB)，可以将比例电流源中Re0的阻值减小到零，便得到如上图所示的微电流源。当β>>1时，Q2管集电极电流IC2=IB=(UBE0-UBE1)/R2式中(UBE0-UBE1)只有几十毫伏，甚至更小，因此只要几千欧的Re就可以得到几十微安的IB。图中的Q1和Q2管子特性完全相同，IC2=(UT/R2)ln(IR/IC2)。式中基准电流IR=(VCC-UBE0)/R1。VCC=5v，UBE0=0.7v，UT=26mV我们取R1=3k，得到IR=1.43mA，同时由于IB的选择应