模电课程设计报告三极管β值范围分选电路的设计Word文件下载.docx
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第一部分系统设计…………………………………………………………………3
1.1设计题目及要求………………………………………………………………3
1.2总体设计方案…………………………………………………………………3
1.2.1设计思路………………………………………………………………………3
1.2.2方案论证与比较……………………………………………………………3
1.3总体设计方案模块结构与框图………………………………………………4
第二部分单元电路设计……………………………………………………………5
2.1电流源电路………………………………………………………………………5
2.1.1电流源电路工作原理……………………………………………………………5
2.1.2电流源电路参数选择……………………………………………………………5
2.2并联比较电路……………………………………………………………………6
2.2.1并联比较电路工作原理…………………………………………………………6
2.2.2并联比较电路参数选择…………………………………………………………7
2.3编码电路…………………………………………………………………………8
2.3.1编码电路工作原理………………………………………………………………8
2.3.2编码电路参数选择………………………………………………………………9
2.4译码显示电路……………………………………………………………………9
2.4.1译码显示电路工作原理…………………………………………………………10
2.4.2译码显示电路参数选择…………………………………………………………10
第三部分整机电路…………………………………………………………………11
3.1整机电路图………………………………………………………………………11
3.2元件清单…………………………………………………………………………11
第四部分性能指标的测试
4.1电路调试…………………………………………………………………………13
4.1.1测试仪器与设备…………………………………………………………………13
4.1.2各模块功能指标测试及测量数据………………………………………………13
4.1.3故障分析及处理…………………………………………………………………14
4.2电路实现的功能和系统使用说明…………………………………………………14
第五部分课程设计总结………………………………………………………………15
一、系统设计
1.1设计题目及要求
1.1.1设计任务
设计制作一个三极管β值范围分选电路的装置。
1.1.2要求
1、β值的范围分别为120~160及160~200对应的分档编号分别是1、2;
待测三极管为空或不在上述范围是时显示0。
2、用数码管显示β值的档次;
3、电路采用5V或±
5V电源供电。
4、设计本测试仪所需的直流稳压电源。
1.2总体设计方案
1.2.1设计思路
三极管β值决定了三极管基极电流与集电极电流的倍数关系,在一定程度上表征了三极管的放大能力。
其测量方法可采用固定基极电流大小,检测集电极电流大小的方法间接测得。
而集电极电流可以通过该支路采样电阻上的压降间接测得。
最后该题简化为驱动待测三极管,采集集电极电阻上的压降进行比较、显示。
1.2.2方案论证与比较
方案一,电流源驱动待测三极管。
图(1—1)
如图(1—1)所示,PNP型三极管Q1、Q2,电阻R1、Re1、Re2构成比例电流源,Q2集电极通过采样电阻R_samp输出恒定的电流Ib驱动待测三极管Q_Test,电阻Rc两端的电压反映了待测三极管集电极电流Ic的大小,当基极电流Ib恒定不变时,也就反映了待测三极管β值的大小。
方案二,电流—电压转换电路。
图(1—2)
如图(1—2)所示,T1是被测三极管,其基极电流Ib可由R1、R2限定,运算放大器的输出:
VR2=β·
Ib·
R2。
两方案都是将电流量转化成电压量进行间接测量的。
方案一用比例电流源为待测三极管提供基极电流,直接在集电极回路进行采样测量;
方案二用电压并联负反馈,将电流量转化成电压量进行测量。
方案一中的基极电流比较精确稳定,但用到电流源电路,电路比较复杂;
方案二电路简单,但对待测三极管的基极电流的控制不如电流源电路精确。
而对三极管β值的测量,要求比较精确的基极电流,所以本设计采用方案一中的电流源电路来驱动三极管。
1.3总体设计方模块结构与框图
二、单元电路设计
2.1电流源电路
图(2—1)
2.1.1电流源电路工作原理
该电路为标准的比例电流源电路。
其电流关系如下:
化简得:
当两只PNP型三极管的β
值远远大于2时成立。
实际其β值均大于100。
2.1.2电流源电路参数选择。
为确定Ic2的大小(即待测三极管基极电流大小),需考虑如下问题。
一,电源电压定为5V;
二待测三极管β值跨度宽于120至200范围;
三,Rc上压降范围较广,电压比较器足以分辨。
因此将Ic2(即待测三极管基极电流)设为15μA为宜。
此时Rc下端的电压范围约为3.2V至2V。
当待测三极管β值小于120或不插接待测三极管时,Rc下端电压大于3.2V,当待测三极管β值大于200时,Rc下端电压小于2V。
因此,为得到15μA的输出电流,选择Re2为Re1的120倍,Re1支路电流为(Vcc-0.6V)/(R1+Re1),为Re2支路的120倍,即15μA的120倍,选择Re2为36kΩ,于是根据以上关系得:
Re1为300Ω,R1为2.5kΩ。
R_samp和Rc均为采样电阻,为便于计算,取值以整数为宜。
R_samp和待测三极管的B-E结电阻串联作电流源的负载,所以R_samp取值应比较小,取100Ω。
Rc对待测三极管电流放大情况进行采样,其阻值取1kΩ。
2.2并联比较电路
图(2—2)
2.2.1并联比较电路原理
Rc下端电压反映了待测三极管的电流放大能力,即β值。
对Rc下端电压与基准电压比较分级,得到待测三极管β值的档位,分别为:
大于3.2V——待测三极管β值小于120或不插接待测三极管;
大于2.6V而小于3.2V——待测三极管β值大于120而小于160;
大于2V而小于2.6V——待测三极管β值大于160而小于200;
小于2V——待测三极管β值大于200。
用4只电阻Rd1~Rd4对电源电压进行分压,得到三个基准电压。
用运算放大器LM324进行电压比较,将Rc下端电压引至三个运放的反相输入端,比较结果如表(2-1)
Rc下端电压值
运放的比较结果(输出端电位的高低)
大于3.2V
U1A~U1C均输出低电位
大于2.6V而小于3.2V
U1A输出高电位,U1B和U1C输出低电位
大于2V而小于2.6V
U1A和U1B输出高电位,U1C输出低电位
小于2V
U1A~U1C均输出高电位
表(2-1)
2.2.2并联比较电路参数选择
分压电阻Rd1~Rd4的阻值在千欧级比较稳定,且这个数量级的电阻比较容易获得。
三个基准电压值分别为3.2V、2.6V、2V,电源电压Vcc为5V,所以每个电阻的分压值分别为:
1.8V、0.6V、0.6V、2V。
由于纯电阻电路电阻两端电压正比于电阻阻值,所以就选Rd1为18kΩ;
Rd2为6kΩ;
Rd3为6kΩ;
Rd4为20kΩ
电压比较器的选择有两种方案。
一为四电压比较器LM339,一为四运放LM324。
运放开环接入电路时,即为电压比较器,由于没有特殊要求,而实验室提供LM324,因此选择LM324作为电压比较芯片。
由于要求在面包板上搭建电路,因此选择双列直插式封装。
2.3编码电路
图(2—3)
2.3.1编码电路原理
以电压比较器U1A和U1B的输出端作为编码器的输入端D1、D2,D0接高电平(Vcc)D3~D7接低电平(地)EI端作为“输出‘0’信号”的控制端。
Q1、Q2为编码信号输出端。
GS端接高电平(电源),其他输出端悬空。
编码真值表如表(2-2):
情况
输入
输出
EI
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
GS
Q1
Q0
EO
1
X
2
3
4
表(2-2)
情况1为:
待测三极管β值大于200,Rc下端电压小于2V,此时U1C输出高电平,Qkey导通,Rp下端电压被拉为低电平,即EI端为低电平,控制编码芯片输出二进制“0”信号。
情况2为:
待测三极管β值大于160而小于200,Rc下端电压大于2V而小于2.6V,此时U1C输出低电平,Qkey截止,Rp下端电压为高电平,即EI端为高电平,芯片正常编码。
同时U1B输出高电平,编码芯片输出二进制“10”信号。
情况3为:
待测三极管β值大于120而小于160,Rc下端电压大于2.6V而小于3.2V,此时U1C输出低电平,Qkey截止,Rp下端电压为高电平,即EI端为高电平,芯片正常编码。
同时U1B输出低电平,U1A输出高电平,编码芯片输出二进制“1”信号。
情况4为:
待测三极管β值小于120或不插接待测三极管,Rc下端电压大于3.2V,此时U1C输出低电平,Qkey截止,Rp下端电压为高电平,即EI端为高电平,芯片正常编码。
同时U1B和U1A都输出低电平,编码芯片输出二进制“0”信号。
2.3.2编码电路中元器件参数的选择
电路需要实现对三线信号编码成两位二进制信号,可以用4线—2线编码器,也可用8线—3线编码器。
由于8线—3线编码器比较常见,因此选用8线—3线编码器,实验室提供的8线—3线编码器为CD4532。
三极管Qkey和电阻Rp的选择。
三极管Qkey和电阻Rp实现的是对U1C输出信号的反转,即U1C输出高电平时,通过三极管Qkey和电阻Rp翻转成低电平;
U1C输出低电平时,通过三极管Qkey和电阻Rp翻转成高电平。
简单的NPN三极管共射极放大电路又反相输出特性,三极管选用常见的NPN三极管9013,电阻Rp为上拉电阻,当三极管截止时,将EI电位拉为高电平。
因此Rp取值取几十千欧为宜,这里取10kΩ。
2.4译码显示电路
图(2—4)
2.4.1译码显示电路原理
译码电路由译码器和七段数码管组成。
将前面编码器输出的Q1、Q2信号送至译码器的输入端INA、INB,其他输入端接低电平(GND),LE/(STB)’信号、(BLK)’信号、(LT)’信号接地,输出端SEGA~G分别接到七段数码管对应的字段,数码管的“小数点”dp端与公共地一起接至GND。
若数码管工作电流较大,应在公共地与GND之间接入阻值约为500Ω的限流电阻。
译码器将二进制码译为数码管显示信号,驱动数码管显
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