半導(dǎo)體三極管β值測量儀設(shè)計報告

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告課題名稱：半導(dǎo)體三極管B值測量儀:、內(nèi)容摘要:本課題綜合運用了數(shù)電和模電的基本知識，利用集成運放LM324、編碼器CD4532、譯碼器CD4511、數(shù)碼顯示管、555定時器等器件搭接而成，實現(xiàn)了對待測三極管P值的分檔及顯示，電路原理簡單易懂，使用了常見的元器件，容易實現(xiàn)。在基本部分，運用微電流源電路產(chǎn)生恒定電流，作為待測三極管的基極電流，避免因更換三極管導(dǎo)致待測三極管的基極電流Ib變化，根據(jù)三極管電流Ic=3Ib的關(guān)系，當(dāng)Ib為固定值時，Ic反映了3的變化，集電極電阻上的電壓又反映了Ic,通過比較器電路從待測三極管的集電極采集電壓，即將變化的3值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電

2、壓量，再與設(shè)定好的基準(zhǔn)電壓比較、分檔，將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成高低電平0和1,再用CD4532編碼、CD4511譯碼，顯示部分采用。在發(fā)揮部分，通過壓控振蕩器，將采集的電壓量轉(zhuǎn)化成與之成正比變化的頻率，合理設(shè)定參數(shù)使在一定時間內(nèi)；用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生計數(shù)時間控制信號，該信號只有一個正脈沖，從電路連通到計數(shù)時間結(jié)束，確保了不會重復(fù)計數(shù)；將兩個脈沖信號通過與門送到74LS90構(gòu)成的十進(jìn)制計加法計數(shù)器，用于計數(shù)脈沖的個數(shù)，同時將計數(shù)信號送至CD4511譯碼，最后由三、設(shè)計內(nèi)容及要求：)、設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計制作一個自動測量NPN型硅三極管3值的顯示測試儀。)、設(shè)計要求：基本部分：1、對被測

3、NPN型三極管3值分三檔；2、3值的范圍分別為80120及120160,160200對應(yīng)的分檔編號分別是1、2、3；待測三極管為空時顯示0，超過200顯示4。3、用數(shù)碼管顯示3值的檔次;發(fā)揮部分：1、用三個數(shù)碼管顯示3的大小，分別顯示個位、十位和百位。顯示范圍為0-199。2、響應(yīng)時間不超過2秒，顯示器顯示讀數(shù)清晰。四、選定設(shè)計方案，畫出系統(tǒng)框圖：1)、基本要求部分方案說明及系統(tǒng)框圖方案說明(1)根據(jù)三極管電流IC=3舊的關(guān)系，當(dāng)舊為固定值時，IC反映了3的變化，所以可以將變化的3值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電流量；(2)電阻Rc上的電壓Vrc又反映了Ic的變化，故得到取樣電壓；(3)得到取樣信號

4、后將取樣信號同時加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，對應(yīng)某一確定的信號電壓Uo,對應(yīng)檔位的比較電路和低于該檔位的比較電路均輸出為高電平，高于該檔位比較器輸出為低電平；(4)對比較器輸出的高、低電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼；(5)經(jīng)顯示譯碼器譯碼；(6)驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號。系統(tǒng)框圖編碼器譯碼電路數(shù)碼管顯示關(guān)鍵一：將變化的3值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓或電流量，再取樣進(jìn)行比較、分檔。上述轉(zhuǎn)換過程可由以下方案實現(xiàn)：根據(jù)三極管電流Ic=3Ib的關(guān)系，當(dāng)Ib為固定值時，Ic反映了3的變化，電阻Rc上的電壓Vrc又反映了Ic的變化，對Vrc取樣加入后級進(jìn)行分檔比較。關(guān)鍵二：將取樣信號同時加到具

5、有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，對應(yīng)某一定值,相應(yīng)的比較電路輸出為高電平，其余比較器輸出為低電平。對比較器輸出的高、低電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼，再經(jīng)顯示譯碼器譯碼，驅(qū)動數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號。2)、發(fā)揮部分方案說明及系統(tǒng)框圖方案說明被測三極管通過發(fā)射極輸出電壓與基極電流和3的線性運算關(guān)系，把三極管的3值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓，然后再通過壓控振蕩器把電壓轉(zhuǎn)換成頻率，若計數(shù)時間及電路參數(shù)選擇合適，在計數(shù)時間內(nèi)通過的脈沖個數(shù)即為被測三極管的3值。將三個74LS90串行連接，構(gòu)成3位的計數(shù)器，再將計數(shù)結(jié)果通過CD4511譯碼，驅(qū)動數(shù)碼顯示管顯示相應(yīng)的計數(shù)值即為測得的3值。由于3值范圍為0-199,因此

6、百位數(shù)只有0和1兩種情況，因此百位顯示可以考慮不用譯碼管直接輸出顯示(0時無顯示，1時顯示1),總共只用兩個譯碼管即可。系統(tǒng)框圖取樣電路壓控振 蕩器定時控制器計數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示五、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、元器件選擇：1)、單元電路設(shè)計思路基本部分：(1)、被測三極管構(gòu)成放大電路方案1:_T.一VCC說明：Ti是被測三極管，其基極電流可由Ri、Rw限r(nóng)lR1L定，把三極管3值轉(zhuǎn)換為電壓輸出：Vr2=磊R21TlR2VOU加J優(yōu)點：電路簡單；2缺點：Ib精度難以調(diào)整說明：Q1、Q2、R1構(gòu)成微電流源電路，Q3為待測三極管，其基極電流由微電流源提供，R6提供輸出電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1的阻值可以

7、改變微電流源的輸出電流Ib,Ib的選擇應(yīng)在30dA40dA之間為宜。優(yōu)點：當(dāng)待測三極管改變時，Ib不會隨著3值的改變而明顯變化，這樣能夠使測量值更加精確；缺點：電路連接比較復(fù)雜。方案比較：兩方案不同之處在電路轉(zhuǎn)換過程部分。方案一優(yōu)點在于電路轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)比較簡單,所用的元器件較少，缺點是當(dāng)3值變化時，即被測三極管變換，三極管不同，內(nèi)阻不同導(dǎo)致Ib不穩(wěn)定，所以Vo不僅隨3變化而變化也與Ib變化有關(guān)，使得測量結(jié)果不準(zhǔn)確,該方案不足采納。因此，我選用方案2。方案2參數(shù)計算：此處我們使待測三極管的Ib值為40科A ,即I r=40科A ,根據(jù)公式:,Vcc -VBE1I r = 可得:RR1Vcc -

8、VbE1a)b)c)V cc =15v, V bei=0.7v, I r=40A最終輸出電壓 VO= 3 Ib R6=0.04 3 v.1檔,2檔,3檔,得：R1=357.5k Q (理論值)3=80, Vo=3.2v, V產(chǎn)3.2v,電位器應(yīng)調(diào)節(jié)至3=120, VO=4.8v, V24.8v,電位器應(yīng)調(diào)節(jié)至3=160, VO=6.4v, V3 6.4v,電位器應(yīng)調(diào)節(jié)至21.3%32%42.6%d)4檔，3=200,Vo=8.0v,V4i n I Key - Spacevcc15VVCCRSIDISTHRTl-8MGND-RT . . -U1A六廁單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖如下，單脈沖的高電平時間為

9、0.13s,即定時計數(shù)時間為0.13s,顯然響應(yīng)時間不超過 2秒，在單脈沖計數(shù)區(qū)間內(nèi)，壓控振蕩器產(chǎn)生的脈沖數(shù)量，即為測得(3)、計數(shù)、譯碼、顯示部分-LCSR11 loan- 3DO1J2i1 0_T口二.J j_U13VCCLHG 4fi1iaT_15VI-15VLd34511BT 16VQO, r 1 1Uda里 %電15V6C1U金二DH 口&Tltl eGtl 0 口= 占 VioitaLi4該部分接收定時控制器和壓控振蕩器相與所得的脈沖信號，先送74LS90計數(shù)器，每一次低電平，計數(shù)器計數(shù)一次，同時送譯碼器譯碼，然后驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)值，由于計數(shù)時間非常短只有0.13s,所以我們在實際

10、插板電路中只看到最后的計數(shù)結(jié)果，(在multisim仿真中，我們可以看到計數(shù)的跳變過程)，并沒有看到計數(shù)過程。響應(yīng)時間短這也是設(shè)計的一個要求。電路圖中的觸發(fā)開關(guān)用于計數(shù)器清零。運行電路時，首先用觸發(fā)開關(guān)清零，然后開始計數(shù)六、完整電路圖及其工作原理基本部分完整電路圖工作原理：微電流源電路產(chǎn)生恒定電流，作為待測三極管的基極電流，避免因更換三極管導(dǎo)致待測三極管的基極電流Ib變化，根據(jù)三極管電流Ic=3Ib的關(guān)系，當(dāng)Ib為固定值時，Ic反映了3的變化，集電極電阻上的電壓又反映了IC,通過比較器電路從待測三極管的集電極采集電壓，即將變化的3值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓量，再與設(shè)定好的基準(zhǔn)電壓比較、分檔，

11、首先驅(qū)動發(fā)光二級管點亮高電平，然后將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成高低電平0和1,再用CD4532編碼、CD4511譯碼，顯示部分采用。發(fā)揮部分完整電路圖廠 1 111fvCCr 1的工作原理：微電流源為待測三極管提供恒定電流，確保待測三極管輸出電流不因其更換而變化，然后通過壓控振蕩器，將采集的電壓量轉(zhuǎn)化成與之成正比變化的頻率，合理設(shè)定參數(shù)使在一定時間內(nèi)；用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生計數(shù)時間控制信號，該信號只有一個正脈沖，從電路連通到計數(shù)時間結(jié)束，確保了不會重復(fù)計數(shù)；將兩個脈沖信號通過與門送到74LS90構(gòu)成的十進(jìn)制計加法計數(shù)器，用于計數(shù)脈沖的個數(shù)，同時將計數(shù)信號送至CD4511譯碼，最后由七

12、、組裝調(diào)試1)、使用的主要儀器儀表 TOC o 1-5 h z 1)計算機(jī)1臺2)直流穩(wěn)壓電源1臺3)示波器1臺4)萬用表1臺5)函數(shù)信號發(fā)生器1臺6)剝線鉗、鑷子、螺絲刀1個)、調(diào)試電路的方法和技巧分別進(jìn)行安裝按單元模塊調(diào)試：把一個總電路按框圖上的功能分成若干單元電路，和調(diào)試，完成各單元模塊電路調(diào)試后，再整合各單元模塊電路，綜合調(diào)試，最后完成整體電路的調(diào)試。調(diào)試時應(yīng)注意做好調(diào)試記錄，準(zhǔn)確記錄電路各部分的測試數(shù)據(jù)和波形，以便于分析和運行時參考和撰寫設(shè)計報告。（1）接通電源前的檢查電路連接完成后，首先對照電路圖檢查電路各部分接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，器件有無接

13、錯。（2）運行過程中的檢查接通電源后，觀察電路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象（如：燒焦味、器件鼓包等），則應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通電。（3）單元電路調(diào)試在調(diào)試單元電路時應(yīng)明確本部分的調(diào)試要求，按調(diào)試要求測試性能指標(biāo)和觀察波形。調(diào)試順序按信號的流向進(jìn)行，這樣可以把前面調(diào)試過的輸出信號作為后一級的輸入信號，為最后的整機(jī)聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條件。精確數(shù)值調(diào)試首先按照理論計算值，準(zhǔn)確連接電路，待連接完成通電后，使用儀表測量各關(guān)鍵位置的電壓、電流，然后與理論值比較，根據(jù)比較結(jié)果，適當(dāng)調(diào)節(jié)各元器件參數(shù)值，使測量結(jié)果等于或接近理論值。（5）出現(xiàn)問題后按連接順序調(diào)試若接通電源后出現(xiàn)問題，首先對照

14、電路圖再仔細(xì)檢查一遍電路，若檢查無誤，則按照連接順序從起始端按照信號的流向依次測試關(guān)鍵引腳的電壓、電流等參數(shù)，與理論值比較，調(diào)整器件參數(shù)，直至問題解決。（6）最后整合全部電路待各個單元模塊電路調(diào)試完成后，將各個模塊整合在一起，接通電源，觀察結(jié)果，若誤差較大，首先應(yīng)測試各模塊電路整合前后，輸出結(jié)果是否一樣，根據(jù)各模塊電路之間的邏輯關(guān)系，推測問題原因，然后調(diào)整；最后分析測量的數(shù)據(jù)和波形是否符合設(shè)計要求，細(xì)微調(diào)整，追求更加精確地結(jié)果。）、測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結(jié)果比較分析挑選了幾個特定3值進(jìn)行測定，結(jié)果如下表供差3.P%至本部分檔位I誤差I(lǐng)發(fā)揮潮濕示值（妨直?3!0!S4S2153183203發(fā)揮

15、部分計數(shù)的波形圖，黑線為單脈沖觸發(fā)器的計數(shù)脈沖，時間如圖顯示約為130ms;灰線為振蕩器產(chǎn)生的脈沖，計數(shù)區(qū)間內(nèi)的脈沖個數(shù)即為測得的3值。4）、調(diào)試中由現(xiàn)的故障、原因及排除方法a）、面板布線：到實驗室領(lǐng)到器材后開始布線，在確保正確的基礎(chǔ)上力求合理、美觀，盡量使線不重疊。一邊布線一邊檢查，每完成一個模塊就測量輸出是否正確。其中由于是第一次使用面包板布線，所以對其格局還不是很了解，經(jīng)常會因為是否短路或開路出問題，通過檢測出輸出值與理論值比較，發(fā)現(xiàn)錯誤后檢查糾正，從而使輸出正確。因此這個過程比較繁瑣，花的時間也很長。b）、基本部分的調(diào)試:開始按照仿真的電力路圖連接好，檢查無誤后接通15V電源，微電流源

16、無法調(diào)節(jié)大小，恒定保持在20dA左右，查找原因，實際所用器件的供電電壓均為5V,更改電壓后，電流可調(diào)，調(diào)至40nA,發(fā)光二極管開始出現(xiàn)了顯示結(jié)果，調(diào)整電位器，使顯示順序符合設(shè)計要求。當(dāng)連接上數(shù)碼顯示部分時，沒有結(jié)果，詢問同學(xué)得知，CD4532和CD4511的空閑管腳要接地處理，最后數(shù)碼管出現(xiàn)了顯示結(jié)果，但電路未經(jīng)調(diào)試顯示的數(shù)字比較亂，檢查了數(shù)碼管的連接是否出了問題，結(jié)果是數(shù)碼管的管腳連接出錯了。重新連接后能顯示3,拔出被測三級管之后能顯示0,我們以為已經(jīng)正確了很高興，但是換3值為183的三極管應(yīng)該顯示3的，但是卻顯示2,初步判斷，是3檔基準(zhǔn)電壓的過大，然后用電壓表測量，基準(zhǔn)電壓果然大于取樣電壓

17、，調(diào)整控制3檔基準(zhǔn)電壓的電位器阻值，直至顯示出正確結(jié)果；由此總結(jié)出計算值和實際電路存在誤差，于是更換不同檔位的三極管，使3值盡量接近臨界值，通過不斷的調(diào)試和測試，最終使各檔位的測量結(jié)果接近了理論值：無三極管，顯示080120,顯示1120160顯示2160200顯示3大于200顯示4C）、發(fā)揮部分的調(diào)試：首先對壓控振蕩器模塊進(jìn)行連接調(diào)試，剛開始連接完電路，示波器無波形輸出，然后檢查了電路，確認(rèn)連接無誤后，進(jìn)行各管腳電壓測試，發(fā)現(xiàn)輸入電壓基本為零，調(diào)整了微電流源的電位器，增大電流，使壓控振蕩器的輸入電壓增大，終于有了輸出波形，最后繼續(xù)調(diào)整，增大其占空比，90%以上，輸出了正確波形。其他部分，連接

18、后調(diào)試無果，懷疑是電路原理及器件參數(shù)問題。八、總結(jié)電路的優(yōu)缺點，課題核心價值及實用價值，提出改進(jìn)意見和展望該電路不僅完成了實驗的基本要求，對發(fā)揮部分也有較深的探索，但發(fā)揮部分最終未能調(diào)試成功，總結(jié)起來，利弊如下：優(yōu)點：在基本部分中實現(xiàn)了對待測三極管P值的分檔，電路簡單易懂，盡量使用了常見的器件，容易實現(xiàn)，所用原理知識，課本及指導(dǎo)書上均可查到。缺點：發(fā)揮部分中，能夠有仿真軟件multisim仿真出來，也在誤差允許的范圍內(nèi)，不過由于電路比較復(fù)雜，硬件搭接過程中出現(xiàn)許多問題，沒能成功實現(xiàn)，只是壓控振蕩電路能正確顯示。核心及實用價值：該課程設(shè)計將理論與實際相聯(lián)系在一起，深化了所學(xué)理論知識，讓我們跳出了

19、課本，了解到更多的實際問題及解決方法，使我們深刻認(rèn)識到課本中的理論知識很多都是建立在理想條件下的，在現(xiàn)實中很多情況下是不能拿來就用的，要根據(jù)實際情況經(jīng)過不斷地測試和調(diào)整，才能達(dá)到我們預(yù)期的要求，課本中理論計算時很多所忽略的因素，都在實際操作時被放大，要綜合考慮進(jìn)去，想辦法消除或減小其影響，這一過程，培養(yǎng)了我們綜合運用知識的能力，增強(qiáng)了我們獨立分析與解決問題的能力，訓(xùn)練培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，為以后從事電子電路設(shè)計和研制電子產(chǎn)品打下初步基礎(chǔ)。改進(jìn)和展望：課程設(shè)計性實驗涉及到了我們所學(xué)各科知識，包括數(shù)字電子電路、模擬電子電路、電路及電子線路實驗及multisim軟件的應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)，

20、我們只有結(jié)合所學(xué)知識才能設(shè)計出滿足特定要求的電路；設(shè)計性實驗對于我們運用所學(xué)的知識要求較高，因此在準(zhǔn)備實驗的過程中要全面復(fù)習(xí)所需的基礎(chǔ)知識，重點掌握相關(guān)的章節(jié)，預(yù)先根據(jù)要求確定所用電路和器件，熟悉掌握各種典型電路的設(shè)計、功能和各種元器件的原理、功能等等；然后根據(jù)需要組裝連接各功能電路，注意連接過程中元件的排布和布線，盡量使之勻稱、美觀；最后計算參數(shù)，確定參數(shù)是要多方面考慮每一個參數(shù)的改變所造成的影響，要有整體把握、綜合考慮的眼光；用仿真軟件改變參數(shù)以提高精確度和測量范圍，減少干擾；合理布線，便于排錯和檢查，且方便他人檢查和參考。九、器件清單及芯片引腳說明1 ）集成芯片：LM3241 個CD45

21、114 個555定時器2個74LS903個CD45321個2）共陰七段數(shù)碼顯示管（10腳）4個3）發(fā)光二極管4 個PNP 三極管2 個待測NPN三極管1個4）電位器：1M2個10K4個5）無極性電容：1科F、0.1科F各兩個6）常用定值電阻器若7）面包板1塊各芯片引腳說明：VCC2BUGGER4-RESET0UTTlT$COXITIOLb：THRESHOLD71DISCHAR(；r.GND1555B555定時器管腳圖01-234567ITIIITII16151413121110gCD4532CD4511DA-DB-3C*DD-E3j-LTAiA!pfBlLE八，2CD-1511電路圖61234

22、CD-1511GNBSfIabe|dIed|hGiro共陰數(shù)日管10UTHN-1IN+VCC-2IN+21N-2OUT(LM3.十、收獲、體會課程設(shè)計性實驗，是大學(xué)生必修的一門課程，它是將大學(xué)所學(xué)理論知識與實際問題相結(jié)合，是理論知識應(yīng)用的一個重要途徑，我們所學(xué)的知識只停留在課本理想的真空中，是沒有意義的，只有將其轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)物，才能闡明學(xué)習(xí)的真正意義，這也讓我們充分意識到現(xiàn)代大學(xué)生閉門造車的現(xiàn)狀，大學(xué)生畢業(yè)后只會高談闊論，而實際操作起來，經(jīng)常事倍功半，理論上完全行得通，但卻得不到理論的結(jié)果。只有在大學(xué)時代多經(jīng)歷類似的動手設(shè)計，嘗試動手調(diào)試，將筆下的設(shè)計變成實際的產(chǎn)物，并能出現(xiàn)正確的結(jié)果，才能

23、讓我們甩掉閉門造車這個包袱，這一過程中，我們會遇到許多問題和困難，克服這些困難本身也是一種學(xué)習(xí)，是一種經(jīng)驗的積累，這些經(jīng)驗，書本中沒有，老師也很難講到，只有我們親身經(jīng)歷，并進(jìn)行深刻的反思，才能轉(zhuǎn)化成我們自己的東西，會讓我們在以后的工作研究中事半功倍。雖然這只是一個功能很簡單的一個電路，但當(dāng)自己實際動手完成它時，心里也是很高興的，這些包括解決遇到的問題的喜悅，克服困難的痛快，第一次完成設(shè)計的小激動，還有收獲經(jīng)驗的成就感。通過不到一周的課程設(shè)計，我覺得以前所學(xué)知識更加清晰明了，對本專業(yè)的學(xué)科也更叫感性卻，以前學(xué)習(xí)數(shù)電模電的時候感覺都是為了考試，只要知道大體概況，就能考及格，但是通過這次次實際的運用，發(fā)現(xiàn)了自身學(xué)習(xí)的很多不足之處。電路