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1、武汉理工大学晶体管器件课程设计说明书摘要三极管放大倍数值测量电路的功能是利用三极管的电流分配特性，将放大倍数值的测量转化为对三极管电流的测量，同时实现用发光二极管显示出被测三极管的放大倍数值。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。本晶体管值测量电路主要由电源电路、I/V转换电路、电压比较电路、放大电路和显示电路（LED）6部分构成。经ORCAD仿真和实际操作，初步实现了简单的晶体管的值测量。关键字：值；三极管；ORCAD；放大电路Abstract magnification transistor circuit for measuring the value of the functio
2、n is to use the current distribution of transistor characteristics, the magnification of the measured value into a measurement of the transistor current, at the same time using light-emitting diode triode to show the measured values of the amplification of factor . Power supply circuit is to provide
3、 DC power to all circuits of the above. This value of the transistor circuit is made up of 6 parts, which is the power measurement circuit, I / V conversion circuit, voltage comparator circuit, amplifier circuit and display circuit (LED). After the ORCAD simulation and actual operation, the simple m
4、easurement of transistor value is basically attained.Key words: magnification; transistor characteristics ; ORCAD; amplifier circuit1 ORCAD简介ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件，它是世界上使用最广的EDA软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少数的电子设计者使用它，它进入国内是在电脑刚开始普及
5、的94年。早在工作于DOS环境的ORCAD4.0，它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的介面友好且直观，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EAD软件中的首选。ORCAD公司在今年七月与CADENCE公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，它的产品ORCAD世纪集成版工作于WINDOWS95与WINDOWSNT环境下，集成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块，功能非常强大。通过对ORCAD软件的学习，有利于
6、我们进步一理解所学的知识，提高自己的操作能力和动手能力1。2电路设计思路2.1设计任务分析：经过查阅书籍和相关资料，还有设计要求上的提示方案，对设计有如下简单分析：设计电路测量晶体管的值，将晶体管值转换为其他可用仪器测量的物理量来进行测量（如电压，根据晶体管电流IC=IB的关系，当IB为固定值时，IC反映了的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化）。因为我们要求分五档显示晶体管的值（即值的范围分别为080、80120， 120160，160200以及200对应的分档编号分别是1、2、3、4、5），所以对转换后的物理量进行采样，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，
7、相应的一个比较电路输出高电平，其余比较器输出为低电平，实现AD转换。比较后再通过发光二极管进行分档显示。2.2各部分电路功能的简单说明：2.2.1转换电路：由微电流源（提供恒定电流）和 差动放大电路（电压取样及隔离放大作用）。将变化的晶体管值转化为与之成正比变化的电压量，再取样进行比较、分档。上述转换过程可由以下方案实现：根据晶体管电流IC=IB的关系，当IB为固定值时，IC反映了的变化，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。为了取得固定IB，采用微电流源电路提供恒定电流。微电流源电路介绍：当要求得到极其微小的输出电流（如晶体管基极电流比较小），这时可令比
8、例电流源中的Re1=0，便成了微电流源电路其电路图如图1所示： 图2.1 微电流源电路根据电路原理分析得： 由此可知：只要确定IO和Re2就能确定IR，由此可以确定电阻R的值。差动放大电路介绍：根据晶体管电流IC=IB的关系，被测物理量转换成集电极电流IC 而集电极电阻不变，利用差动放大电路对被测晶体管集电极上的电压进行采样，。差动放大电路原理如图2所示：图2.2 差动放大电路根据理想运放线性工作状态的特性，利用叠加原理可求得取电路参数：R1=R2=R3=Rf， vo=vi2-vi1可见，输出电压值等于两输入电压值相减之差，实现相减功能。其中运算放大器采用集成电路LM741。LM741采用单电
9、源供电，其内部只由一个运算放大器构成。综合上述得出转换电路的电路图如图3所示： 图2.3 转换电路电路说明：T1、T2、R1、R3构成微电流源电路提供恒定电流，R2是被测管T3的基极电流取样电阻，用于检测基极电流的大小，R4是集电极电流取样电阻，用于检测集电极电流的大小同时检测出被测晶体管值的大小，由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及隔离放大作用，为电压比较电路提供采样电压。依题意有：(1)T1与T2性能匹配，为PNP三极管(2)IB的选择应在30A40 A之间为宜，因为：1 值与Ic有关；2 小功率管的值在Ic 23mA时较大，而在截止与饱和区较小，测量不准确。因此，取输出电流Io30u
10、A。(3)因为参考电流约为1mA左右，则，由 已知 VBE1=0.7V 得： R1=4.3K，取R1=4.3K 再把 R1=4.3K代回，得出=1.35mA，符合要求。(4)再由：已知：VT=26mV 得 R3=3.0K(5)R2是基极取样电阻，由于基极电流Io30uA，所以为了便于测量，R2应取大一点，这里取R2=20K(6) R4是集电极取样电阻，考虑到VR4 5-0.7=4.3V，VR4=Io*R4，得的范围为0200，即R4800，为了便于计算，这里取R4=510（计算时可约为500）(7)为了使差动放大电路起到隔离放大的作用， R5R8应尽量取大一点，这里取R5=R6=R7=R8=3
11、0K。综合上述转换电路的电阻值为：R1=4.3K，R2=20K，R3=3.0K，R4=510，R5=R6=R7=R8=30K。2.2.2电压比较电路：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，只有相应的一个比较电路输出为高电平，则其余比较器输出为低电平。对比较器输出的高电平加载到发光二极管，通过发光二极管灯亮的盏数来判断被测三极管的值范围2。由于题目要求将值的档次分为080、80120，120160，160200，200对应的分档编号分别是1、2、3、4、5，则需要多个不同的基准电压，基准电压是采用一个串联的电阻网络对一个固定的电压进行分压得到的。运放采用LM3
12、24，内部有四个运放构成。综合上述得出电压比较电路的电路图如图4所示：图2.4 电压比较器电路通过上级电路计算出的元件取值求得各档次的基准比较电压边值。由R4、被测三极管值即可计算出对应的基准比较电压：当=80时，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*80*500=1.2V当=120时，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*120*500=1.8V当=160时，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*160*500=2.4V当=200时，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*200*500=3.0V可以计算出电压比较电路串联网络中各个分压电阻的阻值，5V电源供电，分压总电阻取R=
13、10k：=80时，R2.4k，=120时，R3.6k ，=160时，R4.8k ，=200时，R=6k 电压比较电路的电阻为：R9=2.4k R10=1.2k R11=1.2k R12=1.2k R13=4.0k 2.2.3.参考方框图如图：比较电路显示转换电路基准电压图2.5 参考方案方框图 3 电路图本次设计的晶体管值测量的电路原理图如下：图3.1 电路原理图 其中R1=4.3K，R2=20K，R3=3.0K，R4=510，R5=R6=R7=R8=30K，R9=2.4 K，R10=R11= R12=1.2 K，R13=4.0 K，R14=R15=R16= R17=200，电路由T1、T2、
14、R1，R2构成微电流源电路，R2是被测管T3的基极电流取样电阻R4是集电极电流取样电阻。由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及隔离放大作用。通过电压比较器来控制不同值情况下所亮二极管灯的盏数。灯亮盏数（个）值范围0小于80180120212016031602004大于2004 元件清单表表4.1 元件清单表5 PCB电路板设计构造电路图：单击File/New出现如下窗口，输入文件名并选择存储路径： 图5.1 创建ddb文件点击OK后单击File/New出现如下窗口: 图5.2 创建sch文件选择Schematic Document点击OK确定创建。双击打开新建电路原理图设计文件Sheet1.ddb；从元件库中选择所需元件；按电路图摆放元件；按电路图连线：图5.3 构造电路图连线接好后修改元件属性，包括封装号、序号和数值，完成后即得本次设计
