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1、41课题五课题五 晶体管晶体管 值数显测量电路值数显测量电路一、设计任务与要求 1、设计任务设计一个低频小功率 NPN 型硅三极管共射极电流放大倍数 值测量电路。 2、基本要求 （1） 值的测量范围为 50 250。 （2）接入晶体管后自动显示被测晶体管的 值，当没有接入晶体管时数码管显示为零。（3）当接入晶体管的 值不在测量范围时，用发光二极管指示。 （4）测量精度为5%。 （5）测量响应时间 t1S。 3、 扩展要求 （1）分档指示功能，当 值为 50100，100180，180250 时，分别用发光二极管 指示。 （2）能测量 PNP 管的 值。 二、基本工作原理 由设计要求可知只要将被
2、测晶体管的 值转换为对应的电压值，对 值的测量转变为 对电压的测量。将此电压进行比例调整后，进行 A/D 转换，然后进行译码显示即可。其原理 框图如图 2-5-1 所示。三、单元电路设计参考 1、/V 转换电路 基本思路为：对被测晶体管输入一固定值的基极电流，则其集电极电流 Ic=Ib，然后将 集电极电流转换为电压即可。 基极电流的设置可以采用如下两种方式。其一、如图 2-5-2 所 示，选择恰当的基极偏置电阻 Rb 实现基极电流设置。其二，利用恒流源实现基极电流的设置，如图 2-5-3 所示。这 种方式的优点是可以对锗管设置基极电流而不需要改变电路结构或 元件参数。由于要提供很小的基极电流，
3、恒流源可以用如图 2-5-4工 作 点 设 置/V 转 换 电 路电 压 调 整 电 路A/D 转 换译 码 显 示图 2-5-1 晶体管 值测量电路原理框图二进制BCD码转换VccRbRc图 2-5-2 基极电流设置方式1VURUVIBE bBECC b7 . 0,VccIsRc图 2-5-3 基极电流设置方式242所示的微电流源实 现。微电流源的参 考电流与输出电流 之间的函数关系为：其中参考电流的大小可以表示为：在设计中一般先确定 IR和 IC的值再去确定 Re 的值。 注意基极电流的大小应保证使所有被测晶体管都工作在放 大区。一般可设基极电流为 10uA。 电流电压的转换可以这样进行：
4、其一、直接将 Rc 两端的电压取出这时有， 当 Ib=10uA，=100，Rc=1K 时有 Uo=1V。其二、利用集成运放构成的电流电压转换电路将集电极电流转换为电压如图 2-5-5 所示。输出电压与电流之间的关系为： 2、比例调整电路比例调整电路的主要作用是将 /V 转换电路 的输出电压作适当的调整提供给 A/D 转换电路， 以期得到一个合适的二进制数值，便于译码显示 出对应的 值。常用的比例调整电路有：反相比 例电路，同相比例电路，差动放大电路等。在此 介绍一下常用的三运放差动放大电路，电压如图 2-5-6 所示。该电路具有高输入阻抗、高共模抑制比的特点，其输出电压可表示为：CbCCORI
5、RIUT1T0ReRIRIc1图 2-5-4 微电流源电路11lnCR TecIIURIRUVIBECC R-VEERbRf图 2-5-5 电流电压转换电路RpIfIcUofbfCffORIRIRIUUI2R图 2-5-6 三运放差动放大电路RpUI1UoRRRR1R1R2R2A1A2A3)(21 (212 II pOUURRU43通过调整 Rp 电阻的大小可以调整输出电压与输入差模电压的比例关系。 3、A/D 转换电路 A/D 转换电路将模拟量转换为数字量。实际应用中 A/D 转换芯片的种类有很多；根据转换 速度分为高速、低速，根据转换精度分为 8 位、10 位、12 位，根据转换的工作原理
6、分为计数 型、双积分型、逐次逼近型、并行转换型等，实际设计电路时应根据具体系统的要求选择恰 当的 A/D 转换芯片。ADC0809 是一种 8 位的逐次逼近型的转换芯片，速度较高，价格适中在实 际中使用较广。 现在以 ADC0809 为核心给出一个 A/D 转换电路的参考设计。 （1）主要技术指标和特性 分辨率：8 位； 总的不可调误差：LSB； 转换时间：取决于芯片时钟频率，当 CLK=500KHz 时，转换时间为 128us； 单一电源：5V； 模拟输入范围：单极性 0-5V，双极性5V，10V； 时钟频率范围：10 KHz-1280 KHz； 具有可控三态输出缓冲器； 启动转换控制为脉冲
7、式（正脉冲） ，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使 A/D 转换开 始； 使用时不需要进行零点和满刻度调节。 （2）内部结构 ADC0809 内部结构如图 2-5-7 所示。各引脚的定义如下：IN0-IN7：8 路模拟输入，通过 ADDA、ADDB、ADDC3 根地址线来 选通一路。 D7-D0：A/D 转换后的数据输出端，为三态可控，其中 D7 为最通道选择开关通道地址锁存和译码定时和控制逐次逼近型寄存器（SAR）开关树型 D/A8 位锁存和三态门IN0IN1.IN7ADDA ADDB ADDCALEEOCOED7 D6 . . . D0CLK STARTVR（+） VR（-）图 2-5-
8、7 ADC0809 内部结构框图比较器地 地 址选中 通道CBA 000IN0001IN1 010IN2 011IN3 100IN4 101IN5 110IN6 111IN744高位，D0 为最低位。 ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道选择地址信号，ADDA 为低位，ADDC 为高位；地址信号与选 中通道的对应关系如表所示。 VR（+） 、VR（-）：正、负参考电压输入端，用于提供片内 DAC 电阻网络的基准电压。在 单极性输入时，VR（+）=5V、VR（-）=0V；双极性输入时 VR（+） 、VR（-）分别接正、负极性 的参考电压。 CLK：时钟信号输入端，时钟频率范围：10 KHz-1
9、280 KHz；典型值为 640 KHz。 ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，ADDA、ADDB、ADDC 三位地址信 号被锁存、译码选通对应的模拟通道。在使用时，该信号通常和 START 信号连在一起，以便 同时锁存通道地址和启动 A/D 转换。 START：A/D 转换启动信号，正脉冲有效，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使 A/D 转换开始；如正在进行 A/D 转换时，又接到新的转换启动信号，则原来的转换进程被中断， 重新从头开始转换。 EOC：转换结束信号，高电平有效。在 A/D 转换进程中为低电平，其余时间为高电平。 OE：输出允许信号，高电平有效。 （3）工作
10、时序与使用说明 ADC0809 的工作时序如图 2-5-8 所示。当通道选择地址有效时，ALE 信号一出现，地址马 上被锁存，这时启动信号 START 紧随 ALE 之后（或与 ALE 信号同时）出现。START 信号的上升 沿使所有内部寄存器清零，在上升沿之后的 2us 加 8 个时钟周期内（不定）EOC 信号变低，以 指示转换操作正在进行中，直至转换完成后 EOC 信号再变高。模拟输入通道的选择，可以相对于转换开始独立进行（当然，不能在转换中进行） ，然而 通常是将通道选择和启动转换结合起来完成。(4)AD 转换控制电路设计 实现 A/D 转换控制的方式可以有多种。其一、直接利用转换结束信
11、号去启动转换。这种 方式需要在电路上电后给出一个初始的启动信号，在一定的时钟频率下属于全速转换电路， 可以达到该时钟频率作用下的最高转换频率。其二、由外部控制器给出控制信号。在很多应START/ALEADD(A,B,C)EOCOE数据输出数据有效转换结束高阻200ns2us + 8T启动转换图 2-5-8 ADC0809 转换时序45用场合，一般都由微控制器实现对 A/D 转换的控制。对于小型的简单的应用系统，可以由中 小规模集成电路实现控制器。根据 ADC0809 的转换时序，可以作出控制转换的 MDS 图，然后 设计控制器。针对本课题，是一个简单的低速测量显示电路，不需要进行数据的存储；因
12、此 可以将输出使能信号 OE 接高电平，然后定时地给出一个单脉冲的启动信号即可。此单脉冲的 启动信号可以由单稳态电路实现，也可以由一个计数器的进位信号实现。 （5）时钟信号的实现 时钟信号可以由各种方波发生电路实现，实际应用中有很多种方波发生器，这里介绍以 CD4060 为核心的方波发生器，其电路如图 2-5-9 所示。 CD4060是 14 位的二进制计数器。内 部有 14 级的二分频器，和两个反相器。 CP1、CP0 分别为时钟的输入、输出端，既 内部反相器 G1 的输入和输出。图中 R 为 反馈电阻（10M-100 M） ，目的为反相 器提供偏置，使其工作在放大状态。C1 是 频率微调电
13、容，取 5-30pF，C2 是温度特 性校正电容，一般取 20-50 pF。内部反相 器 G2 起整形作用，且提高带负载能力。 石英晶体采用 32768Hz 晶振，此时 Q13 输 出信号频率为 2Hz。 4、译码显示电路 译码器的作用是将 BCD 码译成与 LED 数码管相适应的形式。因电路非常简单此处不作介 绍。 二进制-BCD 码的转换。由于所采用的是输出为二进制数的 A/D 转换芯片，其输出不能直 接用于译码显示电路，因此必须将二进制数转换为 BCD 码。可以采用的方式为：一、采用专 用集成电路实现，但此种集成电路很难购买。二、利用查表方式实现。用存储芯片，将二进 制数作为存储器的地址
14、信号，在对应的字节存入 BCD 码即可。在设计时要先根据实际的转换 关系将 BCD 码存入存储器。四、可供选择的器件 可供选用的元器件如表所示。阻容元件可以自选。14 级二分频器11 CP1C1 10pF10 CP0C2 10pFR32768HzG1G2CD4060Q138 12图 2-5-9 由 CD4060 构成的方波发生器型号名称型号名称 9011、9013NPN 硅三极管CC40106六施密特触发器 9012、9015PNP 硅三极管CC4013双 D 触发器 LM342通用集成运放CC4098双单稳态触发器 LF353通用集成运放CC4511BCD 锁存译码驱动 ADC0809A/D 转换芯片CC4518双 BCD 同步加法计数器 CC4011四 2 输入与非门CC4520双四位二进制计数器 CC4023三 3 输入与非门NE555集成定时器 CC4069六反相器CD4060集成振荡分频器 CC4081四 2 输入与门
