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1、*课程设计报告课程名称：电子技术课程设计系 部：控制工程系 专业班级：*学生姓名：*指导教师：*完成时间： 20*年10月23日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 简易数字三极管值显示仪设计报告一. 设计要求1、设计任务设计和实现一个三极管值测试仪。2、设计要求 1能够对NPN和PNP三极管进行值测量；2被测三极管值范围：50300；3测试误差10%；4值至少用三位数码管显示。参考器件：ICL7107二. 方案选择及电路的工作原理思想：要使得三极管的值被测试并正确显示出来，考虑到直接测试值难度大且不易实现，于是设想先将三极管的值转换为电压值，在通过A/D转换，通过电压放大倍数显示三极管的
2、值。通过查找老师提供的ICL7107资料知道芯片同时具有A/D转换功能以及数码管驱动的功能。故A/D转换电路以及数值显示电路可由芯片几数码管很容易的构成。要正确测量出三极管的值，那么被测三极管应工作于放大状态，而且还要求工作环境极其稳定，考虑到此，我们采用恒流源为被测三极管提供基极电流。恒流源采用电路较为简单，可产生较稳定电流的镜像恒流源。结合以上考虑，选择了由恒流源电路、A/D转换及数码管驱动电路组成的三极管值测试电路。原理图见图一。工作原理：由恒流源提供的基极电流经三极管放大倍，并转为电压Vin，Vin经滤波后送入ICL7107芯片的信号输入端，经芯片的A/D转换功能转换为数字信号后，通过
3、ICL7107的驱动功能驱动数码管显示出来，显示出来的值可由公式得到：显示值COUNT=1000*Vin/Vref(Vref为芯片36管脚的基准电压)。COUNT值即为被测三极管的值。局部ICL7107资料：1、ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。这里我们介绍一种她的典型应用电路-数字电压表的制作。其电路如附图。制作时，数字显示用的数码管为共阳型，2K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可。该电路稍加改造，还可演变出很
4、多电路，如数显电流表、数显温度计等. 2、芯片关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在 3V 至 5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入 199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成0信号输入，以方便测试。3.使用时应特别注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能
5、使用磁片电容。4.芯片的接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中例如测量电阻或者比例测量，30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。 图一、 原理图单元电路设计计算与元器件的选择一恒流源电路恒流源有镜像电流源、比例电流源等多种，在此，我们选用电路简单的镜像电流源。查找资料确定。需要PNP型三极管2只、电阻2只，在本恒流源中三极管选择型号为8550、电阻选择5.1K、10K各一只。构成恒流源。原理图如下图。二被测三极管电路由于要在三极管工作于放大条件下才能测试准
6、确的三极管值，参考所查找到的资料，将被测三极管电路设计为以简单的共射放大电路。CON1接恒流源输出端，CON2提供A/D转换电路的输入信号。具体元器件的选择及元件值请看第四局部。三A/D转换与显示电路这一局部的电路及元器件选择可直接参考ICL7107的经典应用电路，故只需检验搜集到的资料中提供的经典电路是否正确，而无需过多的计算。不过需要注意的是资料中提供的负电源产生电路有一些错误，需要在应用前改正过来即将竖直方向上的二极管IN4148极性对调。同时，还需要对负电源产生点路进行仿真，通过验证电路正确才可应用。三. 设计的具体实现1、系统概述方案论证：通过前面几个步骤的完成，三极管测试系统设计根
7、本完成。由恒流源向被测三极管基极提供恒定的电流I，通过放大电路的放大作用，衡量三极管值转为用发射极电压值Ui来衡量。Ui送入具有A/D转换和数码管驱动功能的ICL7107中，经芯片处理后驱动数码管显示出被测值。如果，恒流源稳定，被测三极管工作于放大状态，输入信号在规定值范围内，那么可正常显示被测三极管的值，故设计思路是正确可行的。电路组成：电路可细分为恒流源、测试电路、A/D转换与显示电路三个局部。工作过程和原理：由PNP型三极管T1、T2和电阻R1、R2组成的电流源产生稳定的直流电流I，作为被测三极管的基极电流，以驱动三极管工作，电流I经三极管放大背，通过电阻R6和电位器Rp1转换为适宜的输
8、入信号Ui，经限流电阻R8和滤波电容C1后送入芯片信号输入端，经过芯片的A/D转换变为数字信号高、低电平驱动数码管亮或灭，通过调整基准电压Uref和输入信号Ui，通过公式：COUNT=1000*Ui/Uref。如此三极管的值变先转化为电压在数码管上被正确显示出来。2单元电路设计、仿真与分析一、恒流源。 恒流源作为被测三极管基极电流的提供器件，在本电路中起着举足轻重的作用。恒流源的好坏将直接影响该测量电路的准确度与稳定性。考虑到，ICL7107只能输入-199+199毫伏的模拟电压信号，故而将恒流源设计为提供20uA直流电流的一个电流源。通过参考有关书籍及资料，并用EWB仿真软件仿真后，最终确定
9、了恒流源，原理图见下列图。选定PNP三极管用8550、R1=10K,R2=5.1K,用multisim8.0仿真测的T2集电极输出电流为15.983uA。满足设计要求。T1和R2公共端接+5V直流电压，R1一端接地，T2集电极为电流输出端。参数设置合理，通电后，使T2工作与放大状态，从而输出电流为：I=Vcc-Ube/R1+R2。二、放大电路为测的准确的三极管被测三极管 值，故将被测电路设计为简单的放大电路。如左下列图所示。CON1接恒流源输出端，CON2为输出端。通过仿真，集电极和发射极间的电压Uce为4.836V，基极对地电压Ub=0.682V。符合设计要求工作与放大状态的目标。改变电位器
10、Rp1，CON2对地电压在几毫伏到一百多毫伏之间变动，亦符合设计要求。三、A/D转换和显示局部电路这局部电路直接采用ICL芯片资料中提供的经典电路。故不用做过多的计算与验证。需要说的是芯片负电源提供电路的工作原理。用一只 NPN 三极管我们用的是9013，两只电阻R11、R13，一个电感L1来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 50K 的电阻R11连接到三极管9013B极，在三极管C极串接一个电阻R13为了保护和一个电感L1提高交流放大倍数，在正常工作时，三极管的C极电压为 2.4V 2.8V 为最好。这样，在三极管的C极有放大的交流信号，把这个信号通过 2 只 4u7 电容和
11、2 支 1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供应 ICL7107 的 26 脚使用。通过仿真，我们所作的负电源可以提供-1.963V的电压。注意：在使用时，应将负电源产生电路改为做图所示电路。其中，CON2串接一电阻后接芯片38脚，CON1为负电压输出端，接于芯片26脚。3电路的安装与调试 介绍电路安装调试过程中所遇到的主要技术问题，给出现象记录、原因分析、解决措施及效果，详细介绍电路的性能指标或功能的测试方法、步骤、仪器设备、记录的图表和数据。一、电路安装.对照PCB图和原理图，按照“先里后外，先小后大的电路焊接原那么，依次焊接元器件，尽量做到，焊点圆滑，美观。并且切实焊上
12、，防止因虚焊影响电路工作。二、电路调试通过步骤一，完成了整个电路的焊接工作，接下来便是电路的调试过程。通过检查，所焊电路无误后，将所需电源接于电源接口本电路需接+5V直流电压源，通电后，进行电路调试。根据芯片提供的资料可知，芯片管脚1芯片电源引脚、26负电源引脚、36基准电压引脚、31信号输入引脚均为关键管脚。首先，测试芯片是否正常工作。1、检测引脚1处电压是否为+5V，如果正常那么说明电源提供正确，继续下一步；2、测试36脚电压是否为100mV，通过测试管脚电压为九十多毫伏，通过调节电位器Rp2使36管脚的电压为100mV；3、测试26脚电压是否为负值，假设电压在-2-4V左右那么为正常的，
13、通过测试，26引脚的电压为-1.985V，故负电源引脚电压正常。第二，测试被测三极管是否工作于放大状态。分别测量三极管基极B对地电压、集电极C对地电压、发射极E对地电压。通过测量发现，基极对地电压Ub=0.6516V，集电极与发射极间电压Uce=4.861V。由此知被测三极管工作于放大状态。第三，以上测试完成后，再测量ICL7107其31引脚输入信号电压大小。通过测试，发现当调节电位器Rp1是电压值在几十毫伏至一百多毫伏之间变动。由此可判定输入信号正确。第四，测试振荡电路波形。用示波器观察管脚3840处RC振荡电路产生的波形。接通电源，链接上示波器，观察波形。通过观察RC电路产生的一频率为f=
14、39.66KHZ的方波。完成初步检查和调试后便可以进行正式的测试了。将被测三极管接入电路进行测试。发现数码管个位跳动比拟大，十位偶有跳动。调节电路的准确度和稳定性。由于，被测三极管基极电流是通过恒流源提供的，恒流源的好坏直接影响了三极管的稳定性，假设恒流源好，提供的电流稳定，那么通过三极管放大后的输入信号电压亦将较稳定，那么通过数码管上显示的值也将较稳定。反之，那么稳定性较差。可通过调节恒流源上的电位器，是恒流源稳定。通过测试，9013型号的三极管放大倍数为225，8050型号三极管值为230，9018型号三极管放大倍数值为120.用万用表测试被测三极管值时，9013为220，8050为223，9018为112.通过记录值计算测量误差，9013为：2.27%、8050为3.14%、9018为7.14%。设计要求误差10%,由此可见我们的设计符合要求，是成功的。五心得体会及建议经过这近半学期的课程，我们收获颇多。其一，加深了对电子设计原理的理解，并提高了应用PROTEL软件设计原理图和PCB图、以及手工布线的能力，及仿真软件multisim8.0的应用.其次，通过这门课，使我们对电子设计有了更严谨的思想，并明白如何通过网络、图书馆等更快更有效的查找到所需资料。再次，对我们先前所学的知识起到了复习与稳固的作用，也为
