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1、模拟电子技术课程设计报告 一、课题名称：半导体三极管值测量仪二、内容摘要：本课题综合运用了数电和模电的基本知识，利用集成运放LM324、编码器CD4532、译码器CD4511、数码显示管、555定时器等器件搭接而成，实现了对待测三极管值的分档及显示，电路原理简单易懂，使用了常见的元器件，容易实现。在基本部分，运用微电流源电路产生恒定电流，作为待测三极管的基极电流，避免因更换三极管导致待测三极管的基极电流IB变化，根据三极管电流IC=IB的关系，当IB为固定值时，IC反映了的变化，集电极电阻上的电压又反映了IC，通过比较器电路从待测三极管的集电极采集电压，即将变化的值转化为与之成正比变化的电压量
2、，再与设定好的基准电压比较、分档，将连续变化的模拟量转化成高低电平0和1，再用CD4532编码、CD4511译码，显示部分采用。在发挥部分，通过压控振荡器，将采集的电压量转化成与之成正比变化的频率，合理设定参数使在一定时间内；用 555定时器构成的单稳态触发器产生计数时间控制信号，该信号只有一个正脉冲，从电路连通到计数时间结束，确保了不会重复计数；将两个脉冲信号通过与门送到74LS90构成的十进制计加法计数器，用于计数脉冲的个数，同时将计数信号送至CD4511译码，最后由三、设计内容及要求：1）、设计内容： 设计制作一个自动测量NPN型硅三极管值的显示测试仪。2）、设计要求：基本部分： 1、对
3、被测NPN型三极管值分三档； 2、值的范围分别为80120及120160，160200对应的分档编号分别是1、2、3；待测三极管为空时显示0，超过200显示4。 3、用数码管显示值的档次；发挥部分：1、用三个数码管显示的大小，分别显示个位、十位和百位。显示范围为0-199。2、响应时间不超过2秒，显示器显示读数清晰。 四、选定设计方案，画出系统框图：1）、基本要求部分方案说明及系统框图方案说明（1）根据三极管电流IC=IB的关系，当IB为固定值时，IC反映了的变化，所以可以将变化的值转化为与之成正比变化的电流量；（2）电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化，故得到取样电压；（3）得到取样信号
4、后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，对应某一确定的信号电压，对应档位的比较电路和低于该档位的比较电路均输出为高电平，高于该档位比较器输出为低电平；（4）对比较器输出的高、低电平进行二进制编码；（5）经显示译码器译码；（6）驱动数码管显示出相应的档次代号。系统框图关键一：将变化的值转化为与之成正比变化的电压或电流量，再取样进行比较、分档。上述转换过程可由以下方案实现：根据三极管电流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。关键二：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
5、比较，对应某一定值，相应的比较电路输出为高电平，其余比较器输出为低电平。对比较器输出的高、低电平进行二进制编码，再经显示译码器译码，驱动数码管显示出相应的档次代号。2）、发挥部分方案说明及系统框图方案说明（1） 被测三极管通过发射极输出电压与基极电流和的线性运算关系，把三极管的值转换成对应的电压，然后再通过压控振荡器把电压转换成频率，若计数时间及电路参数选择合适，在计数时间内通过的脉冲个数即为被测三极管的值。（2） 将三个74LS90串行连接，构成3位的计数器，再将计数结果通过CD4511译码，驱动数码显示管显示相应的计数值即为测得的值。（3） 由于值范围为0-199，因此百位数只有0和1两种
6、情况，因此百位显示可以考虑不用译码管直接输出显示（0时无显示，1时显示1），总共只用两个译码管即可。系统框图五、单元电路设计、参数计算、元器件选择：1）、单元电路设计思路基本部分：（1）、被测三极管构成放大电路方案1： 说明：T1是被测三极管，其基极电流可由R1、RW 限定 ，把三极管值转换为电压输出：VR2IB R2优点：电路简单；缺点：IB精度难以调整 方案2： 说明： Q1、Q2、R1构成微电流源电路，Q3为待测三极管，其基极电流由微电流源提供，R6提供输出电压，调节滑动变阻器R1的阻值可以改变微电流源的输出电流IB ，IB的选择应在30A40A之间为宜。优点：当待测三极管改变时，IB不
7、会随着值的改变而明显变化，这样能够使测量值更加精确；缺点：电路连接比较复杂。方案比较：两方案不同之处在电路转换过程部分。方案一优点在于电路转换部分结构比较简单，所用的元器件较少，缺点是当值变化时，即被测三极管变换，三极管不同，内阻不同导致IB不稳定，所以VO不仅随变化而变化也与IB变化有关，使得测量结果不准确，该方案不足采纳。因此，我选用方案2。方案2参数计算：此处我们使待测三极管的IB值为40A，即IR=40A，根据公式： 可得： VCC=15v，VBE1=0.7v，IR=40A 得：R1=357.5k（理论值）最终输出电压VO=IB R6=0.04v.a) 1档，=80，VO=3.2v，V
8、13.2v，电位器应调节至21.3b) 2档，=120，VO=4.8v，V24.8v，电位器应调节至32c) 3档，=160，VO=6.4v，V36.4v，电位器应调节至42.6d) 4档，=200，VO=8.0v，V48.0v，电位器应调节至53.3电位器实际百分比在实际仿真和连接电路时，要经过反复测量校正，此处为理论计算值，作为参数调整的参考。(2)、取样、比较电路 当同相输入端电压值大于反相输入端电压值时，运算放大器的输出为正，发光二级管正向导通，点亮二极管，分别调节4个电位器的阻值，以改变基准电压，使其分别能在值4个档的临界值时点亮各二级管。仿真时，根据计算值，通过电压表的测量与之比较
9、，然后调节电位器，使其反相输入端电压在特定值下，能够保证小于正相输入端，使发光二级管点亮。在实际连接电路时，用相同的方法调节电位器，使发光二级管点亮。（3）、编码、译码电路 编码、译码、显示原理表：编码、译码、显示电路图利用8-3优先编码器CD4532，将比较器的输出结果进行编码，利用显示译码器CD4511进行译码，然后驱动共阴数码管显示被测量的NPN型三极管值的档次，编码译码原理见上表 发挥部分（1）、压控振荡电路 由555定时器和电阻、电容构成压控振荡器，用于将取样信号转换成频率信号,根据值得大小与频率的关系，在一定时间内计数脉冲的个数即可反映值的大小。压控振荡器的波形图如下，每一次脉冲，
10、计数一次，直到定时控制器变为负，此时数码管显示的值即为测得的值。注意：占空比应大于90%，以确保数码管显示数值时，不闪烁，更加稳定。(2)、定时控制器由555定时器与电阻、电容组成的单稳态触发器作为定时控制电路，由于压控振荡器转化的频率与值的关系，设0.13s内通过的脉冲个数就是待测三极管的直流放大系数值，通过设定R、C的值，使定时高电平持续时间为0.13s，根据单稳态触发器暂稳持续时间公式： Tw=RCln3=1.1RC=0.13s取C=1F，计算可得： R=120K选R=120k，在实际电路连接时可适当调整压控振荡器电位器阻值，使其在0.13s定时区间内产生的脉冲数量正好等于此时的值。通过
11、仿真使设计方案更加接近实际情况，使计数时间准确，然后利用信号的下降沿计数，最后将两个频率信号通过与门接到计数器74LS90的低位输入端，将计数结果通过译码器译码，然后驱动数码管显示出相应的数值。 单稳态触发器的波形图如下，单脉冲的高电平时间为0.13s，即定时计数时间为0.13s，显然响应时间不超过2秒，在单脉冲计数区间内，压控振荡器产生的脉冲数量，即为测得的值。（3）、计数、译码、显示部分该部分接收定时控制器和压控振荡器相与所得的脉冲信号，先送74LS90计数器，每一次低电平，计数器计数一次，同时送译码器译码，然后驱动数码管显示数值，由于计数时间非常短只有0.13s，所以我们在实际插板电路中
12、只看到最后的计数结果，（在multisim仿真中，我们可以看到计数的跳变过程），并没有看到计数过程。响应时间短这也是设计的一个要求。电路图中的触发开关用于计数器清零。运行电路时，首先用触发开关清零，然后开始计数六、完整电路图及其工作原理基本部分完整电路图工作原理：微电流源电路产生恒定电流，作为待测三极管的基极电流，避免因更换三极管导致待测三极管的基极电流IB变化，根据三极管电流IC=IB的关系，当IB为固定值时，IC反映了的变化，集电极电阻上的电压又反映了IC，通过比较器电路从待测三极管的集电极采集电压，即将变化的值转化为与之成正比变化的电压量，再与设定好的基准电压比较、分档，首先驱动发光二级
13、管点亮高电平，然后将连续变化的模拟量转化成高低电平0和1，再用CD4532编码、CD4511译码，显示部分采用。发挥部分完整电路图工作原理：微电流源为待测三极管提供恒定电流，确保待测三极管输出电流不因其更换而变化，然后通过压控振荡器，将采集的电压量转化成与之成正比变化的频率，合理设定参数使在一定时间内；用 555定时器构成的单稳态触发器产生计数时间控制信号，该信号只有一个正脉冲，从电路连通到计数时间结束，确保了不会重复计数；将两个脉冲信号通过与门送到74LS90构成的十进制计加法计数器，用于计数脉冲的个数，同时将计数信号送至CD4511译码，最后由七、组装调试1）、使用的主要仪器仪表1） 计算机 1台 2） 直流稳压电源 1台 3） 示波器 1台 4） 万用表 1台 5） 函数信号发生器 1台 6） 剥线钳、镊子、螺丝刀 1个2）、调试电路的方法和技巧按单元模块调试：把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路，分别进行安装和调试，完成各单元模块电路调试后，再整合各
