模拟电子技术课程设计 晶体管电流放大系数β自动检测分选仪设计Word格式.docx

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当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是输入电流β倍的电流，即集电极电流Ic。

集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化。

根据晶体管工作状态的不同，电流放大系数又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。

直流电流放大系数直流电流放大系数也称静态电流放大系数或直流放大倍数，是指在静态无变化信号输入时，晶体管集电极电流Ic与基极电流Ib的比值，用β表示。

要测量三极管的电流放大倍数β，必须给三极管以合适的静态偏置，如果三极管工作在线性放大区，若Ib一定，则Ic正比与β，即有Ic=β*Ib.

要将三极管按β值进行分档，可将三极管集电极电流Ic转化成相应的电压VO输出，VO大小正比与β值，然后将VO信号同时加到具有不同基准电压的比较器的输入端进行比较，对某一定VO值，则与VO相比相对低基准电压比较器输出为低电平，与VO相应相对高基准电压比较器输出为高电平。

例如分成六档，则需要六个电压比较器，六个比较器的输出便形成了6位二进制代码，将6位二进制代码进行分段式译码，便可驱动数码管显示出相应的档次代号并点亮相对应的LED指示灯。

图1.1总原理图

方案一、

偏置电路可以用直接输出集电极的电压在输入到电压比较器，如图，可是那样计算和麻烦，此时的电压表达式为：

V0=VCC-β*（VCC-Ube）*Rc/Rb,所以找另一个方案。

图1.2偏置电路

方案二、

偏置电路用集成运放和电阻组成负反馈电路把集电极的电流转换成电压输出到电压比较器中此时的电压输出表达式为：

V0=β*（15-Ube）*R8/R1,电压与β成正比，计算方便。

图1.3三极管放大电路

所以对比以上两种方案，因为方案一相对于方案二计算公式较为麻烦，而且后一种稳定性比较高，易于理解。

所以本设计采用方案二。

三、单元电路设计与参数计算

1．静态偏置电路

电源采用直流稳压电源,由放点电路由三极管和运放组成,在三极管基极输入信号.运放输出端输出信号。

要测量三极管的电流放大系数β，必须给三极管以合适的静态偏置，若IB一定，则IC正比于β，使三极管处于线性放大状态，则有IC=βIB。

所以IC的变化反映了β的变化。

电路如图：

图2.1三极管放大电路

此时的V0=β*（15-Ube）*R8/R1，取R1=10KΩ，R8=21.1Ω，Ube=0.8（使用探针测量）为了使三极管工作在线性放大区，输出的最大电压应该小13V，则V0和β相对应的值为：

β值

50

80

120

180

270

400

V0（v）

1.5

2.4

3.6

5.4

8.1

12

表2.2放大倍数

2．电压比较电路

电压比较电路主要核心芯片为OPAMP_3T_BASIC.三极管放大电路出来的信号接到Vi.与适合的基准电压相比较.当信号电压大于基准电压时,比较电路输出约15V的高电平,当信号电压小于基准电压时,比较电路输出约-15V的低电平，根据电压的输出，对各个电压比较器的基准电压进行设置，各个电阻如下:

R7=45.5Ω,R6+=27.2Ω,R5=36.4Ω,R4=54.5Ω,R3=81.9Ω,R2=118.1Ω,电路图如下：

图2.3电压比较电路

3.译码电路

译码电路由74LS148即3线-8线优先译码器，74LS86异或门，74LS04非门组成。

当经过电压比较电路之后，相应的静态偏置电路VO与基准电压比较输出的高低电平即二进制代码经过先后经过异或门，非门和3线-8线优先译码器。

从而获得对应输出，再将输出连接数码管即可显示相对应的档数位。

根据要求β值的分档要求：

β值不在上述范围内的三极管，由数码管显示0来表示。

由此最高与最低基准电压的比较器输出值，有0，0；

0,1；

1,1；

三种可能通过异或门运算即可获得0；

1；

0相对应的结果。

而其余档位的运算则通过相邻基准电压的比较器通过异或门和非门获得相应的输出结果。

由此可列得如下真值表：

0代表输出VO高于相对应基准电压

1代表输出VO低于相对应基准电压

U2U3U4U5U6U7

D2D3D4D5D6D7

档位

000000

111110

000001

111101

1

000011

111011

2

000111

110111

3

001111

101111

4

011111

011111

5

111111

表2.4译码电路真值表

图2.5译码器功能表

由于对应的D2-D7即3线-8线优先译码器的I2-I7则获得对应输出相应的二进制数，从而在数码管上显示档数。

图2.6译码电路

4.LED驱动电路

LED驱动电路主要由74LS86异或门和LEDX1-X5组成。

当静态偏置电路经过电压比较电路之后输出对应的高低电平。

由于β值的分档要求：

，对应的色标分别是绿、蓝、紫、灰、白。

所以将相邻的两个基准电压比较器连接异或门后再连接LED显示相应色标

0代表输出VO高于相对应基准电压及LED低电平

1代表输出VO低于相对应基准电压LED高电平

X1X2X3X4X5

00000

10000

01000

00100

00010

00001

表2.7LED驱动电路真值表

图2.8LED驱动电路

四、总原理图及元器件清单

1.总原理图

图3.1总电路

2．元件清单

元件序号

型号

主要参数

数量

备注

R1-R8

电阻

10k,45.5,27.2,36.4,54.4,81.9,118.1,21.1

8

Q1

三极管

BC178AP,2N3859A,2N3416,2N2924,2N3415,D44H8,ZTX618

7

U9

LED显示器

DCD_HEX

U8

优先编码器

74LS148D

U4-U7

集成运算放大器

OPAMP_3T_BASIC

6

U11A-U15A

非门

U24A-U28A,U13A

异或门

74LS86D

X1-X5

灯

XMM1，XMM2

万用表

表3.2清单

五、仿真调试与分析

主要在Multisim里通过替换不类型的三极管来达到替换β值的效果从而测试分档要求：

，对应的分档号分别用1、2、3、4、5表示，并用数码管显示对应的色标分别是绿、蓝、紫、灰、白，是否能够完成。

三极管BC178AP：

Ib=94.91fAIc=0Aβ=0档位为0

图4.1仿真电路图

三极管2N3859A：

Ib=1.41mAIc=77.50mAβ=54.7档位为1

图4.2仿真电路图

三极管2N3416：

Ib=1.41mAIc=148.47mAβ=105.2档位为2

图4.3仿真电路图

三极管2N2924：

Ib=1.41mAIc=223.55mAβ=157.6档位为3

图4.4仿真电路图

三极管2N3415：

Ib=260.02mAIc=1.41mAβ=183.6档位为4

图4.5仿真电路图

三极管D44H8：

Ib=1.43mAIc=449.78mAβ=315.0档位为5

图4.6仿真电路图

三极管ZTX618：

Ib=1.42mAIc=720.12mAβ=505.3档位为0

图4.7仿真电路图

六、结论与心得

在经过为期一个星期的模电课程设计，本人通过小组合作对课题研究有着不少的收获和得益。

在课程设计过程开始，我们抽取了晶体管电流放大系数β自动检查分选仪设计的课题。

通过课题的研究和其要求的分析，并且还有网上的资料查询对其设计有了初步的思路与方案。

其晶体管电流放大系数β自动检查分选仪重要由静态偏置电路，电压比较电路，译码电路和LED驱动电路组成。

其个人觉得比较重要的部分是静态偏置电路电压比较电路这两部分。

晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。

即应该设置它的工作点。

所谓工作点就是通过外部电路的设置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位（可根据计算获得）。

这些外部电路就称为偏置电路。

经过两个方案的筛选，我们选取了方案二的静态偏置电路，通过其电路特点获得计算公式V0=β*（15-Ube）*R8/R1，从而获得通过被测三极管的β与输出电压VO的关系，从而通过VO的比较来自动筛选不同档位的β，显示相关的示意灯和晶体管档位数。

于是电压比较电路就选取了多个运算放大器组合来设计。

根据运算放大器可以对同相端和反相端的输入进行比较，从而输出高低电平来显示比较结果。

电压比较电路中，通过多个电阻的串联来对电压进行分压来制造出不同档数的临界电压来对β进行自由检测分选。

静态偏置电路和电压比较电路就是整个课题设计的关键，全组成员也花费了不少的时间在当中。

还有得其余部分就不再一一的展述。

与此同时，在仿真的过程中软件的操作也存在着不少的问题。

软件使用了multisim10，由于之前的数电课程设计使用过，所以还是有相当的熟悉程度。

但是在相关三极管的寻找过程中还是有着不少的弯路，不过在团队合作的过程中通过网络的资料搜索得以解决。

整个课程设计过程中，还是遇到不少的问题，首先是在设计过程中实际的器件在使用过程中参数与理想器件有着误差，例如运算放大器使用时输入输出电阻以及共模抑制比和三极管的电流放大倍数β。

其次还有设计的严谨性与实用性有待加强，在设计过程中刚开始的时候没十分注意三极管是否在放大区工作而给设计上添了不少的麻烦。

最后就是在团队当中，队员之间的协助与配合也是十分关键。

在设计当中对方案各人可能会有着不同的意见，但是在研究和商讨之后得到方案会更加的全面和稳定。

在此过程中，我深深的感觉到设计一个题目的烦琐与复杂，从中我也更加认识到科学研究中需要的严谨求实的态度是多么的重要。

经过此次的模电课程设计，不但能够成功制造出了相关的模电设计成果，重要的是能够对所学知识进行实际的使用，加以深刻的印象。

并且能够加强对动手能力的增强和相关薄弱知识点的巩固与提高。

七、参考文献

[1]李继凯《数字电子技术及应用》.科学出版社.2015.02.

[2]李继凯《模拟电子技术及应用》.科学出版社社.2015.03

[3]鲁宝春等.《电子技术基础实验》.东北大学出版社.2011.08.

[4]藤井信生.《电子实用手册》.科学出版社.2007.07.

[5]李良荣.《EWB9电子设计技术》.机械工业出版社.2007.07.