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陈辉课程设计

半导体三极管β值数字显示测试电路

班级：

电子1035班

姓名：

陈辉

学号：

20212124

时间：

1月1～12日

指导教师：

尹晓琦

2007年1月10日

半导体三极管β值数字显示测试电路

一、目的

　　要求学生能在课程设计中熟练掌握使用模拟和数字集成电路芯片设计测试电路，提高学生发现问题和解决问题的能力。

二、设计要求及技术指标

1、可测量NPN硅三极管的直流电流放大系数β（设<200）。

2、在测量过程中不需要进行手动调节，便可自动满足上述测试条件。

3、用两只LED数码管和一只发光二极管构成数字显示器。

发光二极管用来表示最高位，它的亮状态和暗状态分别代表1和0，而两只数码管分别用来显示个位和十位，即数字显示器可显示不超过199的正整数和零。

4、测量电路设有被测三极管的三个插孔，分别标上e、b、c，当三极管的发射极、基极和集电极分别插入e、b、c插孔时，开启电源后，数字显示器自动显示出被测三极管的值。

响应时间不超过2s。

5、在温度不变的条件下（20°C），本测量电路的误差之绝对值不超过5N/100+1。

这里的N是数字显示器的读数。

6、数字显示器所显示的读数应清晰，并注意避免出现"叠加现象"。

三、总体设计方案

本课题是要测量NPN硅三极管的直流电流放大系数β。

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。

因此要使三极管工作在放大区，首先我们要设置好被测三极管的静态工作点，通过β-U转换电路把三极管的β放大参数转换成对应的电压，然后再通过电压调整电路输出和β参数数值相等的电压值，然后再通过压控振荡器把电压转换为频率，选择合适的计数时间及电路参数，在计数时间内通过的脉冲个数即为被测三极管的β值，将该计数脉冲经二进制—BCD码转换译码，输入数码显示模块显示，用三个数码管显示β参数的数值。

图1为三极管β值数字显示测试电路的整体原理框图。

图1三极管β值数字显示测试电路整体原理框图

1、β—U转换电路

1.1三极管静态工作点

当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态。

在静态工作的情况下，BJT各电极的直流电压和直流电流的数值，将在三极管的特性曲线上确定一点，这点称为Q点，即三极管的静态工作点。

三极管可以工作在三种工作状态，即：

饱和区、放大区和截止区，如图2所示：

图2：

三极管的三个工作区域

1.2β—U转换电路

基极电流的设置可以采用如下方式。

选择恰当的基极偏置电阻Rb实现基极电流设置。

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：

其一、直接将Rc两端的电压取出这时有：

当Ib=10uA，β=150，Rc=1KΩ时有Uo=1.5V。

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3。

所示输出电压与电流之间的关系为：

比例调整电路是将β—U转换电路的输出电压作适当的调整提供给压控振荡电路，从而得到一个合适的频率数值。

这里用的比例调整电路为反相比例电路。

如图4：

如图计算：

经测量为：

2.956mA，则

2、压控振荡电路

图4压控方波振荡器

图中的运放A1与电容及电阻构成积分电路。

A1的反相输入端电位与同相输入电位几乎相等，即

（1）

式中Vc是控制电压，它为正值。

将R3=R4代入上式，得

（2）

运放A2与R6、R7构成滞回比较器。

当它的输出电压Vo2为低电平时，三极管截止。

此时积分电路中电容充电的电流是

（3）

将上式代入式，可得

（4）

电容充电时，Vo1将逐渐下降。

当它下降到一定程度使Vo2变为高电平时，三极管饱和导通，它的集电极与发射极之间的压降很小，一般忽略不计，因此，电容放电的电流可由下式求出：

将

（2）式和R2=1/2R1代入上式，可得

（5）

由上式和（4）式可知，电容放电电流与充电电流的大小基本相等，方向相反，而且它们的频率与控制电压的大小成正比。

3、计数时间产生电路

根据RC充放电规律，利用充放电开关、电压比较器和与门可构成图5所示电路。

为了使反相器输出的高电平幅度不受三极管导通的影响，图中加了二极管D1，为了保证三极管在Vi为高电平时可靠地截止，图中加了D2。

图5计数时间产生电路

当反相器的输入电压Vi由低电平变为高电平时，三极管由导通变为截止，Cx充电，Vc渐上升。

当Vc>Vref后，电压比较器输出低电平。

当Vi由高电平变为低电平时，三极管由截止变导通，Cx放电，Vc逐渐下降。

当Vc

由以上分析可知，在Vcc、Vref和Vsat均为常值的条件下，Tx与Cx成正比。

而且由于用三极管作为充放电开关，图中的R可以取比较小的阻值。

4、加法计数器电路

CC4518的管脚图如下所示。

它有二个独立的BCD码加法计数器，通过级联，每片计数长度可达100。

时钟脉冲的有效沿可由用户设置。

由于内部采用并行进位，因此计数速度得到提高。

由CC4518的逻辑图可知，我们可以将衰减后的时钟脉冲接到它的1CP端，而将图中e点的计数控制信号接到1En端。

若从En端输入计数脉冲，则CC4518的触发器由计数脉冲的下降沿触发，则1Q由变为0，即出现下降沿，因此，1Q可作为个位计数器的进位输出端。

也就是说，只要把1Q与2E相连，便可实现级联。

同理，可将2Q作为十位计数器的进位输出端。

图6CC4518管脚图和功能表

5、译码驱动电路（74LS47）及七段显示数码管

1、七段显示数码管

实际工作中常采用发光二极管型七段显示数码管来直观地显示数字。

七段显示数码管的七段和外引线排列如图7所示。

共阳极二极管的公共端接正电源（高电平），a、b、c、d、e、f、g中接低电平则发光，因此成为低电平有效。

共阴极的公共端接地（低电平），a、b、c、d、e、f、g接高电平则发光，即高电平有效。

2、七段译码驱动电路

译码为编码的逆过程。

它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。

实现译码的逻辑电路成为译码器。

译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。

74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，在七段译码驱动电路中，对应于不同类型数码管有不同的驱动芯片，驱动共阳极数码管用共阳极驱动器（如74LS47），74LS47管脚图如下：

74LS47管脚图

74LS47的功能表

十进数或功能

输入

输出

A3A2A1A0

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

××××

0000

××××

74LS47集成二进制-七段译码器/驱动器的使能端、和的功能如下所述：

消隐（灭灯）：

输入在低电平时有效。

当为低电平时，不论其余输入状态如何，所有输出无效，数码管七段全暗，无显示。

可用来使显示的数码闪烁，或与某一信号同时显示。

在译码时，应接高电平或悬空（TTL）。

灯测试（试灯）：

输入在低电平时有效。

在为高电平的情况下，只要为低电平，无论其余输入是什么状态，所有输出全有效，数码管七段全亮。

可用来检验数码管、译码器和有关电路有无故障。

在译码时，应接高电平或悬空（TTL）。

脉冲消隐（动态灭灯）：

输入为高电平或悬空（TTL）时，对译码无影响。

在和全为高电平的情况下，当为低电平时，若输入的数码是十进制的零，即0000，则七段全暗，不加以显示；若输入的数码不是十进制的零，则照常显示。

显示数码时，有些零可不显示。

例如，003.80中的百位的零可不显示；若百位为零且不显示，则十位的零也可不显示；小数点后第二位的零，如不考虑有效数字的话，也可不显示。

这些可不显示的零称为冗余零。

脉冲消隐输入为低电平，就可使冗余零消隐。

脉冲消隐（动态灭灯）：

输出与消隐输入共用一个管脚，当它用作输出端时，与配合，共同使冗余零消隐。

以3位的十进制数为例，十位的零是否要显示，取决于百位是否为零，有否显示。

这就将要用图15-8电路中的进行判断。

在和A3、A2、A1、A0全为低电平时，反而输出低电平；否则，输出高电平。

百位为零（即百位的A3、A2、A1、A0全为低电平），而且被消隐（即百位的也为低电平），则百位的和十位的全为低电平（因为二者连在一起），使十位数的零消隐。

其余数码照常显示。

若百位不是零，或者未使零消隐，则百位的和十位的全为高电平，使十位数的零不具备消隐条件，而和其他数码一起照常显示。

四、设计总图

五、心得体会

通过本次课程设计，我进一步学习了三极管静态工作点的设定、β参数的计算、压控振荡器的设计使用、计时电路的设计、EWB仿真软件的使用、计数器的设计使用以及LED数码的显示电路设计。

通过实际的课程设计，将课本上的知识运用实际，更加深刻的理解了相关知识。

在设计过程中也遇到了很多问题和困难，如：

电路设计的缺陷以及仿真出错等问题。

通过发现问题和解决问题，积累了相关的设计方法，为以后的学习工作打下坚实的基础。

六、参考文献

1、安交通大学电子学教研室编，沈尚贤主编：

《电子技术导论》，北京，高等教育出版社，1999

2、清华大学电子学教研组，童诗白主编：

《模拟电子技术基础》，第二版，北京，高等教育出版社，2002

3、清华大学电子学教研组编，阎石主编：

《数字电子技术基础》，第二版，北京，高等教育出版社，2001

4、刘德高、陈国芹编译：

《电子电路集》，北京，人民邮电出版社，1997

5、教育部高等教育司，《电子技术电工学》,第一版,北京:

高等教育出版社,2002

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