简易双极性三极管放大倍数检测电路.docx
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简易双极性三极管放大倍数检测电路
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院
《低频电子线路》课程设计报告
实习题目
指导教师
职称
学生姓名
学号
日期
设计题目
简易双极性三极管放大倍数检测电路
指导教师
张鹏举
职称
讲师
姓名
张利刚
学号
20111105465
日期
2013.7.5
简易双极性三极管放大倍数检测电路
计算机与信息工程学院2011级通信班张利刚20111105465
指导教师张鹏举讲师
摘要随着电子测量的不断发展，三极管在集成电路中的应用极为广泛，对于三
极管的特性也有着不同的需求，由于工艺等个方面的不同，晶体管的方大倍数也有区别。
本实验的是实现对两类晶体管放大倍数的测定。
实验电路由三极管类型判别电路、三级管放大倍数档位判断电路（利用电压比较器）、显示电路、报警电路和电源电路五部分构成。
旨在通过实验电路大致判断出三极管的型号以及放大倍数的大概范围，分别实现三极管类型判断、档位判断、显示放大倍数、报警提示、电源电路设计等功能。
关键词晶体管β检测电路发光二极管电压比较器
1设计任务及主要技术指标和要求
（1）设计一个简易双极型三极管电流放大倍数β判断电路，该电路能检测出三极管电流放大倍数β的档位，同时可以通过手动实现对档位的改变。
（2）此简易双极型三极管电流放大倍数β判断电路可由三极管类型判断电路、三极管电流放大倍数测量电路、三极管电流放大倍数挡位测量电路、显示电路、电源电路等几部分组成。
a．三极管类型判断电路：
要求该电路能够检测出三极管的类型（NPN或PNP）；
b．三极管电流放大倍数测量电路：
要求该电路能够测出电流放大倍数β；
c．三极管电流放大倍数挡位测量电路：
要求该电路至少能够将三极管电流放大倍数β从0－+∞分为8个挡位，并可通过手动调节8个挡位值的具体大小；
d．显示电路：
要求该电路能够将不同的三极管电流放大倍数β加以区别显示；
e．电源电路：
要求该电路为上述各电路提供12V直流电源。
2工作原理
三极管放大倍数
档位测试电路的核心部分是由运算放大器构成的比较器。
其工作原理是通过运算放大器的同向输入端的电阻分压得到四个标准电压值，再通过由前级电路的输入进行比较，从而判断不同的档位。
规则如下：
如果
大于标准电压值，则输出低电平；如果
小于标准电压值，则输出为高电平。
从而对不同的
与分压电阻上的不同电压值进行比较，输出不同的电压值，间接实现了测量不同的
值得目的。
3基本组成
3.1三极管类型判别电路
如图，由于NPN型与PNP型二极管的电流流向相反，当两种三极管按图中电路结构且连接方式相同时（即集电极接上端，发射极接下端），则NPN型三极管导通，从而发光二极管亮。
PNP型三极管无法导通，发光二极管不亮。
因此通过发光二极管的亮或灭，即可判定三极管的极性。
并且将PNP型三极管翻转连接（即集电极接下端，发射极接上端），电路即可正常工作。
图3彩灯控制器的花型演示电路
3.2三极管放大倍数β档位测试电路
当电路中接入NPN型三极管的时候，电路中电流电压的表达式 如下：
通过上式可以看出电压随β的变化而变化。
这样即把β转化为电压量进行测量，而又由于可以设计R2为可变电阻，即可以手动调节的大小，这样，也就实现了手动调节放大电路的β值。
三极管放大倍数β档位测试电路的核心是由运算放大器构成的比较器。
其工作原理是通过运算放大器的同向输入端的电阻分压得到八个标准电压值，再通过由前级电路的输入进行比较，从而判断不同的档位。
规则如下：
如果Vc大于标准电压值，则输出低电平；反之，则输出为高电平。
从而对不同的Vc与分压电阻上的不同电压值进行比较，输出不同的电压值，间接实现了测量不同的β值得目的。
3.3显示电路
显示电路是通过发光二极管来实现的。
通过运算放大器输出的高低电平，发光二极管产生亮和灭，这样就清楚地知道β值属于哪一个档位，达到了显示的作用。
这里需要注意的是，运算放大器的输出电流要与发光二极管的驱动电流匹配，如果运算放大器的输出电流过的就要串接限流电阻；如果运算放大器的输出电流过小就要介入晶体管进行电流放大。
3.4电源电路
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
（1）电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流滤波电路：
整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。
（3）滤波电路：
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2。
（4）稳压电路：
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
4设计步骤及方法
4.1三极管类型判别电路
NPN和PNP型三极管的电流流向相反，所以当两种三级管电路结构且连接方式相同的时候，必有一个管子不能导通。
从而应设计不导通时指示发光二极管不亮。
即通过二极管的亮灭，判断三极管极性。
图（１）电路连接为NPN三极管（集电极接上端，发射极接下端），NPN型三极管接入，发光二极管发亮；而PNP型接入则不亮，只有将它翻转连接才能使电路工作。
4.2三极管放大倍数β档位测量电路
根据上图所示电路，当电路接入NPN型三极管时，电路中的电流电压表达式为：
IB=VCC-VBE-VLED=12V-0.7V-VLED
R1R1
VC=VCC-IC*R2=VCC-IB*R2
由上式可以看出，由于R1为给定电阻，则IB为定值。
通过三极管电流分配关系将IC装化为β*IB，则电压VC将随β的变化而变化，这就把β转换为电压量，便于进行β档位的测量。
而且由于R2为可变电阻，即可手动调节VC的值，也就可以手动调节档为值。
当电路接入PNP型三极管时，电路中的电流电压表达式为：
β*IB*R2+0.7*V=IB*R1
VE=VCC-IC*R2=12V-β*IB*R2
同样，电压VE将随β的变化而变化，同时也可以通过R2调节β档位值。
三极管放大倍数档位判断电路如下图所示，其核心部分是由运算放大器构成的比较器电路。
所有运算放大器的反相输入端连接输出端VC或者是VE，而运算放大器的同相输入端通过电阻对电源电压分压，得到八个标准电压值，这样通过VC或者是VE的测量值与标准电压值进行比较就可以把β值分为4四个档位。
同时根据比较的结果，如果测量值大于标准电压值，则输出为低电平；如果测量值小于标准电压值，则输出为高电平。
由实验指导知：
IB=（VCC-VBE-VLED）/R1=（12V-0.7V-VLED）/R1
设Vcc＝12V，根据晶体管性质知VBE＝0.7V。
取IB≈0.035mA,R2=1KΩ。
（串联后的总阻值）
则由IB＝（VCC－VBE－VLED）/R1=0.035mA,取R1=300KΩ。
β=10时，Vc＝Vcc-IcR2＝Vcc-βIBR2＝12－10×0.035×1=11.75V。
β=30时，VC=12-30×0.035×1=11.05V。
β=50时，VC=12-50×0.035×1=10.35V。
β=100时，VC=12-100×0.035×1=8.50V。
β=150时，VC=12-150×0.035×1=6.75V。
β=200时，VC=12-200×0.035×1=5.00V。
β=250时，VC=12-250×0.035×1=3.25V。
LED1亮时，β在第一个档位，0<β<10，11.75VLED2亮时，β在第二个档位，10<β<30,11.05VLED3亮时，β在第三个档位，30<β<50,10.35VLED4亮时，β在第四个档位，50<β<100,8.50VLED5亮时，β在第五个档位，100<β<150,6.75VLED6亮时，β在第六个档位，150<β<200,5.00VLED7亮时，β在第七个档位，200<β<250,3.25VLED8亮时，β在第八个档位，250<β,VC<3.25。
4.3显示电路
显示电路是通过发光二极管来实现的。
通过运算放大器输出的高低电平，发光二级管产生亮和灭，这样就清楚的知道β值属于哪个档位，达到了显示的作用。
这里需要注意的是，运算放大器的输出电流要与发光二极管的驱动电流匹配，如果运算放大器的输出电流过大就要串接限流电阻；如果运算放大器的输出电流过小就要接入晶体管进行电流放大。
若在显示电路的前端接入译码电路，可以减少发光二极管的数目。
5电路总体说明
总体仿真电路图
遇到的问题
刚开始电路因分压电阻都相同，故基准电压相差不大，然而却不能全部是其发光，集电极接5k的可调电阻，此时集电极最小电压为：
2.637V。
分压电阻均为10k是，最小基准电压为1.496V，故八个发光二极管不能都亮。
需提高最小基准电压，所以把最后一个分压电阻改为36k，此时最小基准电压为3.588V,故八个发光二极管可以都亮了
6设计所用的器材
这次课程设计中所用的元器件如下表所示:
元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
Q1
三极管
9013（9012）
1
2
R1
电位器
10KΩ
1
3
LED
发光二极管
LED
9
4
LM324AN
运算放大器
LM324AN
2
5
R2
电阻
300KΩ
1
6
R12~R19
电阻
1KΩ
9
7
R4~R10
电阻
10KΩ
7
8
R11
电阻
36KΩ
1
9
D1
二极管
IN4007
4
LM324是双运放，是实现比较功能，它对电压比较敏感，容易被烧，接入电路时需尤为注意！
其引脚示意图如下所示：
7小结
这次课程设计主要是运用模拟电子技术基础的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对模拟电路课程知识的再学习。
我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍（这也是对这门课的复习，给以后的复习备考减少了很多负担），这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。
而且还参考了模拟电路实验指导书，关于实验的器材，里面有清晰的描述。
经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程也是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。
在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个实验器材的功能。
说实话，在实验过程中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。
因此自己应该具有创新思维。
通过这次课程设计，我对模拟电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。
这是一次获益匪浅的实习。
在此试验中，我得到了张鹏举老师的精心指导，再次表示衷心的感谢。
参考文献
[1]童诗白华成英主编.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：
高等教育出版社.2006.
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