武汉理工大学模电课设三极管放大倍数β值测量电路.docx

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武汉理工大学模电课设三极管放大倍数β值测量电路

目录

摘要1

1.电路设计思路2

2电路功能分析及参数设定3

2.1微电流源电路3

2.2转化电路3

2.3转化电路参数设计4

2.4电压比较电路：

5

2.5比较电路参数设计6

3.电路原理图7

4.仿真8

5.实物焊接与调试10

6.心得体会12

参考文献13

摘要

三极管放大倍数β值测量电路的功能是利用三极管的电流分配特性，将放大倍数β值的测量转化为对电压的测量，同时实现用发光二极管显示出被测三极管的放大倍数β值。

电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。

本晶体管β值测量电路主要由电源电路、I/V转换电路、电压比较电路、放大电路和显示电路（LED）6部分构成。

经实际操作，初步实现了简单的晶体管的β值测量。

关键字：

β值；三极管；实物焊接；放大电路

1.电路设计思路

通过一系列书籍的查阅以及任务书的要求，可以形成初步的设计思路：

设计电路测量晶体管的β值，将晶体管β值转换为其他物理量来进行测量，所以我们在设计电路时把对β值的测量转化为电压的测量。

即当IB为定值时，由晶体管电流IC=βIB的关系，通过测量一个电阻两端电压的压降，即U=R*IC,又IB为定值，则U的大小仅由β的大小来确定。

因为要求分五段来显示晶体管的β大小（β的值为0～80,80～120，120～160，160～200以及>200），所以对转换后的物理量进行采样，这个时候我们可以先取得五个不同大小的基准电压，然后通过测得的输出电压通过运放来进行比较，从而确定运放的输出，然后运放的输出结果会由发光二极管来显示出来，我们即可以通过亮的二极管的个数来确定β值得范围，这样既可满足任务书的设计要求，实现对β值得初步测量。

灯亮盏数（个）

β值范围

0

小于80

1

80～120

2

120～160

3

160～200

4

大于200

上表即为预期设计出的电路可以达到的效果。

设计的思路框图如下：

转换电路

显示

比较电路

基准电压

图1设计思路框图

2电路功能分析及参数设定

电路中T1、T2、R1，R2构成微电流源，然后由于被测三极管T3的特性使电阻R4经过的电流为微电流源产生的电流的β倍，然后由于运放的运用使运放的输出电压为R4两端的压降，再将这个电压与由R9、R10、R11、R12、R13等一系列串联的电阻产生的基准电压通过运放来进行比较后，由输出电压使二极管亮起来，从而达到由β值来控制亮起的二极管的数目，进而通过设定特殊的基准电压，来达到测量β值得目的。

此即为电路的大致工作原理，下面这来分块来分析电路各部分的工作原理及作用。

2.1微电流源电路

在这里我们采用了镜像电流源，此电路是来自于课本，故不作详细介绍。

其电路图如图1所示：

图2微电流源电路

根据电路原理分析得：

由此可知：

只要确定IO和Re2就能确定IR，由此可以确定电阻R的值。

2.2转化电路

根据晶体管电流IC=βIB的关系，被测物理量β转换成对电压的测量，利用差动放大电路实现电压双端输出变为电压的单端输出，进而测量β值。

差动放大电路原理如图3所示：

图3差动放大电路

根据理想运放线性工作状态的特性，利用叠加原理可求得

当且仅当R1=R2=R3=Rf时，有vo=vi2-vi1

2.3转化电路参数设计

图4转换电路

T1与T2为参数相同的PNP三极管。

IB的值应在30μA～40μA之间为宜，因为小功率管的β值在Ic＝2～3mA时较大，而在截止与饱和区较小，测量不准确，所以合适的取值才能准确测量。

因此，取输出电流Io＝30uA。

因为参考电流

约为1mA左右，则，由IR=（Vcc-Vbe1）/R即R1=（Vcc-Vbe1）/IR,则有：

已知VBE1=0.7V得：

R1=4.3K

再把R1=4.3K代回，得出

=1.35mA，符合要求。

再由：

已知：

VT=26mV得R3=3.0K

由于基极电流Io＝30uA，所以为了便于测量，R2应取大一点，这里取R2=20K。

考虑到VR4〈5-0.7=4.3V，VR4=Io*

*R4，得

的范围为0—200，即R4大概小于800，这里取R4=510。

为了使差动放大电路起到隔离放大的作用，R5—R8应尽量取大一点，这里取R5=R6=R7=R8=30K。

综合上述转换电路的电阻值为：

R1=4.3K

，R2=20K

，R3=3.0K

，R4=510

，R5=R6=R7=R8=30K

。

2.4电压比较电路：

这部分电路是设计电路的核心电路。

将转化电路的输出电压同时加到负极加有不同基准电压的运算放大器上，对应某一定值U，只有当所加电压高于基准电压时，运放才会输出高电压加到发光二极管，而剩下的则会输出低电压加到二极管上，此事则可以通过发光二极管灯亮的盏数来判断被测三极管的β值范围。

由于题目要求将

值的档次分为0～80、80～120，120～160，160～200，>200，则需要多个不同的基准电压，基准电压是采用一个串联的电阻网络对一个固定的电压进行分压得到的。

综合上述得出电压比较电路的电路图如图5所示：

图5电压比较器电路

2.5比较电路参数设计

通过上级电路计算出的元件取值求得各档次的基准比较电压边值。

由R4、

、被测三极管β值即可计算出对应的基准比较电压：

当β=80时，Ui=VR4=Io*

*R4=1.2V

当β=120时，Ui=VR4=Io*

*R4=1.8V

当β=160时，Ui=VR4=Io*

*R4=2.4V

当β=200时，Ui=VR4=Io*

*R4=3.0V

可以计算出电压比较电路串联网络中各个分压电阻的阻值，5V电源供电，分压总电阻取R=10k：

β=80时，R＝10*1.2/5=2.4k

β=120时，R＝10*1.8/5=3.6k

β=160时,R＝10*2.4/5=4.8k

β=200时，R=10*3/5=6k

电压比较电路的电阻为：

R9=2.4k

R10=1.2k

R11=1.2k

R12=1.2k

R13=4.0k

3.电路原理图

电路原件参数为：

R1=4.3K

R2=20K

R3=3.0K

R4=510

R5=R6=R7=R8=30KR9=2.4K

R10=R11=R12=1.2K

R13=4.0K

R14=R15=R16=R17=200

电路中T1、T2、R1，R2构成微电流源，然后由于被测三极管T3的特性使电阻R4经过的电流为微电流源产生的电流的β倍，然后由于运放的运用使运放的输出电压为R4两端的压降，再将这个电压与由R9、R10、R11、R12、R13等一系列串联的电阻产生的基准电压通过运放来进行比较后，由输出电压使二极管亮起来，从而达到由β值来控制亮起的二极管的数目，进而通过设定特殊的基准电压，来达到测量β值得目的。

本次设计的晶体管β值测量的电路原理图如下：

图6电路原理图

4.仿真

构造电路图：

从元件库中选择所需元件，按电路图摆放元件；按电路图连线。

图7构造电路图

连线接好后修改元件属性，包括封装号、序号和数值，完成后即得本次设计的电路原理图。

点击tool/ERC检查电路连接情况。

打开工程，进行仿真。

单击simulate/run选择所要的仿真波形，进行仿真并观察仿真结果。

图8仿真波形图

如图，得到了较为理想的仿真效果，即该电路的原理是正确的，在理想情况下有很好的运行效果，下一步既可进行实物的焊接部分了，焊出实物后再进行调试等步骤。

5.实物焊接与调试

按电路原理图进行实物装配焊接后，得到实物如图：

图9实物图

这个电路板在焊接时跳线的地方比较多，焊接的难度很大。

而且实物焊接的时候用的是一个含有四个运放的芯片取代了原理图中的四个单独的运算放大器，所以我们得从新布线，自己绘制焊接图，这也是一个难度很大的工作。

将一个三极管插入到三极管插孔中，观察电路板上显示情况，如果电路板上发光二极管都不亮，则说明三极管β值所处的区间为80以下；若电路板上LED灯亮一个，则说明所插入的三极管放大倍数为80到120；若电路中发光二极管亮了两个，则说明所插入的三极管放大倍数为120到160；若电路板上LED灯亮三个，则说明所插入的三极管放大倍数为120到160；若电路板上LED灯全亮，则说明所插入的三极管放大倍数大于200。

将所观察到是显示结果记录下来，然后在万用表上测出三极管的具体β值，将之与记录结果进行比较，看是否一致。

在对数个三极管进行测量之后，发现电路板上响应与预期一致，实现了在电路设计最初所作的预期目的。

6.心得体会

本学期的模电课程，我们学习到了大量的电路分析，各种电路的应用功能，但在实际运用中却显得有点欠缺，而这次课程设计，我们学会了比较电路在实际物体模块制作过程中的使用方法，同时在资料的查阅过程中，也学会了其它电路的详细功能及使用，对于自己的实际动手能力是一个很大的提高。

学到了很多，也让我发现了自己的很多不足，特别是在实际电路的元件布局和电路参数的设定中，发现自己在很多方面都不太了解，在以后的学习中有待提高。

通过本次课程设计，作为一个团队，我们在各个方面都互相促进，在电路板的焊接方面及电路元件布局过程中，应该要先对电路进行各方面的分析，元件布局的是否合理将直接影响到电路板的焊接外观、电路板的复杂程度，所以在电路的最初设计中就应该要考虑到。

在焊接过程中，应该要遵循着做一部分完成一部分的检测的方法，以免在完成电路板焊接后检测突然发现电路板不能正常工作，以致于无法对电路哪一部分出现问题进行修正，更进一步会导致整个电路板的毁坏。

所以在以后的电路实际制过程中，要做一部分检测一部分，这是获得的很好的经验。

本次的课程设计，对我们的实际动手能力是一个大的提高，也培养了我们查阅资料的能力，对以后的各种工作是有很大的帮助

参考文献

[1]贾新章等著ORCAD／Pspice9实用教程西安电子科技大学出版社2007年6月

[2]高文焕等著模拟电路的计算机设计与分析清华大学出版社2008年

[3]杨素行主编模拟电子技术基础简明教程高等教育出版社1998年

[4]江思敏，陈明编著Protel电路设计教程（第2版）清华大学出版社2006年12月

[5]谭阳红，蒋文科著基于ORCAD16.0的电子电路分析与设计国防工业出版社2008年3月