毕业设计半导体三极管β值测量仪.docx
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毕业设计半导体三极管β值测量仪
【毕业设计】半导体三极管β值测量仪
【毕业设计】半导体三极管β值测量仪
2012课程设计论文题目：
半导体三极管β值测量仪年级专业：
学号：
姓名：
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摘要
本设计以集成运放LM324为核心器件并加以555定时器、编码、译码等器件搭接而成。
在基本部分，首先自制微电流源产生恒定电流，作为待测三极管的基极电流，根据三极管电流IC=βIB的关系，当IB为固定值时，IC反映了β的变化，
集电极电阻上的电压又反映了IC，用差分电路从待测三极管的集电极采集电压，
即将变化的β值转化为与之成正比变化的电压量，再进行电压比较、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，显示部分采用共阴七段数码显示管。
在发挥部分，设计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通过的脉冲个数即为被测三极管的β值；计数时间控制信号是基于555定时器设计而成的多谐振荡器产生；74LS90构成十进制计加法计数器，用于计数脉冲的个数，计数时间结束时将计数值送74LS194锁存，并在计数时间信号的控制下将锁存数值送至CD4511译码，最后由共阴七段数码显示管显示计数值。
纵观整体，本设计集所学电子技术大部分知识，其中前半部分的微电流源、采样电路、电压比较电路以及压控振荡电路均属于模拟部分，而后半部分的编码、译码、定时及显示部分则属于数电部分。
设计完成后首先在计算机上用multisim仿真优化设计方案，仿真正确后在面包板身上安装、调试。
关键词：
三极管β值、微电流源、压控振荡器
-1-
一、设计任务------------------------------------------------------------------------------------------------3-
二、设计要求------------------------------------------------------------------------------------------------3-
三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------3-
3.1设计思路------------------------------------------------------------------------------------------3-
3.1.1基础部分----------------------------------------------------------------------------------3-
3.1.2发挥部分----------------------------------------------------------------------------------6-
3.2参数计算及部分元器件说明--------------------------------------------------------------------9-
3.1.1基础部分----------------------------------------------------------------------------------9-
3.1.2发挥部分--------------------------------------------------------------------------------14-
四、完整电路图-------------------------------------------------------------------------------------------17-
五、组装调试------------------------------------------------------------------------------------------------18-
5.1使用的主要仪器和仪表------------------------------------------------------------------------18-
5.2调试电路的方法和技巧------------------------------------------------------------------------18-
5.3测试的数据和波形并与计算结果比较分析------------------------------------------------18-
5.4调试中出现的故障、原因及排除方法-------------------------------------------------------18-
六、总结------------------------------------------------------------------------------------------------------19-
七、系统元器件列表---------------------------------------------------------------------------------------19-
八、收获、体会---------------------------------------------------------------------------------------------19-
九、参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------20-
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一、设计任务
设计制作一个可自动测量NPN型硅三极管β值的显示测量仪。
二、设计要求
1．基本部分
（1）对被测三极管的β值分三档；
（2）β值的范围分别为80～120及120～160，160～200；其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β值的档次；
2．发挥部分
（1）用三个数码管显示β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，显示读数清晰，注意避免出现“叠加现象”。
（3）自制所需直流稳压电源。
（4）其它。
三、电路设计
1、设计思路
基本部分
首先，基本部分分为电流源电路、采样电路、分压电路、比较器、编码电路、译码及显示电路六个模块组成。
设计框图如下：
基本部分方案方框图
-3-
1）电流源电路
方案一：
镜像电流源。
采用镜像电流源作为微电流源电路部分，有一定的温度补
偿作用。
方案二：
比例电流源。
采用比例电流源作为微电流源电路部分。
方案三：
威尔逊电流源。
采用威尔逊电流源作为微电流源电路部分。
方案一当Ic较小时，需要较大的R,集成电路难以集成较大的电阻，而方案二当β较小时，误差较大，而方案三可使Ic高度稳定，受基极电流影响较小，综上电流源部分选择方案三。
如下图：
2）采样电路
此模块由差分放大电路组成，把与三极管?
值成比例的集电极电压取出来，再把电压采样放大，为下一级电压比较电路提供采样电压，同时起隔离作用，防止对前面的电路造成影响。
合理设定参数，使放大倍数为1，运放采用+5V单电源供电。
如下图：
3）比较电路
被测?
值须分为三档（即?
值分别为80～120、120～160及160～200，对应档的编号分别是1、2、3，同时规定?
<80或空测时显示为0，?
值超过200-4-
时显示为4）所以必须考虑到少于80和大于200的情况，于是比较电路需要把结果分成五个层次，故需要四个基准电压。
可用一个串联电阻网络产生四个不同的基准电压，再用四个运算放大器组成的比较电路，基准电压不同基准值分别接入运放的反相输入端，取样电压同时加到具有不同基准电压的比较电路的同相输入端进行比较，对应某一采样电压V1，高于相应基准值的比较电路输出为高电平，低于基准值的比较器输出为低电平。
如下图：
4）编码电路
该电路将电压比较电路的比较结果（高低电平）进行二进制编码，使之转化成二进制数。
该编码功能主要由集成芯片8位优先编码器CD4532完成。
如下图：
5）译码电路
该电路把编码电路编成的二进制数译码成十进制数，以便于人机交流（即要显示的数为人类易懂的十进制数1、2、3）和数码管显示。
该电路功能主要由集成芯片芯片CD4511完成。
如下图：
-5-
6）显示电路
该电路功能是用共阴七段数码管显示被测量的NPN型三极管?
值的档次，注意接保护电阻，防止因电流过大而烧坏数码管。
如下图：
发挥部分
此部分的输入信号来自基本部分中采样电路的输出电压，包括压控振荡器、定时控制电路、计数器、锁存器、译码及显示电路六个模块。
-6-
1）压控振荡器
压控振荡电路分电荷平衡式和复位式两种，本设计采用复位式结构，实现将电压转化成频率，电路图如下所示：
如上图所示，集成运放U7A、C1、R17、R18等组成积分电路，U8B、R22、R23得组成滞回比较器，VCC通过分压为滞回比较器提供参考电压，通过计算合理设定参数从而实现了将与?
值成比例的电压转化成与?
值成比例的频率，以便为设定定时时间提供依据。
2）定时控制电路
此电路基于555定时器与电阻、电容组成的多谐振荡器作为定时控制电路，根据?
值与频率的比例关系合理设定R、C的值，使在有效定时时间内通过的脉冲数等于待测三极管的?
值，电路原理图如下：
uC
?
1?
（RA?
RB）C
?
2
?
RBC
2VCC3
1VCC3
O
uo
O
1
2
t
多谐振荡器的电路图多谐振荡器的输出波形图
-7-
3）计数电路
该部分由二——五——十进制计数器74LS90构成，首先将芯片连成十进制（即将74LS90的1号引脚clk1与12号引脚Q0相连），为精确显示计数共需用三片，分别显示各位、十位和百位，低位计数器的11号引脚Q3作为进位信号接到高位计数器的时钟信号端（即高位的14号引脚clk0）。
部分电路图如下：
计数器电路图
4）锁存电路
用3个74LS194构成三位锁存器分别对计数器个位、十位和百位上的数进行锁存，在定时控制控制信号的作用下定时结束时将锁存的数值送至译码器，一驱动数码管显示。
部分电路图如下：
VCC
锁存器电路图
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5）译码、显示电路
该部分由3片译码器CD4511和3个共阴七段数码显示管组成，其连接方式与基本部分中的译码、显示电路相同，功能是将计数值转化成十进制并通过数码管显示出来。
电路图如下所示：
_K
5V
译码、显示电路图共阴七段数码显示管引脚图
2、参数计算及部分元器件说明
基本部分
1）微电流源
采用威尔逊电流源作为微电流源，其电路原理图如图4-1所示，
图4-1
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其相关参数的计算如下：
另输出电流Ic2=25uA,
由Vcc?
2Ubce?
Ir1*R1，Ir1?
Ic2得：
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