三极管电流放大系数自动分选仪设计论文

三极管电流放大系数自动分选仪设计论文 本科生课程设计(论文) 课程设计(论文)任务及评语 院(系):电气工程学院 教研室: 电子信息工程 本科生课程设计(论文) 摘 要 在现代电子电路工业中，由于三极管的广泛应用，使大规模使用集成电路成为可能。然而，三极管的电流放大功能计算中必须要知道其?值，所以三极管?值自动测量分选仪对于实际应用是很有帮助的。三极管?值自动测量分选仪可以快速的测量三极管的?值,这样就可以在实际的三极管应用中得到很大的方便。 本电路由放大电路,取样电路组成。通过放大取样电路将三极管电流放大倍数β值的大小通过电压来示,将输出电压输入比较电路,与不同的基准电压相比较,若对应某一电压,相应的比较器输出为高电平。最后,电压会驱动发光二极管通过显示不同的颜色的光和不同的光的组合来表示出相应的挡位。从而达到分选三极管β值的功能。 三极管β值自动分选仪会越来越多的运用在今后的科研，生产中。在今后的科学生产和试验中三极管的运用会越来越多。对于三极管的β值的测量会越来越精确越来越简便。 关键词:三极管;自动分选仪;β值;比较放大 本科生课程设计(论文) 目 录 第1章 三极管?值自动测量分选仪设计方案论证 .......................... 1 1.1 三极管?值自动测量分选仪设计意义 ............................. 1 1.2 设计要求及技术指标 ........................................... 1 1.3 设计方案的论证 ............................................... 1 1.4 总体设计方案的框图及分析 ..................................... 4 第2章 三极管?值自动测量分选仪各单元电路设计 ........................ 5 2.1 直流稳压电源电路 ............................................. 5 2.2 三极管放大电路 ............................................... 6 2.3 电压比较电路 ................................................. 6 2.4 显示电路 ..................................................... 8 第3章 三极管?值自动测量分选仪整体电路设计 .......................... 9 3.1 总体电路图及工作原理 ......................................... 9 3.2 电路的参数计算 ............................................... 9 3.3 仿真的性能分析 .............................................. 11 第4章 课程设计 ................................................. 12 参考文献 ............................................................ 13 附录:元件清单 ...................................................... 14 本科生课程设计(论文) 第1章 三极管?值自动测量分选仪设计方案论证 1.1 三极管?值自动测量分选仪设计意义 在现代电子电路工业中，由于三极管的广泛应用，使大规模使用集成电路成为可能。然而，三极管的电流放大功能计算中必须要知道其?值，所以三极管?值自动测量分选仪对于实际应用是很有帮助的。三极管?值自动测量分选仪可以快速的测量三极管的?值,这样就可以在实际的三极管应用中得到很大的方便。 1.2 设计要求及技术指标 技术指标: 此仪器所需要的电压有+5V和+12V;对低频小功率三极管的直流电流放大系数进行分档选出,β值的范围分别为:50~80，80~120，120~180，180~270，270~400;要求用数码管显示不同的放大系数范围。 设计要求: 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 1.3 设计方案的论证 方案一:电源采用直流稳压电源，输出5V和12V的电压.三极管放大 电路采用共射极放大电路根据三极管电流IC=β 了β 进行分档比较。 1 IB的关系，当IB为固定值时，IC反映的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化，对VRC取样加入后级 本科生课程设计(论文) Vo中的电压直接输入有LM339所组成的电压比较器和已经选定的基准电压进行比较,然后分档选出,在将选出的信号输入发光二极管.由不同的颜色表示不同的电流放大系数。 方案二: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 的变化反图1.2 三极管取样电路 图1.1 三极管放大电路 2 本科生课程设计(论文) 映了β的变化，从而可以将IC转换成相应的输出电压V0，同时将V0信号加到具有 不同基准电压的比较器的输入端进行比较，对应某一定V0值，则相应的比较器输 出为高电平，其余比较器输出为低电平。从中取出与?值相对应的电 压信号，然 后再通过电压比较器和由发光二极管组成的LED数码显示管来显示不同的档次。 其中电压比较器由LM339组成,通过与基准电压比较,可以得到不同的挡位。 方案三:利用三极管放大电路的静态工作模式作为电路的取样电路,取样电路 中,利用基极电流和集电极电流之间的β倍关系,只要知道了基极电流就能知道集 电极电流,在根据集电极电流和集电极电压之间欧姆定律关系,把集电极电流量传 化为电压量,在经过两个运放不放大的进行输出，电压稳定后在通入电压比较器进 行比较最后输出到LED显示不同档次。 对比以上三种方案，因为方案一比较电路相对比较复杂，所需元件较多，同 时，电路的最后显示比较烦琐。第二种方法电压输出时有很大不稳定性.而后一种 方案简洁明了，易于理解。所以本设计采用第三种。 图 1.3 三极管取样电路 3 本科生课程设计(论文) 1.4 总体设计方案的框图及分析 图1.4 总体结构框图 总体电路由放大电路,取样电路组成。通过放大、取样将?值的大小通过输出电压来表示,将输出电压输入比较电路,与不同的基准电压相比较,若对应某一电压,相应的比较器输出为高电平。最后,驱动发光二极管通过显示不同的颜色的光和不同的组合来表示出相应的挡位。 4 本科生课程设计(论文) 第2章 三极管?值自动测量分选仪各单元电路设计 2.1 直流稳压电源电路 首先由四个二极管接成电桥的形式，起到整流的作用。电容C1起到滤波的作用。二极管CW是5V的稳压管，R5,R6,RW是取样电路，从两端输出，Vo1,Vo2分别为本设计所需要的两个电压源。 图 2.1 直流稳压电源 5 本科生课程设计(论文) 2.2 三极管放大电路 利用三极管在静态工作时的基极电流和射极电流的关系,Ic=βIb.又由Vc=Ic*Rc,可以知道Vo1和β之间有正比关系.再将Vo1输出到电压比较电路进行比较。 图 2.2 三极管共集电极放大电路 2.3 电压比较电路 图2.3为设计所需电压比较电路,主要核心芯片为LM339.三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5V的高电平,当信号电压小于基准电压时,比较电路输出约-5V的低电平。 6 本科生课程设计(论文) 7 图 2.4 电压比较电路 图 2.3 电压比较电路单元 本科生课程设计(论文) 2.4 显示电路 如图2.4 LED显示电路,本电路由颜色不同的发光二极管组成,但电压比较电路所发出的信号通过发光二极管,二极管发出不同的光区分三极管的β值得范围。 图 2.5 LED显示电路 8 本科生课程设计(论文) 第3章 三极管?值自动测量分选仪整体电路设计 3.1 总体电路图及工作原理 由图3.1知，首先由第一部分直流稳压电源，由桥式整流电路，滤波电路，稳压电路说组成。输出电路所需的电压+5V和+12 V,输入需要电源的电路，然后通过三极管电压取样电路进行取样，从而得到所需要的电压Vo，将输出电压Vo输入电压比较电路，反相端输入不同的基准电压值，比较 电路输出不同的电位。最后将信号通过显示电路来通过不同颜色的发光二极管来表示出不同的挡位。 3.2 电路的参数计算 直流稳压电源 设定初始参数如下: 稳压管Dw的稳定电压为5V，R5=1KΩ ;RW=2.2KΩ ;R6=1KΩ. Vo1=(R5+RW+R6)/(R6+RW*55%) Vo2=VDW Vo1=12 V Vo2=5V 取样比较电路计算 Ib=Vo1/Rb Ic=Ib*β Vc=Ic*Rc Vc=β*Ib*Rc 因为Vo1=12V 比较电路的电压为: 当50<β<80 1.5V<Vo<2.4V 当80<β<120 2.4V<Vo<3.6V 当120<β<180 3.6V<Vo<5.4V 当180<β<270 5.4V<Vo<8.1V 当270<β<400 8.1V<Vo<12V 9 本科生课程设计(论文) 10 图 3.1 总体电路设计 本科生课程设计(论文) 3.3 仿真的性能分析 在连接好电路以后,在EWB中进行仿真,电压表显示数值正确,达到预期效果.此电路能50到400倍电流放大系数进行区域测量,大概推算出β值的范围.电路结构简单,功能单一,所以电路的性能更加稳定.适用于任何环境的三极管测量. 如图3.2所示,当选择β值为180以上时,前四个电压表有正向电压,表示前四组LED发光,说明三极管β值在180至270之间,仿真结果正确. 图 3.3 直流稳压电源仿真结果 11 图 3.2 整体电路仿真结果 本科生课程设计(论文) 第4章 课程设计总结 本次三极管?值自动测量分选仪设计大体分为四部分,直流稳压电源,三极管放大取样电路,电压比较电路和LED显示电路。 直流稳压电路采用小功率直流稳压电路,可以稳定输出所需要的电压. 三极管放大取样电路利用三极管本身的电流放大特性对输出电流进行采样,在转化为电压,将采样信号由运放输出。 电压比较电路采用LM339作为主要比较原件,在一端接输入信号,另一端接合适的基准电压,多个LM339将输入信号进行比较,在将输出电平传入下一级.本电路比较的精确性较高。 LED显示电路应用最常见的发光二极管做为显示设备,通过不同颜色的光和光的组合表示不同的三极管电流放大系数.当比较后的信号通入发光二极管,如果电压成低电平,发光二极管不导通.如果电压成高电平,则发光二极管导通.此电路最简单,易于实现。 本次三极管?值自动测量分选仪的电路设计结构简单,易于实现,成本低廉,.可运用于多种测量三极管电流放大系数的实验或生产场合。 但是对于此次课程设计，虽然最后基本达到要求，但是还是存在一些问题，比如电路元件达不到要求，电路布局不够优化从而引起的误差也比较大，这就使电路的精度不高。电路还有待进一步改进。 12 本科生课程设计(论文) 参考文献 [1] 康华光. 《电子技术基础》(模拟部分). 高等教育出版社. 2006.01. [2] 辽宁工业大学电子信息工程教研室. 《模拟电子技术基础学习指导》 东北大学出版社. 2007.03 [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. 、 13 本科生课程设计(论文) 14