电子设计作品-全资料-半导体三极管测量设计

半导体三极管β值范围测量仪设计

一、 设计任务

设计要求：1、对被测NPN型三极管β值分三档；

2、β值的范围分别为50~80、80~120、120~180，对应的分档编号分

别是1、2、3；

3、用数码管显示β值的档次；

二、设计方案

1、方框图

2、半导体三极管β值范围测量电路是由I/V转换电路、电压比较电路、编码电路、译码驱动电路、显示电路和电源电路六部分组成。

此电路的功能是利用萨那机关的电流分配特性，将半导体三极管β值范围的测量转化为对三极管电流范围的测量，同时实现用数码管显示出被测三极管β值的档次。

三、 电路设计与分析

1、I/V转换电路

此电路电路图如下：

当接入NPN型三极管时，电路中 电流电压表达式为： Ib=(Vcc-Vbe1)/R1=(5-0.7)/300K=14Μa

Vc=VCC-ICR2=VCC-βIbR2=5-14X0.000001Βr2=5-0.014β

通过三极管电流分配关系将Ic转换为βIb，则电压Vc将随β变化而变化，这就把β转换为电压量，便于后面电路的测量。

图中规定基极电阻Rb=300K，集电极电阻RC=1KΩ

2、电压比较电路和编码电路

反相输入单门限电压比较器传输特性如下图所示：

电压比较电路采用四个反向输入单门限电压比较器，编码电路采用优先编码器74LS148， 具体电路图如下：

当Vi>Vref时，Vo=Vol ；当Vi

74ls148的功能表如下所示：

从74LS148的功能表可以看出，输入，输出，输出均为低电平有效，且输入中I7非的优先权最高，Io非的优先权最低。输出低电平有效也称反码输出。当编码器工作时，若I7非=0，不论其他输入端是否为有效低电平，只对I7非进行编码，编码输出Y2非Y1非Y0非为000，若I7非=1，I6非=0,则只对I6非进行编码，编码输出的Y2非Y1非Y0非为001，其他编码过程依次类推。

电路要实现对β值分别为为50~80、80~120、120~180的三个范围编码，分别为1、2、3。编号1对应的Vc 3.88~4.3V，编号2对应的Vc范围为3.32~3.88V，编号3对应的Vc范围为2.5~3.32V。

该电路采用4个反相输入单门限电压比较器，根据以上分析，可以确定以下参考电压：Vref3=4.5V, Vref5=3.88V, Vref10=3.32V, Vref12=2.5V,再根据反相输入单门限电压比较器传输特性，可以推知，对输出端1的优先编码级别应最高，然后依次为输出端7、8、14。他们分别对应地接到74LS148的I7非至I4非。

根据上面分析，完成以上组合后，电路实现的功能如下表所示：

LM324的输入 Vc 5V **~4.30V LM324的输出 14 0 0 0 0 8 0 0 0 1 7 0 0 1 1 1 0 1 1 1 74LS148的输入 I4非 X X X 0 I5非 X X 0 1 I6非 X 0 1 1 I7非 0 1 1 1 74LS148的输出 A2非 0 0 0 0 A1非 0 0 1 1 A0非 0 1 0 1 **~3.88V **~3.22V 3、译码驱动电路和显示电路

电路图如下所示：

译码驱动电路的设计只需要用一只LED数码管，而半导体数码管的基本单位是PN结，当加正向电压时，就能发出清晰的光线。单个PN结可以封装成发光二极管，多个PN结可以接成分段式封装半导体数码管。

半导体数码管将十进制数码分成七个字段，每个段为一个发光二极管。在共阳极半导体数码管的七段，输入引角上分别接入相应的高低电平，观察数码管所显示的十进制数，并观察个段的亮暗关系。

8421 BCD码 二一十进制译码器真值表：

输入8421代码 D 0 0 0 0

输出对应段亮暗 A 0 1 0 1 a 0 1 0 0 b 0 0 0 0 c 0 0 1 0 d 0 1 0 0 e 0 1 0 1 f 0 1 1 1 g 1 1 0 0 C 0 0 0 0 B 0 0 1 1 显示字型 0 1 2 3

译码驱动电路的功能是将三极管放大倍数β值范围的转换进行翻译，变成相应的数字。用于驱动共阳LED七段数码管的译码器的译码器常用的有74ls47.

4.电源电路

此电路有直流稳压电源给出+5V电压。

四、 整机电路图与仿真波形图

（见附图）

五、 焊接与调试

a) 焊接（或插接）调试及性能检测

首先，对元件进行合理布局，然后按照原理图连接各元气件，连接导线按块进行。焊接完毕后，通电进行调试。

调试，观察未插入三极管时，数码管显示0，当插入不同范围β值三极管时，数码管是否显示相应数值。如果数码管不能显示预定的数值，则需根据电路原理分析对电路进行检查维修，直到电路能够正常工作为止。

b) 性能指标测量记录

在调试过程中，通过测量，电路中各个元器件的性能指标均合格。限流电阻在实际中的阻值与理论计算的阻值之间有一定的误差，相应地，几个参考电压的实际数值与理论计算数值也是存在一定的误差，但对整体电路的影响不大。

六、 元件清单

（1）LM324 1个

（2）数码管 1个

（3）三极管：3个，β值分别为：50~80、80~120、120~180 （4）74LS148 1个 （5）74LS47七段译码器 1个

（6） 电阻：200Ω 7个，1KΩ 1个 2.2K 3.4K 10K 300K 各一个。

七、总结

通过本次课程设计，我们对半导体三极管β值范围测量电路有了较为深入的了解，经过多次通电调试及检修，电路实现了以下功能：未插入三极管时数码管显示0；当插入不同β值范围的三极管时，数码管显示相应的数值。

整个设计工作包括设计方案的制定，电路分析与设计，整机电路图的制定及仿真和焊接调试及性能检测，此过程的关键在于确定核心元器件，同时对各元件的内部结构及工作原理有一个较为深入的了解，并且注意分析单元电路的工作原理。特别的要注意元器件及元器件之间各管脚的连接关系，防止漏连或错连。