電路與電子技術課程設計三極管值數顯式測量電路設計學 院：專 業：班 級：姓 名：學 號：指導老師：二一一年五月十八日目錄前言21設計任務及要求21.1基本功能實現21.2擴展功能與創新21.3添加部分32方案設計與論證32.1測量方案的選擇32.2芯片的選擇32.3顯示器件的選擇42.4數值的固定42.5判斷管型、及好壞電路的選擇43主要電路原理及相關分析計算63.1顯示及主芯片電路63.2測量部分電路73.3判斷管型、及好壞部分電路74總體框圖85測試方法與數據95.1測試儀器95.2測試結果96誤差分析9參 考 文 獻9三極管值數顯式測量電路設計前言：三極管系數是電子電路設計中的一組基本參數，對其測量方法有很多種，測試儀器也有很多種。然而就目前通用的測量儀器，存在讀數不直觀和誤差大等缺點。操作者首先需要區分三極管是NPN型還是PNP型，然后判斷它管腳的基極，集電極和發射極，再開始測量，操作起來比較繁瑣。本課題要求制作的三極管值數顯式測量電路用數碼管和發光二極管顯示出被測三極管的值，讀數直觀，誤差較小。1設計任務及要求1.1基本功能實現1可測量NPN硅三極管的直流電流放大系數值（設200）。測試條件如下：1)，允許誤差為。 2)，且對不同值的三極管，的值基本不變。2.該測量電路制作好后，在測試過程中不需要進行手動調節，便可自動滿足上述測試條件。 3.用3只LED數碼管組成數字顯示器。3只數碼管分別用來顯示百位、十位和個位，即數字顯示器可顯示不超過199的正整數和零。4.測量電路應設有E、B和C3個插孔。當被測管插入插孔后，打開電源，顯示器應自動顯示出被測三極管的值，響應時間不超過2s。5.在溫度不變（20）的條件下，本測量電路的誤差之絕對值不超過，這里的N是數字顯示器的讀數。6.數字顯示器所顯示的數字應當清晰、穩定、可靠。1.2擴展功能與創新1.設計的電路能夠判斷所測量的三極管的類型，當類型不對時產生報警指示。2.同時可測量PNP硅三極管的直流電流放大系數值（設200），其他要求如基本功能的設定。3.若被測三極管是損壞的，系統能夠自動識別，對電路進行保護并指示。1.3添加部分1.能判斷三極管的損壞情況，以便及時更正電路設計。2.能判斷二極管是否好壞及損壞情況。3.能判斷線路是否導通。2方案設計與論證2.1測量方案的選擇方案一：分別測量和，由計算得到值，采用A/D采樣后，將數值通過顯示元件顯示。方案二：將電流轉換成電壓，經A/D采樣轉換成數字信號后，由譯碼器加鎖存器通過顯示元件顯示測量值。方案三：將電流轉換成電壓信號后，直接通過采用A/D轉換譯碼顯示驅動集成芯片，將模擬信號轉換成數字信號。再配合相應的元件參數輸出給顯示元件顯示測量值。方案比較：方案一，原理簡單，思路清晰易懂，但實際電路復雜，需要較多的芯片，成本較高，不適合這樣的小系統。方案二，電路復雜，連線和外圍器件比較多，成本高，且仿真較為困難，不適合用于本系統。方案三，可省去大量連線和芯片，且此芯片成本低，使用方便，適合于本系統。因此，采用方案三作為設計思路。2.2芯片的選擇方案一：采用ICL7107型單片雙積分三位半LED顯示A/D轉換器，直接驅動LED數碼管顯示。方案二：采用ICL7106型單片雙積分三位半LCD顯示A/D轉換器，直接驅動LCD顯示屏顯示。方案比較：方案一，主要采用ICL7107，本芯片簡單易實施，而且集A/D轉換器、鎖存器于一身，只需把接線接到對應的接口就可以實現數字顯示，不過采用全程掃描不是很省電。可用于制作簡單的儀表類電路。但所需接線數量較多，因為它是對數碼管的每一根腳進行控制，而且本芯片價格稍微貴點，但只需一塊芯片，因此總體價格便宜。方案二，與方案一功能相近，但所需附帶的顯示元件價格稍貴，相對方案一性價比降低，且電路穩定性差。2.3顯示器件的選擇方案一：采用1602液晶顯示。具有較強的字符顯示功能，適合作為常用系統的顯示設備。方案二：采用三位一體的數碼管顯示。具有簡單的十六進制數字顯示功能，常用于簡單數字電壓表，溫度計，等儀器的顯示。方案比較：方案一液晶顯示相對于數碼管價格較貴，且本系統只是簡單的三位數字顯示，沒有特殊要求，故采用方案二。2.4數值的固定方案一：采用自制恒流源固定在附近，電流穩定。方案二：直接在基極處加較大電阻，通過調節電位器使電流維持在附近。方案比較：方案一，電流穩定，但需用運放，且增加電路復雜程度。方案二，可以滿足并實現題目要求，且電路簡單，所需外圍設備只有電阻與電位器。因此采用方案二。2.5判斷管型、及好壞電路的選擇方案一：采用555與雙重JK觸發器組合，實現電流正反向流入三極管，判斷管型及好壞。圖1方案一仿真圖方案二：采用555與非門，實現電流正反向流入三極管，判斷管型及好壞。圖2方案二仿真圖方案比較：方案一與方案二判斷結果相類似，但方案一電路復雜，芯片較多，成本高，增加了本系統的復雜程度。方案二，電路簡單，易懂，判斷結果明顯，適合于本系統，因此采用方案二作為判斷管型及好壞電路。3主要電路原理及相關分析計算3.1顯示及主芯片電路圖3顯示及主芯片電路芯片27,28,29引腳的元件數值，它們是0.22uF,47K,0.47uF阻容網絡，這三個元件屬于芯片工作的積分網絡。這樣，參考電壓滿量程為200mV。將36腳基準值調整到100mV。這樣，顯示值=。3.2測量部分電路圖4測量部分電路三極管基極端，所串電阻，通過電位器精確調節，便能保證。三極管C，E兩端電阻相對10也是非常大的，因此也能保證15V電壓全部加在三極管C，E兩端，使。因為相對來說非常小，因此可近似認為。，將作為輸入給7107芯片的31管腳。所以，顯示值=10=。3.3判斷管型、及好壞部分電路圖5判斷管型及好壞電路此電路由555構成矩形波發生電路，有3管腳產生頻率為4的方波，人眼可識別。運用非門74LS04D這樣就能始終保證三極管基極和發射極電壓為不同電平，基極和集電極為同一電平。無論三極管管型為NPN還是PNP，都會是相應的發光二極管導通發光。當三極管損壞時，若是擊穿，則兩個發光二極管輪流導通發光。若是內部斷路，則兩個發光二極管都沒電流通過，都不發光。同樣原理也可以判斷二極管是否損壞和線路是否導通。4總體框圖圖6總體框圖5測試方法與數據5.1測試儀器數字萬用表5.2測試結果PNP實際值185183187測量值183179184NPN實際值181170179測量值184175183可見測量誤差均在要求之內，滿足題