1、電子設計報告學校名稱： 青島大學 學院名稱： 自動化工程學院專業班級： 學 號： 姓 名： 目錄設計項目：半導體三極管值測量儀1、 設計任務書32、 儀器與器件43、 電路模塊方案設計 54、 系統安裝調試方法與步驟 155、 實驗心得 166、 參考文獻 177、 附錄 181、 設計任務書：設計制作一個自動測量npn型硅三極管值測量儀1、 基本要求：1、 對被測npn型三極管值分三檔；2、 值的范圍分別為80120及120160，160200對應的分檔編號分別是1、 2、3；待測三極管為空時顯示0，超過200顯示4。3、 用數碼管顯示值的檔次；設計一個半導體三極管值測量儀，將待測三極管按照

2、共射的方式接入電路，給基極一個恒定的電流。利用三極管將電流放大，再利用運放將放大的電流進行采樣輸出電壓值，在經過比較電路分檔，經過數碼管顯示值檔次。二、發揮部分： 1、用三個數碼管顯示的大小，分別顯示個位、十位和百位。顯示范圍為0-199。2、 響應時間不超過2秒，顯示器顯示讀數清晰。 設計壓控振蕩器將采集的電壓量轉化成與之成比例的頻率，合理設定參數使再一定時間內通過的脈沖個數極為被測三極管的值。計數器由555定時器設計；74ls90構成十進制加法器，用于技術脈沖個數；由74ls194構成鎖存電路；最后通過cd4511譯碼，用共陰極數碼管顯示數值。2、 儀器與器件1、 儀器 1）直流穩壓電源

3、1臺2）示波器 1臺3）萬用表 1臺4）模擬實驗裝置 1臺5）數字實驗箱 1臺2、 器件 lm324、lm311、ne555、a741、cd4532、74ls74、74ls47、74ls90、74ls14、 cd4511，74ls138等； npn、pnp三極管9013、9014、9015；5v穩壓管；二極管；常用多圈電位器；常用定值電阻；常用電容；共銀七段數碼顯示管。三、 電路模塊的設計基本要求部分的系統框圖關鍵一：將變化的值轉化為與之成正比變化的電壓或電流量，再取樣進行比較、分檔。上述轉換過程可由以下方案實現： 根據三極管電流ic=ib的關系，當ib為固定值時，ic反映了的變化，電阻rc上

4、的電壓vrc又反映了ic的變化，對vrc取樣加入后級進行分檔比較。關鍵二：將取樣信號同時加到具有不同基準電壓的比較電路輸入端進行比較，對應某一定值，只有相應的一個比較電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平。對比較器輸出的高電平進行二進制編碼，再經顯示譯碼器譯碼，驅動數碼管顯示出相應的檔次代號。單位元電路設計：1、 電源模塊電路設計方案：方案一：制作使用開關電源。開關電源具有體積小，重量輕，功耗小，效率高，有較穩的輸出電壓等優點。方案二：制作線性電源。采用大容量電容濾波后用穩壓管穩壓輸出要求的+5v。因為如果自己制作開關電源制作工藝復雜，所以我們選擇方案二來制作電源模塊。2、 信號源電路設計

5、方案： 方案一：利用三極管構成共射電路，通過放大，在三極管的集電極端產生放大的電流。方案二：利用三極管構成微電流源，產生恒定的電流，然后經過三極管放大產生電流。如上圖q1、q2、r1、r2構成電流元r2為待測三極管基極的取樣電阻，r4為待測三極管集電極的取樣電阻。方案二中能更精確地將信號電流穩定再一定范圍，能更好地減少誤差，此實驗對電流的穩定性要求較高，所以選擇方案二。3、 信號采集電路設計： 此模塊由差分放大電路組成吧與三極管值成比例的集電極電壓取出來再把電壓采樣放大，為下一級電壓比較電路提供采樣電壓，同時起隔離作用，防止對前面的電路造成影響。合理設置參數使放大倍數為1，運放采用+5v單電源

6、供電。由于基極電流ii約為30a，因此選擇采樣電阻rc=330，這樣，若三級管放大倍數為，則采樣獲得的電壓uo=30*10-6*330=/1004、 比較電路： 被測值須分為三檔(即值分為80120,120160及160200。對應檔的編號分別為1、2、3，同時規定<80或空載是顯示為0，>200時顯示為4）?？捎靡粋€串聯電阻網略產生四個不同的基準電壓，再用四個運算放大器組成的比較電路，基準電壓不同基準值分別接入運放的反相輸入端，取樣電壓同時加到具有不同基準電壓的比較電路的同相輸入端進行比較，對應某一采樣電壓u1，高于相應基準的比較電路輸出為高電平，低于基準值的比較器輸出為低電平。

7、5、 編碼電路：該電路將電壓比較電路的比較結果（高低電平）進行二進制編碼，使之轉化為二進制數。編碼功能主要由集成芯片8位優先編碼器cd4532完成。6、 譯碼電路：該電路把編碼電路編成的二進制數譯碼成十進制數，以便于人機交流（即要顯示的樹為人來易懂的十進制數1、2、3）和數碼管顯示。該電路功能主要由繼承芯片cd4511完成。7、顯示電路：該電路功能是用共陰七段數碼顯示被測量的npn型三極管值的檔次，注意 接保護電阻，防止因電流過大而燒壞數碼管。發揮部分 此部分的輸入信號來自基本部分中采樣電路的輸出電壓，包括壓控振蕩器、定時控制電路、計數器、鎖存器、譯碼及顯示電路六個模塊。原理方框圖如下：1、壓

8、控振蕩電路： 如上圖所示，集成運放u7a、c1、r17、r18等組成積分電路，u88、r22、r23組成滯回比較器，vcc通過分壓為滯回比較器提供參考電壓，通過計算合理設定參數從而實現了將與值成比例的電壓轉化成與值成比例的頻率，以便為設定時間提供依據。2、 定時控制電路： 此電路基于555定時器與電阻、電容組成的多謝振蕩器作為定時控制電路，根據值與頻率的比例關系合理設定r、c的值，是在有效定時時間內通過的脈沖數等于待測三極管的值，電路原理圖如下：3、 計數電路： 該部分有二五十進制計數器74ls90構成，首先將芯片連成十進制，為精確顯示技術共需用三片，分別顯示個位、十位和百位，低位計數器的11

9、號引腳q3作為進位信號接到高位計數器的時鐘信號端，部分電路圖如下：4、 鎖存電路： 用3個74ls194構成三位鎖存器分別對計數器個位、十位和百位上的數進行鎖存，再定時控制信號的作用下定時結束時將鎖存的數值送至譯碼器，一驅動數碼管顯示，部分電路如下：5、 譯碼、顯示電路：該部分由3片譯碼器cd4511和3個共陰七段數碼管組成，其連接方式與基本部分中的譯碼顯示電路相同，功能是將計數值轉化成十進制并通過數碼管顯示出來。電路圖如下：參數計算基本部分：1） 微電流源 如上圖所示，再該部分中兩個三極管q1、q2均為pnp型且性能參數等都完全相同，采用+5v供電，由題意知，待測三極管的基極輸入電流在30u

10、a40ua之間為宜，可固定其其輸入電流恒定為30ua，即電流源的輸出為30ua。設電流源的參考電流為1ma，根據公式 可得：已知vbe1=0.7v，vcc=5v 得：r1=4.3k已知vr=26mv，io=30ua,ir=1ma,可解得： re2=3k，即電路中的r3=3k2） 采樣電路： r2是基極取樣電阻，由于基極電流io=30ua，所以便于測量，r2應盡量去大一點，這就取r2=20k。r4為集電極取樣電阻，取樣電壓可根據公式： 又因為值的范圍為80到200，同時為使vce的選擇不小于1v，三極管工作在合適的狀態，vce的選擇應不小于1v，當值為200時，去演電壓最大，集電極與發射集之間的

11、殿宇uce最小，為使uce=vcc-0.7-ur4>1v,可取r5=r6=r7=8=50k,差分放大電路的輸出電壓為ibr4。3） 分壓比較電路比較電路由集成運放lm324組成，采用單電源供電，再沒有負反饋的情況下，運放工作在非線性區，當同相輸入高于反相輸入端電壓時輸出為高電平，反之為低電平，從而實現了電壓比較的目的。采樣掉路的輸出電壓v0通過lm324分別與積極電壓u0、u1、u2、u3、u4進行比較，并輸出相應的高電平或低電平。比較器的同相輸入端和采樣電路的輸出電壓v0相接，而反相輸入端則分別接分壓電路的基準電壓，將這兩個電壓進行比較，從而在輸出端得到高低電平，進而將模擬量轉化為數字

12、量。4） 編碼電路 為將電壓比較得到的高低電平轉化為二進制代碼以便顯示，須對結果進行編碼以譯碼，在此采用集成芯片8位優先編碼器cd4532，其引腳和電路圖：5） 譯碼顯示電路：譯碼器選用4片cd4511，直接驅動4個共陰極數碼管。cd4511是一個用于驅動共陰極 led （數碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器。cd4511引腳圖及各引腳功能如下圖：共陰極數碼管管腳如圖：模塊仿真電路如圖2-14所示：6） 鎖存電路：用74ls90接成十進制計數器。74ls90為中規模ttl集成計數器，可實現二分頻、五分頻和十分頻等功能，最高計數頻率為40mhz，它由一個二進制計數器和一個五進制計數器構成。其

13、引腳排列圖如下所示：計數器74ls90功能表計數器74ls90管腳圖在基準信號的控制下，對待測信號進行計數，不過若將計數器輸出直接接譯碼顯示，則顯示器上的數字就會隨計數器的狀態不停的變化，只有在計數器停止計數時，顯示器上的顯示數字才能穩定顯示最終測量結果，所以需要在計數和譯碼電路之間設置鎖存電路。鎖存器選用4片4位鎖存器74ls194，其工作狀態也由基準信號控制。74ls194管腳圖如下圖所示：74ls194管腳圖模塊仿真電路如圖所示：計數鎖存模塊仿真電路四、系統安裝調試方法與步驟測試方法：先將自制電源接入220v交流電，然后將5v和正負12v連入面包板，將待測三極管接入電路中的測量位置，即可

14、記錄三個數碼管顯示的數據。測試儀器：數字存儲式示波器1臺函數發生器1臺數字式萬用表1臺直流穩壓電源1臺測試結果如下：誤差分析：經測量結果和理論值在一定誤差允許內相符，系統能正常工作，對結果較滿意。但是試驗中用的三極管管壓降，還有電阻阻值不與理論值完全一致，導致出現誤差，在實驗中應準確測量數據，減少誤差。五、實驗心得1、 在面包板上搭電路時一定要仔細，注意仿真圖中的連線，防止連接短路，在搭電路時一定不要把線搭的太亂，不要在器件上方過線，從而影響器件的換用。2、 搭電路時按照模塊來搭，搭一個模塊測一個模塊，確保每一步的電路是正確的，然后在級聯起來。搭完一個模塊時，測試下數據輸出，看是否跟理論值相符

15、合，然后再進行下一步。3、 當電路出現錯誤時不要著急，一步一步的測量電壓值，因為有很大可能是器件壞了，測量下每個器件的輸出是不是理論輸出，不是的話很可能就是器件壞了，換個試試再測。顯示數據時有的不對的可能是數碼管壞了，因為數碼管很容易被燒掉，所以很多顯示的數據可能就不對。我曾經用過好幾個壞的lm324，因為測量lm324前面的輸出結果很正確，但輸出結果經過示波器觀測后不正確，所以這個lm324是壞了的。很多同學接數碼管時沒有接上拉電阻，所以數碼管事一個很容易壞的器件。4、 這次課程設計讓我知道了理論值和實測值的差距，有的電路理論上很正確但是搭成電路就不出正確結果。課本上學的知識大部分是理想狀態下的，只有我們自己親自