1、.第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目及要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)自動(dòng)測(cè)量三極管直流放大系數(shù)值范圍的裝置。 1、對(duì)被測(cè)NPN型三極管值分三檔； 2、值的范圍分別為80120及120160，160200對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3；待測(cè)三極管為空時(shí)顯示0，超過(guò)200顯示4。 3、用數(shù)碼管顯示值的檔次； 4、電路采用5V或正負(fù)5V電源供電。二、 設(shè)計(jì)思路1 將變化的值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓或電流量，再取樣進(jìn)行比較、分檔。上述轉(zhuǎn)換過(guò)程可由以下方案實(shí)現(xiàn)：根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC反映了的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化，對(duì)VRC取樣加入后級(jí)進(jìn)行分檔比較。以下給出采用上述方案

2、的參考電路如圖（1）、圖（2）所示。 圖（1）參考電路T1、T2、R1、R3構(gòu)成微電流源電路，R2是被測(cè)管T3的基極電流取樣電阻，R4是集電極電流取樣電阻。由運(yùn)放構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，實(shí)現(xiàn)電壓取樣及隔離放大作用。 圖（2）參考電路T1是被測(cè)三極管，其基極電流可由R1、R2限定，運(yùn)算放大器的輸出IB R3。2將取樣信號(hào)同時(shí)加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，對(duì)應(yīng)某一定值，只有相應(yīng)的一個(gè)比較電路輸出為高電平，則其余比較器輸出為低電平。對(duì)比較器輸出的高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼，再經(jīng)顯示譯碼器譯碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的檔次代號(hào)。顯示譯碼編碼比較電路3、參考方框圖如圖（3）：轉(zhuǎn)換電路 基準(zhǔn)電壓圖（3

3、）參考方案方框圖第二部分 設(shè)計(jì)方案一、 設(shè)計(jì)任務(wù)分析經(jīng)過(guò)查閱書(shū)籍和相關(guān)資料，還有設(shè)計(jì)要求上的提示方案，對(duì)設(shè)計(jì)有如下簡(jiǎn)單分析：設(shè)計(jì)電路測(cè)量三極管的值，將三極管值轉(zhuǎn)換為其他可用儀器測(cè)量的物理量來(lái)進(jìn)行測(cè)量（如電壓，根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC反映了的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化）。因?yàn)轭}目要求分三檔顯示三極管的值（即值的范圍分別為5080、80120及120180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3），所以對(duì)轉(zhuǎn)換后的物理量進(jìn)行采樣,將取樣信號(hào)同時(shí)加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，相應(yīng)的一個(gè)比較電路輸出高電平，其余比較器輸出為低電平，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。比

4、較后再進(jìn)行分檔顯示。要實(shí)現(xiàn)分檔顯示，則必須對(duì)比較器輸出的高電平進(jìn)行二進(jìn)制編碼和顯示譯碼器譯碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的值檔次代號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)該檔次代號(hào)的顯示。得出系統(tǒng)方框圖如圖（4）：轉(zhuǎn)換電路基準(zhǔn)電壓比較電路編碼譯碼顯示 圖（4）系統(tǒng)方框圖二、 各部分電路功能的簡(jiǎn)單說(shuō)明1. 轉(zhuǎn)換電路：用于把不能直接用儀器測(cè)量的NPN型三極管值轉(zhuǎn)換成可以直接被測(cè)量的集電極電壓，再把電壓采樣放大，為下一級(jí)電壓比較電路提供采樣電壓，其中包括提供恒定電流的微電流源電路和起放大隔離的差動(dòng)放大電路。2. 電壓比較電路：由于被測(cè)量的物理量要分三檔（即值分別為5080、80120及120180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3）所

5、以還要考慮到少于50，和大于180的狀況，于是比較電路需要把結(jié)果分成五個(gè)層次。需要四個(gè)基準(zhǔn)電壓，于是有一個(gè)串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生四個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓，再用四個(gè)運(yùn)算放大器組成的比較電路，將取樣信號(hào)同時(shí)加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行比較，對(duì)應(yīng)某一定值，相應(yīng)的一個(gè)比較電路輸出為高電平，其余比較器輸出為低電平。3. 編碼電路： 將電壓比較電路的比較結(jié)果（高低電平）進(jìn)行二進(jìn)制編碼。該編碼功能主要由集成芯片8位優(yōu)先編碼器CD4532完成。4. 譯碼電路：主要是把編碼電路編成的二進(jìn)制編碼譯碼成十進(jìn)制數(shù)，以便于人機(jī)交流（即要顯示的數(shù)為人類易懂的十進(jìn)制數(shù)1、2、3）。該電路功能主要由芯片CD4511完成。5.

6、 顯示：該電路功能是用共陰數(shù)碼管顯示被測(cè)量的NPN型三極管值的檔次。三、 各個(gè)元件具體參數(shù)的計(jì)算1. 轉(zhuǎn)換電路如圖（5）所示圖（5）轉(zhuǎn)換電路依題意有：1.T1與T2性能匹配，為PNP三極管2.IB的選擇應(yīng)在30A40 A之間為宜,因?yàn)椋海?） 值與Ic有關(guān)；（2）小功率管的值在Ic 23mA時(shí)較大，而在截止與飽和區(qū)較小，測(cè)量不準(zhǔn)確。因此，取輸出電流Io30uA3.因?yàn)閰⒖茧娏骷s為1mA左右,則，由 已知 VBE1=0.7V 得： R1=4.3K，取R1=4.3K 再把 R1=4.3K代回，得出=1.35mA,符合要求。4.再由：已知：VT=26mV 得 R3=3.0K5.R2是基極取樣電阻，由

7、于基極電流Io30uA，所以為了便于測(cè)量，R2應(yīng)取大一點(diǎn)，這里取R2=20K6.R4是集電極取樣電阻，考慮到VR4 5-0.7=4.3V，VR4=Io*R4的范圍為0180，即R4800，為了便于計(jì)算，這里取R4=510（計(jì)算時(shí)可約為500）7. 為了使差動(dòng)放大電路起到隔離放大的作用， R5R8應(yīng)盡量取大一點(diǎn)，這里取R5=R6=R7=R8=30K。綜合上述轉(zhuǎn)換電路的電阻值為：R1=4.3K R2=20K R3=3.0K R4=510 R5=R6=R7=R8=30K2. 電壓比較電路：由課題設(shè)計(jì)要求可知，設(shè)計(jì)要求顯示被測(cè)三極管值范圍為50180，而且，分檔顯示5080，80120，120180，

8、因此，應(yīng)通過(guò)上級(jí)電路計(jì)算出的元件取值求得各檔次的基準(zhǔn)比較電壓邊值。由R4、被測(cè)三極管值即可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)比較電壓：當(dāng)=80時(shí)，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*80*500=1.2V當(dāng)=120時(shí)，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*120*500=1.8V當(dāng)=160時(shí)，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*160*500=2.4V當(dāng)=200時(shí)，Ui=VR4=Io*R4=0.00003*200*500=3.0V可以計(jì)算出電壓比較電路串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)分壓電阻的阻值，5V電源供電，分壓總電阻取R=150k：=80時(shí)，R 36k=120時(shí)，R54k =160時(shí)，R72k =200時(shí)，

9、R=90k 電壓比較電路的電阻為：R9=50k R10=30k R11=20k R12=15k R13=25第三部分 電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)方案分析后的方框圖，分別對(duì)方框圖中各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。一、 轉(zhuǎn)換電路由微電流源（提供恒定電流）和 差動(dòng)放大電路（電壓取樣及隔離放大作用）。將變化的三極管值轉(zhuǎn)化為與之成正比變化的電壓量，再取樣進(jìn)行比較、分檔。上述轉(zhuǎn)換過(guò)程可由以下方案實(shí)現(xiàn)：根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC反映了的變化，電阻RC上的電壓VRC又反映了IC的變化，對(duì)VRC取樣加入后級(jí)進(jìn)行分檔比較。為了取得固定IB，采用微電流源電路提供恒定電流。微電流源電路介紹：當(dāng)要求得到極其微小的輸

10、出電流（如三極管基極電流比較小），這時(shí)可令比例電流源中的Re1=0，便成了微電流源電路其電路圖如圖（6）所示： 圖（6）微電流源電路根據(jù)電路原理分析得： 由此可知：只要確定IO和Re2就能確定IR，由此可以確定電阻R的值。差動(dòng)放大電路介紹：根據(jù)三極管電流IC=IB的關(guān)系，被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成集電極電流IC 而集電極電阻不變，利用差動(dòng)放大電路對(duì)被測(cè)三極管集電極上的電壓進(jìn)行采樣，。差動(dòng)放大電路原理如圖（7）所示：圖（7）差動(dòng)放大電路根據(jù)理想運(yùn)放線性工作狀態(tài)的特性，利用疊加原理可求得取電路參數(shù)：R1=R2=R3=Rf, vo=vi2-vi1可見(jiàn)，輸出電壓值等于兩輸入電壓值相減之差，實(shí)現(xiàn)相減功能。其中運(yùn)算

11、放大器采用集成電路LM741。LM741采用單電源供電，其內(nèi)部只由一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成。綜合上述得出轉(zhuǎn)換電路的電路圖如圖（8）所示：圖（8）轉(zhuǎn)換電路電路說(shuō)明：T1、T2、R1、R3構(gòu)成微電流源電路提供恒定電流，R2是被測(cè)管T3的基極電流取樣電阻，用于檢測(cè)基極電流的大小，R4是集電極電流取樣電阻，用于檢測(cè)集電極電流的大小同時(shí)檢測(cè)出被測(cè)三極管值的大小，由運(yùn)放構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，實(shí)現(xiàn)電壓取樣及隔離放大作用，為電壓比較電路提供采樣電壓。二、 電壓比較電路基準(zhǔn)電壓：由于題目要求將值的檔次分為5080、80120及120180，對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3，則需要多個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓是采用一個(gè)串聯(lián)

12、的電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)一個(gè)固定的電壓進(jìn)行分壓得到的。運(yùn)放采用LM324,內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)放構(gòu)成。綜合上述得出電壓比較電路的電路圖如圖（9）所示：圖（9）電壓比較電路比較電路主要由741構(gòu)成，轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓U0 通過(guò)741分別與U1，U2，U3，U4 進(jìn)行比較，并輸出相應(yīng)的高電平或低電平：比較器的N端和前轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換電壓U0相接，而P端則接由兩個(gè)電阻分壓決定的基準(zhǔn)電壓，這兩個(gè)電壓進(jìn)行比較，從而在輸出端可輸出。比較得出的高低電平。當(dāng)U0大于基準(zhǔn)電平，則輸出低電平，即輸出0；否則輸出1。在實(shí)驗(yàn)中，4個(gè)741由一個(gè)LM324代替：其中LM324的結(jié)構(gòu)圖如圖（10）所示：圖（10）LM324結(jié)構(gòu)圖2、6、9、1

13、3為反相輸入，3、5、10、12為同相輸入，1、7、8、14為輸出，4接5V，11接-5V。圖（11）LM324內(nèi)部運(yùn)算放大器LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖（10）所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，如圖（11）所示。除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信端的相同。三、 編碼

14、電路為了把測(cè)試結(jié)果顯示出來(lái)必須對(duì)結(jié)果進(jìn)行編碼譯碼，這里我們采用集成芯片8位優(yōu)先編碼器CD4532，其引腳圖如圖（12）所示：圖（12）CD4532引腳圖其中：D0D7為數(shù)據(jù)輸入端，EI為控制端，Q0Q2為輸出端，VDD接電源VSS接地端，Gs、Eo為功能擴(kuò)展端。CD4532的真值表如圖（13）所示：圖（13）CD4532真值表根據(jù)CD4532的真值表，要使編碼電路正常工作，EI、GS應(yīng)接高電平，VDD接高電平，VSS接低電平，輸入端D4D1分別接比較電路的四個(gè)運(yùn)放輸出端，D0接高電平，D7D5則接低電平。四、 譯碼電路設(shè)計(jì)方案中譯碼電路由芯片CD4511完成。其引腳圖如圖（14）所示：圖（14

15、）CD4511引腳圖其中：A、B、C、D為數(shù)據(jù)輸入端，、LE為控制端。ag為輸出端，其輸出電平可直接驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管進(jìn)行09的顯示。根據(jù)CD4511的真值表，要使譯碼電路正常工作，LE接低電平，、接高電平，D端懸空，C、B、A、分別接編碼器的三個(gè)輸出端Q2、Q1、Q0。而八個(gè)輸出端則接共陰數(shù)碼管的輸入端。五、 顯示電路數(shù)碼顯示管的管腳圖如圖（16）所示：圖（16）數(shù)碼顯示管管腳圖各管腳對(duì)應(yīng)顯示的部分如圖（17）所示：圖（17）各管腳對(duì)應(yīng)顯示部分綜合編碼，譯碼，顯示電路的綜合電路圖如圖（18）所示：圖（18）綜合電路圖第四部分 整機(jī)電路圖如圖（19）所示圖（19）整機(jī)電路圖元器件清單電阻： 阻值

16、瓦數(shù) 誤差4.3K×1 0.125W 520K×1 0.125W 53.0K×1 0.125W 5510×1 0.125W 530K×4 0.125W 518K×3 0.125W 536K×1 0.125W 556K×1 0.125W 52K×2 0.125W 5集成芯片：LM741×1,LM324×1,CD4511×1,CD4532×1顯示器：共陰數(shù)碼顯示管×1其他：導(dǎo)線、面包板第五部分 安裝調(diào)試及性能檢測(cè)一、 安裝調(diào)試以三極管，集成電路為中心并根據(jù)輸入

17、輸出分離的原則，以適當(dāng)?shù)拈g距來(lái)安排其他元件。根據(jù)仿真好的電路圖有電路圖左到右安裝面包板。注意地線，電源線，盡可能歸并統(tǒng)一。安裝完成后，需詳細(xì)檢查電路圖，看是否會(huì)漏線，或者接錯(cuò)線。拿到元件的時(shí)候首先要做的就是用儀器把每個(gè)元件測(cè)量一遍，看是否是要求中需要的與它的標(biāo)稱值相不相等，因?yàn)殡m然元件的質(zhì)量雖然比較好，但依然會(huì)有可能有故障或者誤差比較大的。元件會(huì)較多，但測(cè)量不要嫌麻煩，真正做到疏而不漏。在安裝之前把實(shí)驗(yàn)元件按要求在實(shí)驗(yàn)箱上聯(lián)接好，接線一方面要做到令電路達(dá)到計(jì)劃中的功能和指標(biāo)，另一方面又要做到簡(jiǎn)單明了，兼顧整齊美觀。連線布線應(yīng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：一般以集成電路或三極管為中心，并根據(jù)輸入輸出分離的原

18、則，以適當(dāng)?shù)拈g距來(lái)安排其他元件。集成塊與晶體管的布局，一般按主電路信號(hào)流向的順序在插座板上直線排列，各級(jí)元器件圍繞各級(jí)的集成塊或晶極管布置，各元件間的間距應(yīng)視周圍元件多少而定。第一級(jí)的輸入線與末級(jí)的輸出線、高頻線與低頻線要遠(yuǎn)離，以免形成空間交叉耦合。合理布置地線。當(dāng)電路有多級(jí)時(shí) ，應(yīng)將各級(jí)單獨(dú)接地，再分別接公共地線。布線的順序一般是先布電源線與地線，然后按布線圖從輸入到輸出依次連接好各元器件和接線。在此條件下，盡量做到接線短、接線少、測(cè)量方便。集成電路的安裝：集成電路引腳必須插在面包板中央凹槽兩邊的孔中。為便于檢查，盡可能采用不同顏色的導(dǎo)線；盡量在器件周圍連線，并不允許導(dǎo)線在集成塊上方跨過(guò)，或

19、從三極管下方穿過(guò)！查線無(wú)誤，才能接通電源。查線時(shí)仍以集成電路或三極管的引腳為出發(fā)點(diǎn)，逐一檢查與之相連的元件和導(dǎo)線。二、 性能指標(biāo)測(cè)量及記錄1、 性能指標(biāo)測(cè)量記錄：當(dāng)插上三極管9018時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示為“2”，用萬(wàn)用表實(shí)際測(cè)得其值為122，在120160范圍內(nèi)，結(jié)果正確。當(dāng)插上三極管9013時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示為“3”，用萬(wàn)用表實(shí)際測(cè)得其值為163，在160200范圍內(nèi)，結(jié)果正確。當(dāng)不插三極管時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示為“0”，結(jié)果正確。2、當(dāng)數(shù)碼管顯示2時(shí)其他測(cè)量結(jié)果記錄：CD4511各引腳電壓情況：Vcc=5.006V,B=5.001V,C=0.000V,D=0.000V,A=4.992V,f=0.

20、000V,g=4.330V,a=4.329V,b=4.331V,c=0.000V,d=4.327V,e=4.328VLM324各引腳電壓情況：V1=-4.008V,V2=3.008V,V3=1.630V,Vcc=5.006V,V5=1.628V,V6=2.415V,V7=-3.831V,V8=2.809V,V9=1.824V,V10=1.661V,V11=-5.028V,V12=1.637V,V13=1.233V,V14=2.811VCD4532各引腳電壓情況：VD4=-4.064V,VD5=VD6=VD7=VQ2=VSS=VQ0=VE0=0.000V,VE1=0.030V,VQ1=VGS=VDD=5.000V,VD0=5.033V,VD1=0.066V,VD2=2.888V,VD3=-3.005V對(duì)照分析后發(fā)現(xiàn)全電路工作正常，未經(jīng)過(guò)過(guò)多調(diào)試。第六部分 心得體會(huì)總的來(lái)說(shuō)，本次課程設(shè)計(jì)是