晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现.docx

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晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现

课题名称

晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现

一、摘要

本实验是简单的三极管放大倍数β检测电路的设计与实现。

主要由三极管类型判别电路、三极管放大倍数档位判断电路、显示电路、报警电路及电源电路五个部分组成。

首先通过普通LED发光二极管的亮灭实现判断三极管类型，并将β值的变化转化为电压的变化从而利用电压比较器及LED管实现β值档位（＜150、150～200、200～250、＞250）的判断与显示、并在β＞250时通过LED管闪烁报警。

关键词：

三极管、β、LED、电压比较器、报警

二、设计任务要求

基本要求：

设计一个简易晶体管放大倍数β检测电路，该电路能够实现对三极管β值大小的初步判断。

系统电源DC=10V

1.通过该电路板块一能够检测出NPN、PNP三极管的类型。

2.电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200、小于150共四个档位进行判断。

3．用发光二极管来指示被测三极管的β值属于哪一个档位

4.在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。

5.当β超出250时能够闪烁报警。

提高要求

1.电路能够将PNP型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200、小于150共四个档位进行判断，并且能够手动调节四个档位值的具体大小。

2.NPN、PNP三极管β档位的判断可以通过手动或自动切换

三、设计思路和总体结构框图

本实验关键之处系如何将三极管放大倍数β的变化用一个便于测量的物理量的变化来表示。

实验室最易测量的量即是电压，并且三极管CE极间电压便可反应集电极电流Ic的变化，故不妨用某种手段固定Ib值，通过检测CE极间电压的变化间接检测β的变化。

而将电压值分为几个档位很容易想到用电压比较器实现并通过输出电流驱动LED显示出来。

最后，报警电路可利用LED闪烁报警，可由555定时器实现。

四、分块电路、总体电路的设计（电路图）

现将实验电路可为“4+1”个板块。

“4”指的是三极管类型判别电路、三极管放大倍数β档位判断电路和显示电路、报警电路和电源电路；“1”指的是从NPN型管β检测到PNP型管β检测的转换电路。

以下依次介绍各版块。

（电源电压选为10V）

1.三极管类型判别电路

电路设计图如左所示（右端输出为VC）

首先用10V到12V电源串接1k电阻及LED，并用万用表测得普通LED发光二极管两级电压VLED=2.1～2.2V，又VBE=0.7V，VCC=10V

有：

IB=

=

故：

IC=IB•β=

β值约在150～250区域变化，而LED驱动电流（即IE，约为IC）约在5～10mA，那么：

可知R1约在180k～216k,可取R1=200kΩ。

此时，有IC=0.036•β

VC=10-0.036β•R（可设R=Rp+R2）

该式中R值的设计在下一分块电路设计中说明

2.三极管放大倍数β档位判断电路和显示电路

电路设计图如上所示（左端输入为VC）

1先设计R3、R4、R5、R6四个电阻值及第一板块中Rp、R2。

由电路功耗、安全等性能考虑四分压电阻阻值和应在20k左右。

可设R3+R4+R5+R6=20kΩ

如图，可设电压比较器U1、U2、U3正输入端各点电压为V1、V2、V3。

又由上一分块电路得：

VC=10-0.036β•R

可先假设取R=0.5k,依次可求得V1=7.3V，V2=6.4V,V3=5.5V

由电阻分压定理，可计算得出：

R3=5.4kΩ、R4=1.8kΩ、R5=1.8kΩ、R6=11kΩ

可取：

R3=6.2kΩ、R4=2kΩ、R5=2kΩ、R6=12kΩ

此时，又可算得：

V1=7.21V、V2=6.31V、V3=5.41V

将以上各值与β=150、200、250对应代入VC=10-0.036β•R中，得：

R=0.517kΩ、R’=0.513kΩ、R’’=0.510kΩ

则可取R=Rp+R2=514Ω

此时Rp=294Ω该值即为准确测量β值时滑动变阻器应调之值。

下面设计保护电阻R2及Rp最大值：

由于实验室三极管β值跨度范围有限，用调节Rp值模拟β的变化。

为了使不论届时插入的三极管β值大小如何，调节Rp值均能使四盏LED灯都亮，做以下计算：

若插入的管子β=250，要使四盏LED灯都能亮，R值至少可调于310Ω～510Ω；

若插入的管子β=150，同理，R=517Ω～850Ω

故可取保护电阻R2=220Ω、Rpmax=1kΩ

②下面设计R7、R8、R9、R10

由第一板块知：

VLED=2.1～2.2V，ILED=5～10mA

试验中，测得LM358N高电平输出VH=8.5V,低电平输出电压VL=1V，故流经LED的电流为

，故，可取：

R7=R8=R9=R10=620Ω

3.报警电路

电路设计如上所示

查阅资料可知取C2=0.01μF，

LED管闪烁发光的周期为：

T=0.7•（R11+2•R12）•C1

占空比为D=

考虑到闪烁周期便于观察，占空比合适，且功耗较小等因素，可取：

R11=10kΩ,R12=100kΩ,C=10μF

使得LED亮度合适，取R13=1k即可。

4.电源电路

直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。

变压器实验将电网电压转换为10V交流电压，并与交流电网隔离；通过bridge整流电路将10V交流电压转换为单方向的脉冲电压，然后滤除交流分量，经稳压电路输出即可。

设计电路图如下：

5.从NPN型管β检测到PNP型管β检测的转换电路

电路设计图如上所示

如图所示，右端两线间电压即为输出电压VC，将右端上面那条线接至第二板块电路输入VC，下面那条线接至第二板块电路的地。

请注意：

此时，该板块的地与第二板块（包括第三板块）的地不再相连。

通过以上介绍，该实验总体电路图如下：

五、所实现功能说明

基本要求

1.通过该电路板块一能够检测出NPN、PNP三极管的类型。

若插入某三极管，接上电源后第一板块中LED发光，证明该三极管为NPN型，若不发光，则是PNP型。

2.电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200、小于150共四个档位进行判断。

实验中用万用表实测V1=7.2V,V2=6.3V，V3=5.4V。

与理论误差甚微。

证明档位判断较为准确。

在进行准确β档位判断时，用万用表测得Rp+R2=514Ω（见分块电路设计）后即可

3．用发光二极管来指示被测三极管的β值属于哪个档位。

上述万用表测得的V1、V2、V3值即在LED转换之时测得的

4.在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。

通过调节滑动变阻器Rp的值可以模拟β值的变化，使得四个档位的LED依次发光。

5.当β超出250时能够闪烁报警。

报警时闪烁频率适中

提高要求

1.电路能够将PNP型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200、小于150共四个档位进行判断，并且能够手动调节四个档位值的具体大小。

结合“四、分块电路、总体电路的设计（电路图）”部分第五版块电路设计图（重画于上），并同样以第二板块电路中LED转换作为标准判别，用万用表测得图中右端二线间的电压为：

V1=7.2V,V2=6.3V，V3=5.4V，实际与理论相符。

并且同样能通过调节滑动变阻器之值模拟β的变化从而使β四个档位LED依次变化。

2.NPN、PNP三极管β档位的判断可以通过手动切换。

如上二图所示：

左图为NPN型三极管β档位判断，右图为PNP型三极管β档位判断。

进行如下手动切换即可（以NPN至PNP为例）：

1将接电源的线接地；

2将接地的线接电源；

3将LED反向放置；

4将Vc接第二板块的地；

5将右图电源接第二板块输入；

6第一板块与其他板块供电分开，采用双电源。

六、故障及问题分析

1.在NPN、PNP三极管β档位判断转化的设计时遇到了难题，由于自我认为其他板块电路必不能变化，且转化也应尽量不移动原来元件且不要新加元件。

故设计起来较为麻烦。

后通过仔细分析“五、所实现功能说明提高要求第2点中二图知：

左图中Vc与地两端口电压等效于右图Vcc与Vc两端口电压，应接到下一版块输入与地之间，既而想到可用双电源供电。

2.显示电路中后两盏LED灯一起亮。

由于实验时前两个电压比较器（U1，U2）用的是第一块LM358里的双运放，而仅第三个电压比较器（U3）用的是第二块LM358，而其余电路均未连错，导致该现象的原因可能为第二块LM358损坏，重新接入新的LM358后电路工作正常。

七、总结和结论

通过本次电子电路综合设计实验的学习，我充分懂得了实验前的设计是一个实验成败的关键。

设计时必须要有良好的理论作为基础，并能大胆假设、小心求证；而在实践操作检验设计时又必须有很强的动手能力，且要时刻保持警惕，善于思考，善于发现问题。

具体到本实验内，我对晶体管β值的意义有了更深的理解，对电压比较器、发光二极管的使用有了一定的掌握。

对设计、动手能力都是一次很大的提高。

试验后又对protel软件有了一定地掌握。

实验结论：

本实验电路确能实现三极管类型判断、其放大倍数β档位判断及于β高于250时报警、手动切换NPN、PNP型三极管β判断的转换等功能。

八、protel绘制的原理图及pcb制版

九、所用元器件及测试仪表清单

所用元器件

测试仪表

LM3582个

MF-500型万用表

NE555N1个

普通LED6个

1k电位器1个

电阻、电容若干

参考文献

《电子电路综合设计实验教程》北京邮电大学电路中心2010年3月版

《电子电路基础》刘宝玲主编北京邮电大学电信工程学院电路与系统中心编高等教育出版社2006.9