放大电路测试三极管β值

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一、设计任务

1.1 设计目的：

（1）、掌握设计放大电路测试三极管β值的方法，以及组装与调试方法。

（2）、进一步熟悉模拟，数字集成电路的使用方法。

1.2 设计内容及要求

1、设计制作一个自动测量三极管电流放大系数β值范围的装置，将被测NPN型三极管β值分三档；β值的范围分别为80～120及120～160，160～200对应的分档编号分别是1、2、3；待测三极管为空时显示0，超过200显示4。

2、用数码管显示β值的档次及三极管的β值； 3、组装、调试三极管β值测试仪。

4、画出完整的电路图，写出设计报告。

二、设计方案

2.1 设计思路

设计电路测量三极管的β值，将三极管β值转换为其他可用仪器测量的物理量来进行测量（如电压，根据三极管电流IC=βIB的关系，当IB为固定值时，IC反映了β的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化）。因为题目要求分三档显示三极管的β值（即?值的范围分别为80～120、120~160及160～200，对应的分档编号分别是1、2、3），所以对转换后的物理量进行采样,将取样信号同时加到具有不同基准电压的比较电路输入端进行比较，相应的一个比较电路输出高电平，其余比较器输出为低电平，实现AD转换。比较后再进行分档显示。要实现分档显示，则必须对比较器输出的高电平进行二进制编码和显示译码器译码，驱动数码管显示出相应的β值档次代号。从而实现该档次代号的显示。

编比译 码 较β-v转换电码显电 示路 基准电压

图1 基本部分设计思路框图

在发挥部分,设计电路测量三极管的β值，将三极管β值转换为其他可用仪器测量的物理量来进行测量，如电压，根据三极管电流IC=βIB的关系，当IB为固定值时，IC反映了β的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化，对VRC进行伏频转换，转换后的频率f就反映了β值的大小，然后再用计数器对f的信号进行一定时间的计数，最后通过计数器的保持输出经译码电路就可以显示β值。

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被测三极管 β-v转换电路 计数时间产生电路 压控振荡器 && 数码管显示电路 图2 译码电路 计 数 器

关键一：将变化的β值转化为与之成正比变化的电压或电流量，再取样进行比较、分档。上述转换过程可由以下方案实现：

根据三极管电流IC=βIB的关系，当IB为固定值时，IC反映了β的变化，电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化，对VRC取样加入后级进行分档比较。

关键二：将取样信号同时加到具有不同基准电压的比较电路输入端进行比较，对应某一定值，只有相应的一个比较电路输出为高电平，则其余比较器输出为低电平。对比较器输出的高电平进行二进制编码，再经显示译码器译码，驱动数码管显示出相应的档次代号。

发挥部分设计思路框图 考虑的问题：

IB的选择应在30μA～40 μA之间为宜。

VCE的选择应不小于1V,以使三极管工作在合适的状态。

T1、T2、R1、R3构成微电流源电路，R2是被测管T3的基极电流取样电阻，R4是集电极电流取样电阻。由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及隔离放大作用。

2.2设计方案

基本部分：

基本部分由β-v转换电路、电压比较电路和显示实现电路构成，其详细构成与原理说明如下：

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β-v转换电路：

转换电路：此电路用来把不能直接用仪器测量的NPN型三极管?值转换成可以直接被测量的集电极电压，再把电压采样放大，为下一级电压比较电路提供采样电压，其中包括提供恒定电流的微电流源电路和起放大隔离的差动放大电路。

图3 β-v转换电路

T1、T2、R1、R3构成微电流源电路，R2是被测管T3的基极电流取样电阻，用于检测基极电流的大小，R4是集电极电流取样电阻，用于检测集电极电流的大小同时检测出被测三极管β值的大小，由运放构成的差动放大电路，实现电压取样及隔离放大作用，为电压比较电路提供采样电压。

所用器件LM324 是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的管脚图：

图4 LM324的管脚

微电流源电路原理：

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当要求得到极其微小的输出电流（如三极管基极电流比较小），这时可令比例电流源中的Re1=0，便成了微电流源电路

其电路图如图（5）所示：

图（5）微电流源电路 图（6）差动放大电路

根据电路原理分析得：

由此可知：只要确定IO和Re2就能确定IR，由此可以确定电阻R的值。 差动放大电路原理：

根据三极管电流IC=βIB的关系，被测物理量β转换成集电极电流IC 而集电极电阻不变，利用差动放大电路对被测三极管集电极上的电压进行采样，。差动放大电路原理如图（6）所示。

根据理想运放线性工作状态的特性，利用叠加原理可求得

?Rf?R3Rf ?vo??1?v??R?R?Ri2Rvi11?231?

取电路参数：R1=R2=R3=Rf, vo=vi2-vi1

可见，输出电压值等于两输入电压值相减之差，实现相减功能。其中运算放大器采用集成电路LM741。LM741采用单电源供电，其内部只由一个运算放大器构成。

由题意，图中各电阻的参数取值确定如下： 1、T1与T2性能匹配，为PNP三极管

2、IB的选择应在30μA～40 μA之间为宜,因为： （1）β 值与Ic有关；

（2）小功率管的β值在Ic ＝2～3mA时较大，而在截止与饱和区较小，测量不准确。因此，取输出电流Io＝30uA

VCC?VBE1IR已知 VBE1=0.7V 得： R1=4.3K，取R1=4.3K。再把 R1=4.3K代回，得出

3、因为参考电流IR约为1mA左右,则，由

IR=1.35mA,符合要求。

R1?4、再由： 已知：VT=26mV 得 R3=3.0K

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