简易数字三极管β值显示仪设计--吴

报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 评分   批改老师       应用电子设计 ——简易数字三极管β值显示仪设计 ●院    系：光电技术学院 ●课程名称：应用电子设计 ●指导老师：杨笔锋、赵  建 ●专    业：电子科学与技术 ●班    级：光通信071班 ●学生姓名：谭国飞（2007031046） 吴  浩（2007031062） 使用仪器及编号：直流稳压电源（20051851） 万用表（100202502） 2010年5月20日——2010年6月30日 应用电子设计 ——简易数字三极管β值显示仪设计 摘  要 该系统以三位半LED显示A/D转换芯片ICL7107作为数据处理芯片，将前端采集到的电压值进行处理，利用数码管来实时显示被测三极管放大倍数β，实现了三级管放大倍数的测量及其显示。能够对NPN和PNP三极管进行β值测量；被测三极管β值在50~300之间；测试误差控制在10%以内，电源采用±5V供电。 [关键词] 晶体管；参数；测试仪；芯片ICL7107； 目  录 一、设计任务    1 1.1 设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目    1 1.2 设计目的    1 1.3 设计要求    1 二、备选方案设计与比较    1 2.1 测试电路方案论证    1 2.2 采样电路方案论证    2 2.3 显示部分方案论证    2 2.4 数据处理部分比较    2 2.5 系统整体框图    3 三、理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析     3 3.1 共发射极直流电流放大系数β    3 3.2 采样电路    4 3.3 A/D转换    4 3.4 数据处理部分    5 3.5 显示部分    5 四、单元电路设计和分析    5 4.1 系统电路图    5 4.2 恒电流源电路    6 4.3 重要电源模块介绍    7 4.4 LED显示电路介绍    7 4.5 数据处理电路介绍    7 4.6 ICL7107器件介绍    8 4.7 系统实际PCB图及工作原理    10 4.8 参数计算    11 五、电路的安装调试与性能测试    12 5.1 电路的安装    12 5.2 电路的调试    12 5.2.1 A/D芯片的调试    12 5.2.2 模拟部分的调试    12 5.2.3 数字部分的调试    12 5.2.4 电源部分    12 5.3 系统性能测试及结果    12 5.3.1 PNP管数据 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载     13 5.3.2 NPN管数据记录    13 六、课程设计总结    14 七、参考文献    14 附录一 电路总图    15 附录二 元件清单    16 一、设计任务 1.1 设计题目 应用电子设计——简易数字三极管β值显示仪设计 1.2 设计目的 1.培养查阅资料的能力； 2.培养工艺素质； 3.培养市场素质； 4.培养团队精神； 5.培养综合设计和实践能力。 1.3 设计要求 1.能够对NPN和PNP三极管进行β值测量； 2.被测三极管β值范围：50~300； 3.测试误差<10%；    4.β值至少用三位数码管显示； 5.电源采用5V或±5V供电。 二、备选方案设计与比较 该测试仪由测试电路、采样电路、数据处理部分、显示部分和三极管共射极输出特性曲线部分组成，下面分别说明各部分的方案。 2.1测试电路方案论证 方案一：用恒流源给基极提供10μA的恒定电流，即VCC=10V，基极电阻Rb=1MΩ，考虑管压降后取基极电阻Rb=910k，用以保证基极电流恒定，用稳压管控制VCE=10V，以保证集电极-发射极极间电压恒定； 方案二：用恒流源给基极提供10μA的恒定电流，即VCC=10V，基极电阻Rb=1MΩ，考虑管压降后取基极电阻Rb=910k，用以保证基极电流恒定，因为IB=10μA，β=50～300，所以IC=0.5～3mA，取RC=200Ω，VCE=9.95～9.7V，即VCE近似为10V，将集电极电压经运放放大，送模数转换芯片进行采样； 方案三：用恒流源给基极提供10μA的恒定电流，即VCC=10V，基极电阻Rb=1MΩ，考虑管压降后取基极电阻Rb=910k，用以保证基极电流恒定，因为IB=10μA，β=50～300，所以IC=0.5～3mA，而Ie=（β+1）IB，若β>>1，则IE≈IC，取Re=200Ω，VCE=9.95～9.7V，即VCE近似为10V，将发射极电压经运放放大，送模数转换芯片进行采样； 方法一不能确定集电极的电流，这样不便于采集集电极电流；方法二中集电极电阻值太小，起不到限流作用；比较三种方法采用方法三。 2.2 采样电路方案论证 方案一：用ADC0809采集三极管发射极输出电压，送单片机进行数据处理； 方案二：用ICL7107采集三极管发射极输出电压，进行处理后显示。 比较两种方法，ADC0809是并行输出数据，ICL7107是串行输出数据，两个芯片都是8位A/D转换芯片，但ICL7107的转换时间为17μs，ADC0809的转换时间为100μs，ICL7107 比ADC0809的转换时间快，而且该测试仪中只用转换一路模拟信号，因此采用方案二。 2.3 显示部分方案论证 方法一：把测量所得的参数通过液晶屏显示，这种方案虽然简便易行，但显示精度不高； 方法二：把所有的测量结果送到上位计算机进行显示，显示精度比较高，但不够方便灵活，并且需两个全双工串行接口，实现比较困难； 方案三：把测量所得的参数用LED显示。 比较上述三种方案，最终采用方案三，该方案简单易行。 2.4 数据处理部分比较 方案一：使用一个STC89C51单片机作为控制和数据处理芯片，前端采集到的电压经运放放大后，经过模数转换芯片ADC0804转换为数字信号输送给单片机，单片机处理后进行显示。 方案二：使用一个三位半LED显示A/D转换芯片ICL7107来进行数据处理，然后再进行显示。 方案比较与选择：方案一需要两片芯片及运放若干，而且还需要编程，电路较为复杂，成本较高，而方案二只需一片ICL7107和少量的外围电路就可实现系统设计的要求。因此选择方案二，简单经济。 2.5 系统整体框图 根据题目要求和设计方案本系统主要由PNP/NPN电压采集电路（恒流源电路，三级管放大电路），衰减电路，ICL7107数据处理、显示电路组成，系统整体框图如下2-1所示： 图2-1 系统整体框图 三、理论分析 3.1 共发射极直流电流放大系数β β=（IC－ICEO）/IB≈IC / IB 在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线来求取IC/IB，如图3.1所示。在IC较小时和IC较大时，会有所减小，这一关系见图3.2。 图3.1 共发射极输出特性曲线求直流电流放大系数  图3.2 基极电流和集电极电流关系曲线 要求IB=10μA，VCE=10V，考虑到运放和单片机的输入电压后选择集电极电压为10V。根据要求可计算出Rb=1MΩ，由于三极管自身的管压降，所以采用Rb=910kΩ，保证了IB=10μA。因为IB=10μA，β=50～300，所以IC=0.5～3mA，而IE=（β+1）IB，若β>>1，则IE≈IC，取Re=100Ω，VCE=9.95～9.7V，即VCE近似为10V。由于IB=10μA，则β= IC/IB=IC/(10*10-3)。 3.2 采样电路 β=IC/IB，而IE=IC+IB，所以IE/IB=β+1，若β>>1，则IE≈IC，我们取Re两端的电压量Ue为IC的相应量，如图3.3所示。 图3.3 采样电路 3.3 A/D转换 因为要对输出的电压量Ue进行数据处理使之变成电流量IC，再将IC与IB比较得到共发射极电流放大系数。要将输出的电压送单片机进行数据处理，而单片机只接受和输出数字量，因此在单片机的输入端必须用到A/D转换器件，将模拟量转换为数字量后输入单片机进行数据处理。 量化间隔和量化误差是A/D转换器的主要技术指标之一。量化间隔可用下式表示 ，n为A/D转换器的位数。 量化误差有两种表示方法：一种是绝对误差，另一种是相对误差。 由于ADC0809和ICL7107都是8位的A/D转换器，它们的量化间隔和量化误差都相等，所以看它们的转换时间，ADC0809的转换时间为100μs，ICL7107的转换时间为17μs，所以选用ICL7107作为A/D转换芯片。 3.4 数据处理部分 因为采集的是发射极电压Ue，要将其转换为集电极电流量IC，集电极电流IC和基极电流IB比较得到共发射极电流放大系数β。 由Re=100Ω，IB=10μA，β=50～300，所以IC=0.5～3mA，Ue=100*IE=0.05～0.3V，该信号需经16倍放大得到 =0.8～4.8V，该放大系数过大，为电路设计增加难度，经计算取Re=200Ω，则Ue=200*IE=0.1～0.6V，该信号只需经8倍放大就可得 =0.8～4.8V。 取Re=200Ω，则IE=Ue/200，因为β=（IC－ICEO）/IB≈IC / IB，IC= βIB，而IE=IC+IB=（β+1）IB，若β>>1，则IC≈IE= Ue/200，β=（Ue/200）*8/ IB。 由此可以看出交流放大系数的计算实际就是取IB=20μA时的输入信号和IB=10μA时的输入信号比较得到的。取Re=200Ω，IB=20μA，β=50～300，所以IC=1～6mA，Ue=200*IE=0.2～1.2V，该信号需放大4倍得到 =0.8～4.8V。 3.5 显示部分 数码管输出显示结果。 四、单元电路设计和分析 4.1 系统电路图 由下图4.1所示，此为三极管电流放大系数测试原理图 图4-1 三极管电流放大系数测试原理图 4.2 恒电流源电路 恒流源电路分为NPN型恒流源和PNP型恒流源，分别提供测NPN型的三极管和PNP型的三极管参数的稳恒电流|IB|。 1.PNP测试：恒流源用两只型号完全相同的NPN三极管和电阻R1、R2构成，最终 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 三极管Q3集电极的电压值的变化。与NPN检测电路不同的地方是：NPN电路检测的是三极管发射极的电压值，即电位器R33上的电压；而PNP检测电路上检测的是三极管集电极上的电压值，即电位器R34上的电压，调试时将它们调到一个比较合适的值，可以最大程度的减小系统误差，测PNP时的电路图如图4.2所示： 图4-2  PNP型恒流源电路图 2.NPN测试：用一对性能完全相同的PNP三极管Q4、Q5和电阻R5、R6构成一个微电流源，调节R5的值三极管Q6的基极可以得到几十微安比较稳定的电流。Q6发射极的电流值随着β参数的不同而作线性变换，电位器R33上的电压值也唯一的随着β参数二进行变化，测NPN时的电路图如图4.3所示： 图4-3  NPN型恒流源电路图 4.3 重要电源模块介绍 电源模块为系统各模块供电，根据各模块电压需求，电源模块只需提供+5V电压即可。电源电路设计中，有直流稳压电源为系统提供6V左右的电压，再通过稳压二极管，便可得到+5V稳定的电压输出。如右图4-4所示： 图4-4 电源模块重要组成部分 4.4 LED显示电路介绍 该模块使用三个共阳数码管来显示三极管的放大倍数，如下图4-5所示：三位数码管分别显示放大倍数β参数的个位、十位、和百位，这里的电阻R21为保护电阻，起到降压的作用，减小加在数码管上的电压。数码管的驱动由ICL7107完成。 图4-5 三极管β值测试显示部分 4.5 数据处理电路介绍 用单片机的三个引脚控制I/O CLOCK、 和DATA OUT引脚。在I/O CLOCK的第4个下降沿开始系统内部的采样，在I/O CLOCK的第8个下降沿之后进行转换。 为低时，前次转换结果的最高位出现在DATA OUT端口上，并且其他位分别在I/O CLOCK的下降沿从该端口逐位移出。 该模块使用三位半LED显示A/D转换芯片ICL7107及其若干外围电路构成主处理电路，电路如下：电位器R19滑动端和电阻R18采集到的电压值分别输入到ICL7107的IN+端和IN-端，ICL7107对其进行处理。其中：R1和C1接到7107的38、39、40管脚，构成了一个多谐振荡器，为芯片提供定时脉冲；电位器R3和R4接到芯片的36管脚，为芯片提供一个基准电压；电容C2接到芯片的33、34管脚，不能使用瓷片电容；C4、C5、R6接到芯片的27、28、29管脚，是芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容；26管脚接-5V的电压；30、32、35管脚接地；31脚为信号输入端IN+，30脚为信号接地端IN-，中间接一个电容C3退偶；1脚接+5V电压，加电容C8退偶。电阻R2和按钮开关S1构成测试电路连接到7107的37号管脚（TEST）。正常情况下，当键按下，数码管全亮。若有数码管没亮，则说明电路连接有问题或是数码管有坏的。其他管脚接数码管。 图4-6 数据处理电路部分原理图 4.6 ICL7107器件介绍 1.31/2位双积分型A/D转换器ICL7107的基本特点 (1).ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器，属于CMoS大规模集成电路，它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100uV，转换精度为0.05士1 个字。 (2).能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN 。 (3).在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF 。 (4).能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。 (5).输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。 (6)..整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。 (7).噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。 (8).芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。 (9).不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+. (10).可以方便的进行功能检查。 2.ICL7107引脚功能 V＋和V-分别为电源的正极和负极，au-gu,aT-gT,aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。 Bck：千位笔画驱动信号。接千位LEO显示器的相应的笔画电极。 PM：液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。 Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定： Fosl = 0.45/RC。 COM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使 用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。 VREF＋ VREF- ：基准电压正负端。 CREF：外接基准电容端。 INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN＋和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。 AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。 BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流( idling current )是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。   3.ICL7107的工作原理 双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。838电子它的原理性框图如图4-7所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。 图4-7 ICL7106A/D转换器原理 4.7 系统实际PCB图及工作原理 图4-8 实际PCB图 β是三极管共射电流放大系数，不是一个能够直接测量的物理量，一般不区分直流和交流下放大系数。对于直流，有 ，忽略 ，固定 、 的值， 的值跟β值成正比，通过测量 ，选择一定的比例系数k，由 测量β。测量β的问题转化为对 的测量。 给被测三极管基极加一个由恒流源产生的恒定的电流，检测此时三极管发射极/集电极上的电压信号，这个信号只随着三极管放大倍数β变化，调整好这个电压信号的强度后将其加到ICL7107的信号输入端，经7107进行数据处理之后利用三位半数码管进行显示。 4.8 参数计算 1.数据信号处理部分 根据系统要求，经查阅相关芯片资料，得知R1须大于50k，因此选择100k，C1须大于50pF，因此选择100pF（101）的瓷片电容。电阻R2选择10k；因为36脚需要100mV的基准电压，则电位器R3选择1k，R4选择27k；C2的值要求比较准确，因此选择0.1uF（104）的钽电容；R5选择1MΩ的电阻；C3选择一个较小的瓷片电容，值为22nF（224）；C4选择0.47uF（474）的钽电容，C5选择0.22uF（224）的钽电容，R6选择47k的电阻。 2.显示部分 电阻R21为数码管保护电阻，取220Ω的普通电阻即可。 五、电路的安装调试与性能测试 5.1 电路的安装 按整机电路图连接电路，按以上介绍的电路模块顺序连接。由于电路元件比较多，故此步要小心谨慎。 5.2 电路的调试 电路调试所需仪器主要为万用表和直流稳压电源。 5.2.1 A/D芯片的调试 将硬件电路连接完成后用示波器在ICL7107的6脚测试，看有无数据序列输出，即看有无高低电平的变化，要是有证明A/D可以正常工作，要是没有则检查程序看是否程序有问题，要是程序没有问题则检查芯片，看芯片是否损坏。 5.2.2 模拟部分的调试 用万用表对运放的输入电压和输出电压进行测量，放大倍数为设计的放大倍数，证明运放芯片是好的。 经过测量和计算三极管的输出电压，输出电压的实际值和理论值相差不大，证明这部分没有问题。 5.2.3 数字部分的调试 数码管正常显示，且显示的三极管直流放大系数和用万用表测量的结果相差不大误差在5%之内。 5.2.4 电源部分 由于三极管需要 为NPN型三极管和PNP型三极管分别供电电源模块为系统各模块供电，根据各模块电压需求，电源模块只需提供+5V电压即可。电源电路设计中，有直流稳压电源为系统提供6V左右的电压，再通过稳压二极管，便可得到+5V稳定的电压输出，如图4-4所示。 5.3 系统性能测试及结果 分别选择10个放大倍数在50~300之间的PNP和NPN型三极管进行测试。共计20个，先用万用表测出它们的实际放大倍数并记录，再将它们接入测试电路测量三极管的放大值并记录，每种型号的记录10组数据。如下表5-1、5-2所示。 5.3.1 PNP管数据记录 表5-1 PNP管数据测试记录 类型 数据记录 实际值 205 214 220 223 224 226 229 230 265 275 测量值 209 215 226 227 223 232 225 235 273 279                       注：三极管放大倍数的测试误差都小于5%。 实际总值的平均值为： ； 测量总值的平均值为： ； 因此系统总的误差为： 。 因此PNP检测电路可以很好的满足题目的要求。 5.3.2 NPN管数据记录 表5-2  NPN管数据测试记录 类型 记录数据 实际值 195 197 204 230 246 253 255 256 260 265 测量值 189 198 200 235 250 257 263 266 270 275                       注：三极管放大倍数的测试误差都小于5%的。 实际总值的平均值为： ； 测量总值的平均值为： ； 因此系统总的误差为： 。 因此NPN检测电路可以很好的满足题目的要求。由上述记录的PNP和NPN的实际与测量值可以反映出该系统有很好的完成系统设计的要求。 六、课程设计总结 简易数字三极管β值显示仪设计这个题目看上去非常困难，根本无从着手，但是经过老师讲解后，就觉得凭自己（吴浩）和同组成员谭国飞同学的模电和数电知识完全能完成设计。大致的思路老师已经有了提示，再根据实验室所提供的器件，几经周折，顺藤摸瓜的找到了设计思路。接下来我们要做的就是把它细化，具体化，画出整个电路图，计算各个元件的参数值。 由于本方案用的是分立元件来达到要求的指标，所以元件比较多，线路也比较复杂，加上布板要美观，在板上连接元件时就要小心谨慎，以免出错，特别应注意电路一定要有层次，自己怎样连接的心里要有数，因为实验不可能一次就能成功，否则,如果出错，检查起来要费很大的功夫。 更重要的是通过这次设计，了解到了其实做项目，做工程设计并不是困难，要大胆的尝试，在此，要感谢我们的指导老师杨笔锋与赵建为我们做出的精心指导，同时感谢组员谭国飞给予的大力帮助，最终我们共同完成了此次电子设计。 七、参考文献 【1】余小平 、奚大顺主编.《电子系统设计》.基础篇北京航空航天大学出版社； 【2】李清泉、黄昌宁编着.集成运算放大器原理与应用.北京:科学出版社,1980； 【3】王振红编著.《数字电路设计与应用实践教程》.北京：机械工业出版社，2003； 【4】隋琦.虚拟三极管伏安特性测试仪的设计[J].山东理工大学学报（自然科学版）.2008； 【5】张晓平,舒华主编.《三极管的应用[J]》.汽车维护与修理.1999(8),29～31； 【6】童诗白，华成英主编者. 《模拟电子技术基础》. [M]北京：高等教育出版社，2006年； 【7】赵淑范、王宪伟主编.《电子技术实验与课程设计》. [M]北京：清华大学出版社，2006年； 【8】胡宴如、耿苏燕编著《模拟电子技术基础》，高等教育出版社2004年。 附录一 电路总图 三极管电流放大系数测试电路原理总图 附录二 元件清单 序号 名称、型号、规格 数量 1 芯片：ICL7107 1片 2 9013NPN型三极管 2个 3 8550PNP型三极管 2个 4 104电容 1个 5 474电容 1个 6 101电容 1个 7 223电容 1个 8 224电容 1个 9 220Ω电阻 3个 10 20k电阻 5个 11 1k电阻 2个 12 100Ω电位器 2个 13 24k电阻 1个 14 1M电阻 1个 15 1k电位器 1个 16 100k电阻 1个 17 插座 3个 18 LED灯 1个 19 开关 1个 20 共阳极数码管 3个