晶體管β值測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1、摘要三極管放大倍數(shù)值測(cè)量電路的功能是利用三極管的電流分配特性，將放大倍數(shù)值的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)三極管電流的測(cè)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)用發(fā)光二極管顯示出被測(cè)三極管的放大倍數(shù)值。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。本晶體管值測(cè)量電路主要由電源電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、電壓比較電路、放大電路和顯示電路（LED）6部分構(gòu)成。經(jīng)ORCAD仿真和實(shí)際操作，初步實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的晶體管的值測(cè)量。關(guān)鍵字：值；三極管；ORCAD；放大電路Abstractis basically attained ; ORCAD;1 ORCAD簡(jiǎn)介ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA軟件，它是世界上使用最廣的EDA軟件，每天都有上百

2、萬(wàn)的電子工程師在使用它，相對(duì)于其它EDA軟件而言，它的功能也是最強(qiáng)大的，由于ORCAD軟件使用了軟件狗防盜版，因此在國(guó)內(nèi)它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少數(shù)的電子設(shè)計(jì)者使用它，它進(jìn)入國(guó)內(nèi)是在電腦剛開始普及的94年。早在工作于DOS環(huán)境的ORCAD4.0，它就集成了電原理圖繪制、印制電路板設(shè)計(jì)、數(shù)字電路仿真、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等功能，而且它的介面友好且直觀，它的元器件庫(kù)也是所有EDA軟件中最豐富的，在世界上它一直是EAD軟件中的首選。ORCAD公司在今年七月與CADENCE公司合并后，更成為世界上最強(qiáng)大的開發(fā)EDA軟件的公司，它的產(chǎn)品ORCAD世紀(jì)集成版工作于WINDOWS95與WI

3、NDOWSNT環(huán)境下，集成了電原理圖繪制，印制電路板設(shè)計(jì)、模擬與數(shù)字電路混合仿真等功能，它的電路仿真的元器件庫(kù)更達(dá)到了8500個(gè)，收入了幾乎所有的通用型電子元器件模塊，功能非常強(qiáng)大。通過(guò)對(duì)ORCAD軟件的學(xué)習(xí)，有利于我們進(jìn)步一理解所學(xué)的知識(shí)，提高自己的操作能力和動(dòng)手能力1。2電路設(shè)計(jì)思路2.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析：經(jīng)過(guò)查閱書籍和相關(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)量晶體管的值，將晶體管值轉(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)晶體管電流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)槲覀円蠓治鍣n顯示晶

4、體管的值（即值的范圍分別為080、80120， 120160，160200以及>200對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3、4、5），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。比較后再通過(guò)發(fā)光二極管進(jìn)行分檔顯示。2.2各部分電路功能的簡(jiǎn)單說(shuō)明：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）。將變化的晶體管值轉(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)晶體管電流IC=IB的關(guān)系，當(dāng)IB為固定值時(shí)，IC反映了的

5、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出電流（如晶體管基極電流比較?。?，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1所示： 圖2.1 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)晶體管電流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)晶體管集電極上的電壓進(jìn)行采樣，。差動(dòng)放大電路原理如圖2所示：采用集成電路LM741。LM

6、741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。 圖2.3 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)晶體管值的大小，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。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?> 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Io30uA。(3)

7、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=3.0K(5)R2是基極取樣電阻，由于基極電流Io30uA，所以為了便于測(cè)量，R2應(yīng)取大一點(diǎn)，這里取R2=20K(6) R4是集電極取樣電阻，考慮到VR4 5-0.7=4.3V，VR4=Io*R4，得的范圍為0200，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

8、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=30K。2.2.2電壓比較電路：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，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加載到發(fā)光二極管，通過(guò)發(fā)光二極管燈亮的盞數(shù)來(lái)判斷被測(cè)三極管的值范圍2。由于題目要求將值的檔次分為080、80120，120160，160200，>200對(duì)應(yīng)的分檔編號(hào)分別是1、2、3、4、5，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)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LM32

9、4，內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)放構(gòu)成。圖2.4 電壓比較器電路通過(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=10k：=80時(shí)，R2.4k，=120時(shí)，R3

10、.6k ，=160時(shí)，R4.8k ，=200時(shí)，R=6k 電壓比較電路的電阻為：R9=2.4k R10=1.2k R11=1.2k R12=1.2k R13=4.0k .參考方框圖如圖：比較電路顯示轉(zhuǎn)換電路基準(zhǔn)電壓圖2.5 參考方案方框圖 3 電路圖本次設(shè)計(jì)的晶體管值測(cè)量的電路原理圖如下：圖3.1 電路原理圖 其中R1=4.3K，R2=20K，R3=3.0K，R4=510，R5=R6=R7=R8=30K，R9=2.4 K，R10=R11= R12=1.2 K，R13=4.0 K，R14=R15=R16= R17=200，電路由T1、T2、R1，R2構(gòu)成微電流源電路，R2是被測(cè)管T3的基極電流取

11、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。通過(guò)電壓比較器來(lái)控制不同值情況下所亮二極管燈的盞數(shù)。燈亮盞數(shù)（個(gè)）值范圍0小于80180120212016031602004大于2004 元件清單表表4.1 元件清單表5 PCB電路板設(shè)計(jì)構(gòu)造電路圖：?jiǎn)螕鬎ile/New出現(xiàn)如下窗口，輸入文件名并選擇存儲(chǔ)路徑： 圖5.1 創(chuàng)建ddb文件點(diǎn)擊OK后單擊File/New出現(xiàn)如下窗口: 圖5.2 創(chuàng)建sch文件選擇Schematic Document點(diǎn)擊OK確定創(chuàng)建。雙擊打開新建電路原理圖設(shè)計(jì)文件Sheet1.ddb；從元件庫(kù)中選擇所需元件；按電路圖擺放元件；按電路

12、圖連線：圖5.3 構(gòu)造電路圖連線接好后修改元件屬性，包括封裝號(hào)、序號(hào)和數(shù)值，完成后即得本次設(shè)計(jì)的單運(yùn)放差分電路原理圖點(diǎn)擊tool/ERC檢查電路連接情況；生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)表：選取設(shè)計(jì)菜單下的creat netlist選項(xiàng) ，點(diǎn)擊確定就可生成網(wǎng)絡(luò)表，檢查元件無(wú)誤就可制作PCB板了點(diǎn)擊OK后單擊File/New出現(xiàn)如下窗口: 圖5.4 創(chuàng)建PCB文件選擇PCB Document點(diǎn)擊OK確定創(chuàng)建。雙擊打開文件pcb1.PCB，在設(shè)計(jì)工作區(qū)的板層標(biāo)簽選擇keepOutlayer，然后畫邊框，在加載網(wǎng)絡(luò)表，檢查元件是否有封裝錯(cuò)誤，如有則返回原理圖修改元件屬性，再重新創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表，點(diǎn)擊Execute，將元件加載到工

13、作區(qū)域上，擺放元件，在布線，如下圖：圖5.5 PCB電路板圖6 仿真6.1用ORCAD構(gòu)造仿真電路圖6.1.1測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)打開工程，進(jìn)行仿真，先測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)3：圖6.1 測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)點(diǎn)擊后單擊確定。仿真成功完成，如圖7.3：圖6.2 仿真成功完成得如圖6.3：圖6.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的仿真結(jié)果同時(shí)可以得到各線路電流大小，如圖6.4：圖6.4 各線路電流大6.2仿真單擊simulate/run選擇所要的仿真波形4：圖6.5 仿真波形圖7 心得體會(huì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)是我了解到orcad的一些功能，我們借助與它可以對(duì)比較復(fù)雜的電路進(jìn)行分析用它可以避免一些比較復(fù)雜的計(jì)算5。雖然只有短暫的學(xué)習(xí)orcad

14、軟件的時(shí)間，有些功能還沒(méi)能掌握，但它的實(shí)用性是不能忽視的。我總結(jié)了我們對(duì)orcad的學(xué)習(xí)。同時(shí)還必須學(xué)好理論知識(shí)，從而通過(guò)理論分析和仿真情況的對(duì)比來(lái)更好的掌握電路知識(shí)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中我也遇到了一些問(wèn)題。例如不能找到正確畫圖窗口，不能找到有效文件，不能得出運(yùn)行結(jié)果。通過(guò)同學(xué)的幫助和有效的資料查詢，終于得出了理想的電路圖和仿真波形。本次課程設(shè)計(jì)考察了我們對(duì)orcad軟件的掌握和平時(shí)理論知識(shí)的掌握情況，還有就是對(duì)實(shí)際操作的能力的考察。通過(guò)理論和仿真情況的對(duì)比可以看出兩者相差不大，所以說(shuō)利用orcad可以更好的分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，直觀的掌握模電知識(shí)。8 參考文獻(xiàn)1 賈新章等著 ORCADPspice9實(shí)用教程 西安電子科技大學(xué)出版社 2007年6月2 高文煥等著 模擬電路的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與分析 清華大學(xué)出版社 2008年3 楊素行主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程