课程设计报告
题 目 半导体三极管β值测量仪设计
学 院 自动化工程学院
专 业
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摘要：本实验设计了一个自动测量三极管电流放大系数β值范围的装置，通过
利用转换放大电路将三极管的放大倍数转变成电压信号，然后由比较电路进行分档，依次通过编码、译码和数码管的显示，完成放大倍数档次的测量及显示。
一、设计内容及要求
1、对被测NPN型三极管β值分三档；
2、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。
3、用数码管显示β值的档次；
二、设计方案
1、方案的选择：
（1）方案一
图（1）方案一设计电路图
如图（1），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。根据三极管电流IC=βIB的关系，当IB为固定值时，IC随着β的变化而变化，电阻RC上的电压VRC正好反映了IC的变化，所以，我们对VRC取样加入后级，进行分档比较。从而实现目的。该电路用微电流源为基极取样电阻提供稳恒的电流，这样便于测量β值。 （2）方案二
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图（2）方案二设计电路图
如图（2），T1是被测三极管，其基极电流可由R1、RW限定 ，运算放大器的输出：
VR2＝βIB R2
通过两方案的比较可以看出，由于微电流源具有良好的稳定性，而且能够减小电流的直流功率损耗，它的输出具有更好的恒流特性，能够输出μA量级的电流，所以选择方案一，采用微电流源提供取样电阻的恒定电流。 2、总体设计方案的说明：
（1）转换电路部分：提供一个稳定的电流源，使β值的变化不会影响到电流源，而导致误差的产生。因此，我采用上图所示的微电流源电路，供给待测NPN三极管基极稳恒的电流。因为β 值与Ic有关，而且小功率管的β值在
Ic ＝2～3mA时较大，而在截止与饱和区较小，测量不准确。根据?IB?IC，这里，IB的选择在30μA～40 μA之间。
（2）比较部分：将从前级采样－比较电路中，得出的电压，与各个基准电压进行比较，通过LM324比较器，得出4个高低电平数据，提供给编码电路。因此，实现A/D转换的功能是转换电路的根本作用。
（3）在编码电路部分：使用优先编码器，将从转换电路中得出的高低电平进行编码，并输出结果，提供给译码器。
编码对应的β值的范围如下： 各级比较电平 β 值 1级比较 2级比较 3级比较 4级比较 80以下 0 0 0 0 80-120 0 0 0 1 120-160 0 0 1 1 160-200 0 1 1 1 200以上 1 1 1 1 在电压比较电路实现了A/D转换，其后再经过编码电路将四位比较电平转为BCD码形式，其输入输出如下:
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输入 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 （4）译码以及显示部分：将从优先编码器得出的结果，进行译码，提供给7段LED显示管进行显示。
优先编码器及7段显示译码输出的真值表如下：
输入 编码器输出 BCD—7段显示译码输出 字形 Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
3、系统框图： 转换电路
编码 优先编码器的输出电平 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 2 3 4 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 比较电路译码显示 基准电压 4、各部分电路功能说明：
（1）转换电路：它是用与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，再把这个电压采样放大，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。
（2）电压比较电路：由于被测量的物理量要分三档（即?值分别为80～120、120～160及160～200，对应的分档编号分别是1、2、3）还要考虑到少于80，和大于200的，于是比较电路需要把结果分成五个层次。则至少需要四个基准电压，该电路就是有一个串联电阻网络产生四个不同的基准电压，再用四个运算放大器组成的比较电路，将取样信号同时加到具有不同基准电压的
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比较电路输入端进行比较，对应某一定值Uo，相应的一个比较电路输出为高电平，其余比较器输出为低电平。
（3）编码电路：将电压比较电路的比较结果（高低电平）进行二进制编码。该编码功能主要由集成芯片8位优先编码器CD4532完成。
（4）译码电路：主要是把编码电路编成的二进制编码译码成十进制数，以便于人机交流（即要显示的数为人类易懂的十进制数1、2、3）。该电路功能主要由芯片CD4511完成。
（5）显示：该电路功能是用共阴数码管显示被测量的NPN型三极管?值的档次。
三、电路设计
根据设计方案的系统框图进行模块化设计以及参数的确定：
1、 转换电路 工作原理和功能说明
其中包括 微电流源（提供恒定电流）和 差动放大电路（电压取样及隔离放大作用）。
将变化的三极管β值转化为与之成正比变化的电压量，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。为了取得固定IB，采用微电流源电路提供恒定电流。 微电流源电路：
有些情况下，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
其电路图如下：
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