级晶体管放大倍数β的测量.docx

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级晶体管放大倍数β的测量

晶体管放大倍数β

检测电路的设计与实现

实验报告

姓名：

学院:

电子工程学院

班级:

2013211207

学号:

班内序号：

11

【课题名称】

晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现

【摘要】

晶体管是工程上常见的一种元器件，放大倍数为其基本参数。

为了检测出不同晶体管的放大倍数的粗略值，本实验利用集成运放电压比较器原理和发光二极管进行显示，将晶体管的放大倍数分成若干个档位进行测量。

利用本实验的电路，可以成功实现对晶体管类型的判断，对档位的手动调节，对晶体管放大倍数的档位测量，并在当所测三极管的β值超出测量范围时（β>250），能够进行报警提示。

【关键词】

晶体管类型晶体管β值档位判断发光二极管显示过大报警

【实验目的】

1、通过晶体三极管β值检测电路的设计与制作，加深对晶体管β值意义的理解；

2、了解并掌握电压比较器的实际使用电路和发光二极管的使用；

3、理解电子电路综合设计、安装和调试的基本方法；

4、加深对所学过的电子电路知识的理解和综合运用能力。

【设计任务和要求】

【基本要求】

1、电路能够检测出NPN、PNP三极管的类型；

2、在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小；

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

4、固定电路元件参数，用发光二极管来指示被测三极管的放大倍数β值属于哪一个档位，当β超出250时二极管能够产生人眼可识别闪烁报警信号；

【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和小于150四个档位进行判断，并且能手动调节四个档位值的具体大小。

2、NPN型、PNP型三极管β档位的判断可以通过手动切换或自动切换。

【设计思路、总体结构框图】

简易晶体三极管放大倍数β检测电路的设计总体框图如下所示：

电路由五部份组成：

三极管类型判别电路、三极管放大倍数β档位判断电路、显示电路、报警电路和电源电路。

1、三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型三极管电流流向相反，加正向电压时导通，发光二极管点亮，加反向电压时截止，发光二极管熄灭的特性，判别三极管的类型是NPN型还是PNP型。

2、三极管放大倍数档位判断电路的功能是将β值的测量转化为对三极管电流或电压的测量，再通过电压比较器，实现档位的判断。

3、显示电路主要由四个发光二极管与四个限流电阻串联组成，接在三极管放大倍数档位判断电路下一级，不同的运放输出电压的不同，将导致被点亮的二极管不同。

5、报警电路主要由一个555计时器和一个发光二极管实现。

通过555计时器输出端高低高电平的变换而实现二极管亮和灭的轮换。

6、电源电路的功能是为各模块电路提供直流电源。

【所用仪器及元器件】

1、万用表

2、直流稳压电源（+12V）

3、集成运算放大器（LM358）2个

4、555定时器（NE555）1个

5、发光二极管（实测红色压降=1.7V，黄色压降=2.0V，

绿色压降=2.0V）各2个

6、电位器（10K）1个

7、实测晶体管若干

8、电阻及电容若干

NE555LM358芯片

【电路设计及功能实现】

一.三极管类型判断电路

NPN型管判断电路如下图1所示，PNP型管判断电路如下图2所示，由于NPN型和PNP型三极管的电流流向相反，当两种不同类型的三极管按下图的其中一种连接方式接入电路时，如按图左将晶体管接入电路，将集电极接上端，发射极接下端，那么NPN型三极管能够正常导通，发光二极管亮，而PNP型三极管无法导通，从而发光二极管不亮。

因此，由二极管的亮和灭就能够判断出三极管的类型是NPN还是PNP。

图1图2

电路中加了一个电位器Rp，其主要作用是改变三极管一端连接的电阻的阻值，从而达到对于同一个三极管，可以改变Vc点的电位，从而实现在电路中手动调节四个档位β值具体的大小，与后面的电路相连从而实现电路的检测功能，但当具体判别β值时，必先去掉Rp，并固定R2的阻值。

根据图1所示电路，当电路接入NPN型三极管时，电路中的电流电压表达式为：

IB=（VCC-VBE-VLED）/R1=（12V-0.7V-VLED）/R1

VC=VCC-ICR2=VCC-βIBR2

由上式可以看出，由于R1为给定电阻，则IB为定值。

通过三极管电流分配关系将IC转换为βIB，则电压VC将随β变化而变化，这就把β转换为电压量，便于进行β不同档位的测量。

而且由于R2为可变电阻，即可手动调节VC的值，也就可以手动调节挡位值。

二、三极管放大倍数β档位测量电路和显示电路

三极管放大倍数β档位测量电路和显示电路如图3所示

图3

三极管放大倍数β档位判断电路其核心部分是由运算放大器构成的比较器电路。

所有运算放大器的反相输入端连接图1中的输出端VC；而运算放大器的同相输入端通过电阻对电源电压分压，得到四个标准电压值。

这样通过VC或VE的测量值进行比较就可以把β值分为四个档位，同时根据比较的结果，如果测量值大于标准电压值，则输出为低电平；如果测量值小于标准电压值，则输出为高电平。

显示电路是通过发光二极管来实现的。

通过运算放大器输出的高低电平，发光二极管产生亮和灭，这样就清楚地知道β值属于哪一个档位，如图3所示，发光二极管点亮时，从上至以次代表β<150、150-200、200-250、>250四个档位，从而达到了显示的作用。

三．报警电路

图4报警电路

报警电路主要是由NE555集成电路构成的振荡信号产生电路构成。

当晶体管放大倍数β超出250的检测范围时，与其档位相对应的比较器将会输出高电平，采用该高电平作为NE555集成电路的供电电源，可控555集成电路的输出端输出高低电平变化的振荡信号，以此控制发光二极管呈现闪烁状态，进行光闪烁报警。

四、总体电路参数设计

四部分的电路加起来如图6所示：

图6

直流电压选择：

+12V

判断电路参数确定

判断电路分压选择：

+6V、+4V、+2V

当VC>6V时，1号发光二极管点亮，代表β<150；

当6V>VC>4V时，2号发光二极管点亮，代表150<β<200；当4V>VC>2V时，3号发光二极管点亮，代表200<β<250；

当VC<2V时，4号发光二极管点亮且闪烁报警，代表250<β；

确定分压电阻：

取R0=R3+R4+R5+R6=12kΩ

由R3/R0=6V/12V,得R3=6kΩ

同理，以次确定R4=2kΩ，R5=2kΩ，R6=2kΩ

三极管判别电路参数确定（已去掉滑动变阻器）

确定发光二极管：

取红色，VLED=1.7V

确定R1：

为使三极管不进入饱和区且基极电流不至过小，R1取300kΩ

确定R2：

由上面已确定的判断电路参数可知，当VC=2V时，β=250，则由

IB=（VCC-VBE-VLED）/R1=（12V-0.7V-VLED）/R1

VC=VCC-ICR2=VCC-βIBR2

将VLED=1.7V，R1=300kΩ，VC=2V，β=250代入

得R2=1.25kΩ

（当β=200、150时均符合要求）

显示电路参数选择：

发光二极管选择：

1到4管以次选择黄、绿、黄、绿

串联保护电阻均选1kΩ

报警电路参数选择：

R11选择：

10kΩ

R12选择：

1kΩ

R13选择：

1kΩ

C1选择：

30uF（不可过小，否则闪烁现象不明显）

C2选择：

0.01uF

【Multisim仿真】

手动调节使第判断电路发光二极管4亮时仿真图

固定参数使判断电路发光二极管1亮图（此时发大倍数小于100倍）

【主要实验图片和测试数据】

1、主要实验图片

手动调节第一档灯亮时

手动调节二档灯亮时

手动调节三档灯亮时

手动调节四档灯亮时

固定参数电路俯视图

固定参数电路侧视图

固定参数电路三档灯亮时，表示放大倍数200<β<250

固定参数电路四档灯亮并报警电路闪烁报警时

表示放大倍数250<β

2、基本电压测量

红色发光二极管点亮时两端压降：

1.697V

绿色发光二极管点亮时两端压降：

2.040V

黄色发光二极管点亮时两端压降：

1.963V

三极管发射极与基极间压降：

约为0.70V

2、判断档位测试数据（含对固定参数电路数据处理）

手动调节电路亮灯

发光二极管

1

发光二极管

2

发光二极管

3

发光二极管

4

三极管集电极极输出电压

8.024V

5.439V

2.987V

1.813V

三极管基极电压

1.709V

1.706V

1.703V

1.691V

三极管发射极电压

2.384V

2.381V

2.389V

2.381V

判断电路比较电压（分压）1

6.019V

6.020V

6.020V

6.020V

判断电路比较电压（分压）2

4.015V

4.015V

4.016V

4.016V

判断电路比较电压（分压）3

2.001V

2.002V

2.002V

2.002V

LM358输出电压1

1.268V

10.408V

10.783V

10.816V

LM358输出电压2

0.007V

1.160V

10.495V

10.816V

LM358输出电压1

0.006V

0.056V

1.154V

9.196V

C1两端电容电压

0.006

0.056

1.139V

5.319V

报警电路发光二极管电压

0.005

0.023

0.768~1.012V

1.51~1.74V

固定参数判断电路亮灯

发光二极管3

发光二极管4

放大倍数β

200<β<250

250<β

三极管集电极极输出电压

2.146V

1.888V

三极管基极电压

2.383V

2.388V

三极管发射极电压

1.697V

1.698V

判断电路比较电压（分压）1

6.029V

6.013V

判断电路比较电压（分压）2

4.022V

4.007V

判断电路比较电压（分压）3

2.005V

1.984V

LM358输出电压1

10.826V

10.824V

LM358输出电压2

10.520V

10.853V

LM358输出电压3

1.155V

9.195V

C1两端电容电压

0.057V

9.203V

报警电路发光二极管电压

0.768~1.012V

1.51~1.74V

固定参数放大电路数据处理：

（1）发光二极管3亮时：

有IB=（VCC-VB）/R1=（12V-2.383V）/300kΩ=0.0321mA

IC=（VCC-VC）/R2=（12V-2.146V）/1.25kΩ=7.8832mA

则β=IC/IB=7.8832/0.0321=245.58

按照电路设计，此时200<β<250，应当发光二极管3亮，与实际相符

（2）发光二极管4亮时：

有IB=（VCC-VB）/R1=（12V-2.388V）/300kΩ=0.0320mA

IC=（VCC-VC）/R2=（12V-1.888V）/1.25kΩ=8.090mA

则β=IC/IB=8.090/0.0320=252.8

按照电路设计，此时250<β，应当发光二极管4亮，与实际相符

【故障及问题分析】

1、故障：

开始仿真时，无论如何调节NPN类型判别电路的电阻主值或是更换NPN型三极管，判别电路的发光二极管均不亮。

问题分析：

经过仔细检查，发现没有接地线，则类型判别电路不接地线时，发光二极管不能正常工作，这对后来的实验有着直接而深刻的提醒作用。

解决方法：

接地线。

2、故障：

实际进行电路调试中，无论如何手动调节滑动变阻器的阻值，判别电路的1、2号判别灯均不可亮，即β<150和150<β<200的档位灯不可亮。

问题分析：

起初时，类型判别电路的参数为R1=200kΩ、R2=820Ω，则R2与滑动变阻器串联最小阻值为820Ω，实验室三极管放大倍数一般大于230，由

IB=（VCC-VBE-VLED）/R1=（12V-0.7V-VLED）/R1

VC=VCC-ICR2=VCC-βIBR2

有滑动变阻器取值为0时，集电极电压输出VC最大为2.947V<4V,

则无论如何手动调节滑动变阻器，其输出均不可大于4V，1、2号判别灯不可能被点亮

解决方法：

减小R2的阻值，取100Ω，利用滑动变阻器串联实现电阻的从大到小的变化，判别灯

3、故障：

手动调节滑动变阻器使判别电路的4号判别灯点亮并使报警电路闪烁报警时，闪

烁报警灯的亮灭不明显

问题分析：

开始时，电容C1所取容值为10uF，比较小，充放电的周期太短，闪烁频率过高，以致亮灭不明显，肉眼不可辨

解决方法：

将电容更换为阻值是30uF的电容，使充放电周期变长

4、故障：

固定电路参数（R1=200kΩ、R2=820Ω）后，进行三极管放大倍数判别时，放大倍数250<β或200<β<250时，显示电路均是3号灯被点亮，即250<β档不可用

问题分析：

R1取值过小，当判断250<β档的三极管时，电流IB过大，使三极管进入了

饱和状态，电流IC与电流IB的比值小于250，即实际放大倍数不够250倍

解决方法：

更换类型判别电路电阻参数，使R1=300kΩ、R2=1.25kΩ，则放大倍数为150、

200、250时，输出电压VC依然分别为6V、4V、2V，且当放大倍数大于250时

三极管不易进入饱和区

【总结和结论】

本次实验中，三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型电流流向均相反的特性而实现的。

三极管放大倍数档位判断电路的功能是利用三极管的分配特性，将β值的测量转化为对三极管电压的测量，同时能够对档位进行手动调节。

再通过电压比较器，实现档位的判断。

显示电路主要由四个发光二极管与四个限流电阻串联组成，接在三极管放大倍数档位判断电路下一级，不同的运放输出电压的不同，将导致被点亮的二极管不同，且当判别4号灯亮（250<β）时同时闪烁报警。

本次实验过程中，我收获了许多。

1、本次实验的直接收获是加深了对晶体管β值意义的理解，掌握了电压比较器的实际使用电路，理解了电子电路综合设计、安装、调试的基本方法和流程，同时加深了对所学过的电子电路知识的理解和综合运用能力。

2、因为面包板的面积不大，所以合理规划各个元器件的放置位置十分重要，由于在搭建之前进行了规划，电路一次就大体上搭建好了，只是需要细调就好，这是本次实验做得比较好的地方。

但一开始的时候，由于没有事先查找好LM358和NE555的参数并打印出来，以至于搭建好的电路管脚连接常出现一些小的问题，后来做了这步工作后，连接电路时就比较顺利了。

所谓磨刀不误砍柴工，搭建电路之前必须先做好准备工作。

3、由于开始时对电路的功能和结构的不熟悉，我上网查找了许多以往的实验报告，并对其中的参数进行了细致的比较，对数据的合理性进行了检查，然后选择了其中较为合理的作为了起始参数。

可是纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，查找到的数据也不一定是对的，有些数据从理论上来说是没有错的，可是却没有考虑电子器件的实际参数，从而导致实际实验时的出错。

所以从别人处得来的数据都应只能作为一个参考，实际具体操作时还需具体分析。

4、做实验要有探知的精神，不能只为了得到一个结果。

在做判别电路部分的电路功能检测时，一开始报警电路的闪烁现象并不是很明显。

在老师的建议下，我对实验电路进行了重新的思考，终于发现有可能是电容太小的问题，经过对电容值的增大，果然发现实验效果比本来更好了，而当其曾大到一定值时，变好的趋势就不明显了。

从这里面，我们可以把课本知识与实际实验联系起来了，大电容的充放电周期更长，同时不选十分大的电容又与元件的价格和电路所占的空间有关。

所以做实验不能只为结果，更要多想想为什么是这样，多与书本联系，多与市场制作成本）和实用性联系。

【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

《电子电路基础》北京邮电大学电信工程学院电路与系统中心