晶体管放大倍数β检测电路的设计分析实现Word文件下载.docx
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二、设计任务要求
设计一个简易晶体管β值检测判别电路，该电路能够实现对晶体管β值大小的判断。
1.基本要求：
a.电路能够检测出NPN、PNP型三极管的类型。
b.电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200、小于150共四个档位进行判断。
c.用发光二极管来指示被测三极管的β值属于哪一个档位
d.在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。
e.当晶体管β值超出250时能够闪烁报警。
2.提高要求
a.电路能够将PNP型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200、小于150共四个档位进行判断，并且能够手动调节四个档位值的具体大小。
b.NPN、PNP型晶体管β值的判断可以通过手动或自动切换
三、设计思路和总体结构框图
1.设计思路
本实验关键之处在于如何将三极管放大倍数β的变化用一个便于测量的物理量的变化来表示。
实验室最易测量的量即是电压，并且三极管CE极间电压便可反应集电极电流Ic的变化，故不妨用某种手段固定Ib值，通过检测CE极间电压的变化间接检测β的变化。
而将电压值分为几个档位则想到用电压比较器实现并通过输出电流驱动LED显示出来。
最后，报警电路可利用LED闪烁报警，可由555定时器实现。
2.总体结构框架图
四、分块电路、总体电路的设计过程（含电路图）
现将实验电路可为6个板块。
分别指的是三极管类型判别电路、β-v转换电路、三极管放大倍数β档位判断电路和显示电路、报警电路、电源电路、从NPN型晶体管β检测到PNP型晶体管β检测的转换电路。
以下依次介绍各版块。
（电源电压选为10V）
1.三极管类型判别电路
电路设计图如上所示（右端输出为VC）
由于NPN型和PNP型晶体管的电流流向相反，当两种类型的晶体管按上图连接的时候，则PNP管不导通，从而发光二极管不亮。
因此通过发光二极管的亮灭可以判断三极管的类型。
2.β-v转换电路
选择10V电源串接1k电阻及LED，并用万用表测得普通LED发光二极管两级电压VLED=2.1～2.2V，又VBE=0.7V，VCC=10V
有：
IB=（Vcc-Vbe-Vled）/R1=（10-0.7-Vled）/R1
故：
IC=IB•β=β（10-0.7-Vled）/R1
β值约在150～250区域变化，而LED驱动电流（即IE，约为IC）约在5～10mA，那么：
可知R1约在180k～216k,可取R1=200kΩ。
此时，有IC=0.036•β
则VC=10-0.036β•R（可设R=R12+R3）
该式中R值的设计在下一分块电路设计中说明
3.三极管放大倍数β档位判断电路和显示电路
电路设计图如上所示（右端输出为β大于250时连接报警电路，左端输入为VC）
1先设计R2、R4、R5、R6四个电阻值及第一板块中R12、R3。
由电路功耗、安全等性能考虑四分压电阻阻值和应在20k左右。
可设R2+R4+R5+R6=20kΩ
如图，可设电压比较器U1、U2、U3正输入端各点电压为V1、V2、V3。
又由上一分块电路得：
VC=10-0.036β•R
可先假设取R=0.5k,根据β节点依次可求得V1=7.3V，V2=6.4V,V3=5.5V
由电阻分压定理，可计算得出：
R3=5.4kΩ、R4=1.8kΩ、R5=1.8kΩ、R6=11kΩ
可取：
R3=5.6kΩ、R4=2kΩ、R5=2kΩ、R6=12kΩ
此时，又可算得：
V1=7.41V、V2=6.48V、V3=5.55V
将以上各值与β=150、200、250对应代入VC=10-0.036β•R中，得：
R=0.480kΩ、R’=0.489kΩ、R’’=0.494kΩ
则可取R=R12+R3=488Ω
此时R12=288Ω该值即为准确测量β值时滑动变阻器应调之值。
下面设计保护电阻R3及R12最大值：
由于实验室三极管β值跨度范围有限，用调节R12值模拟β的变化。
为了使不论届时插入的三极管β值大小如何，调节R12值均能使四盏LED灯都亮，做以下计算：
若插入的管子β=250，要使四盏LED灯都能亮，R值至少可调于310Ω～510Ω；
若插入的管子β=150，同理，R=517Ω～850Ω
故可取保护电阻R3=200Ω、R12max=1kΩ
②下面设计R7、R8、R9、R10
由第一板块知：
VLED=2.1～2.2V，ILED=5～10mA
由LM358N高电平输出和低电平输出电压及流经LED的电流，可取：
R7=R8=R9=R10=560Ω
4.报警电路
电路设计如上所
仿真电路中用LM55CM替代NE555定时器
查阅资料可知取C1=0.01μF，
LED管闪烁发光的周期为：
T=0.7•（R11+2•R13）•C2=1.47s
占空比为D=50%
考虑到闪烁周期便于观察，占空比合适，且功耗较小等因素，可取：
R11=10kΩ,R13=100kΩ,C2=10μF
使得LED亮度合适，取R14=1kΩ即可。
5.电源电路
电源电路为整个电路提供10V直流电压，用稳压电源直接提供。
6.从NPN型管β检测到PNP型管β检测的转换电路
电路设计图如上所示
本来想用双电源供电，只需调换电源和发光二极管输出用另一电源等效，但实际操作过程中没有完成，找不到错误原因，从而舍弃。
最终改用单电源，搭两路电路的方法，即分别搭建PNP,NPN型晶体管的电路。
通过以上介绍，该实验总体电路图如下：
五、所实现功能说明
A.基本要求
1.通过该电路板块一能够检测出NPN、PNP三极管的类型。
若将某三极管插入第一板块左侧，接上电源后第一板块中左侧LED发光，证明该三极管为NPN型，若不发光，则是PNP型，插入第一板块右侧。
2.电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200、小于150共四个档位进行判断。
实验中用万用表实测V1=7.29V,V2=6.44V，V3=5.38V。
与理论误差甚微。
证明档位判断较为准确。
在进行准确β档位判断时，用万用表测得R12+R3=488Ω（见分块电路设计）后即可
3．用发光二极管来指示被测三极管的β值属于哪个档位。
上述万用表测得的V1、V2、V3值即是在LED转换之时测得的数据
4.在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。
通过调节滑动变阻器R12的值可以模拟β值的变化，使得四个档位的LED依次发光。
5.当β超出250时能够闪烁报警。
报警时发光二极管闪烁频率适中
B.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、小于150共四个档位进行判断，并且能够手动调节四个档位值的具体大小。
结合“四、分块电路、总体电路的设计（电路图）”部分第五版块电路设计图（重画于上），并同样以第二板块电路中LED转换作为标准判别，用万用表测得图中右端二线间的电压为：
V1=7.40V,V2=6.50V，V3=5.42V，实际与理论相符。
并且同样能通过调节滑动变阻器之值模拟β的变化从而使β四个档位LED依次变化。
2.NPN、PNP三极管β档位的判断可以通过手动切换。
如上二图所示：
上图1为NPN型三极管β档位判断，上图2为PNP型三极管β档位判断。
进行如下手动切换即可（以NPN至PNP为例）：
1移除第一板块左侧NPN管；
2将第一板块输出线接到PNP管的集电极；
3将第一板块右侧PNP管插入；
4连接电源。
六、故障及问题分析
1.在搭建电路的时候遇到问题，检查电路连接没有问题，但总
不能实现功能，后发现一电阻发热特别厉害，经检测发现是面包
板一部分短路所致，拆除电路，换面包板，重新搭建则将问题解
决。
2.在NPN、PNP三极管β档位判断转化的设计时遇到了难题，开始想使用双电源供电，只需变换电源连接，发光二极管方向，输入第二板块接入即可，无需加入其他元件。
但在实行过程中差点烧坏电路。
后改用在第一板块重搭一个PNP电路解决，虽然增加了元件，但操作方便，而且不易因粗心大意损坏电路
七、总结和结论
总结：
通过本次电子电路综合设计实验的学习，我充分认识到
实验前设计的重要性。
设计时必须要有良好的理论作为基础，
并能大胆假设、小心求证；
而在实践操作检验设计时又必须有
很强的动手能力，且要时刻保持警惕，避免粗心大意造成不必
要的损失，同时要善于思考，善于发现问题。
通过本实验内，我对晶体管β值的意义有了更深的理解，对
电压比较器、发光二极管的使用有了一定的掌握。
对设计、动手
能力都是一次很大的提高。
试验后又对multisim软件有了一定
掌握。
实验结论：
本实验电路确能实现三极管类型判断、其放大倍数β档位判断及于β高于250时报警、手动切换NPN、PNP型三极管β判断的转换等功能。
八、multisim绘制的原理图及搭接电路
九、所用元器件及测试仪表清单
所用元器件
使用仪表
LM3582个
数字式万用表1台
NE555N1个
示波器1台
普通LED7个
稳压电源1台
1k电位器2个
电阻、电容若干
参考文献
《电子测量与电子电路实践》2013年6月第一版
《电子电路基础》刘宝玲主编2013年1月第二版
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