电子电路实验报告 电子电路实验报告(检测电路的设计与实现).doc

电子电路实验报告电子电路实验报告晶体管放大倍数检测电路的设计与实现 院系：信息与通信工程学院班级： 08119班 姓名： 邓威 学号： 08210565 班号： 15号电子电路实验报告晶体管放大倍数检测电路的设计与实现学院:信息与通信工程学院班级:08119班姓名:邓威学号:08210565(15号)一、摘要。随着电子测量的不断发展，三极管在集成电路中的应用极为广泛，对于三极管的特性也有着不同的需求，由于工艺等个方面的不同，晶体管的放大倍数也有区别。在大学的电路实验中，我们用到了8050和 8550 两类三极管，本实验的目的是实现对这两类晶体管放大倍数的测定。实验电路由三极管类型判别电路、三级管放大倍数档位判断电路(利用电压比较器)、显示电路、报警电路和电源电路五部分构成。旨在通过实验电路大致判断出三极管的型号以及放大倍数的大概范围，分别实现三极管类型判断、档位判断、显示放大倍数、报警提示、电源电路设计等功能。同时通过protel设计软件设计检测电路的PCB project。关键字：放大倍数，档位判断电路，显示电路，报警电路。二、实验目的。1加深对晶体管值意义的理解。2了解掌握电压比较器的实际使用。3了解发光二极管的使用。4提高电子电路综合设计能力。三、实验原理。简易晶体管放大倍数检测电路由三极管类型判别电路，三极管放大倍数档位判别电路，显示电路，报警电路和电源电路五部分构成。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的特性，通过判断发光二极管亮灭判断三极管的类型是NPN型还是PNP型。三极管放大倍数档位判别电路的功能是利用三极管的电流分配特性将的测量转换为对三极管电流的测量，并实现对档位的手动调节，并利用比较器的原理，实现对档位的判断。显示电路的功能是利用发光二极管将测量结果显示出来。报警电路的功能是当所测三极管的值超出测量范围时，能够进行报警提示。电源电路的功能是为各模块电路提供直流电源。四、设计任务要求及原理电路。1.基本要求：设计一个简易晶体管放大倍数检测电路，该电路能够实现对三极管值大小的初步判断。（1）电路能够检测出NPN、PNP三极管的类型。（2）电路能够将NPN型三极管放大倍数分为大于250，200-250，150-200，小于150共四个档位进行判断。（3）用发光二极管来指示被测电路的值属于哪一个档位。（4）在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小。（5）当超出250时能够闪烁报警。设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。2.提高要求：（1）电路能够将PNP型三极管放大倍数分为大于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 NPN,PNP三极管档位的判断可以通过手动或自动切换。（2）PROTEL软件绘制该电路及其电源电路的印制电路版图（PCB）。3.设计思路及总体结构框图。简易双极性三极管放大倍数检测电路由三极管类型判别电路、三级管放大倍数档位判断电路、显示电路、报警电路和电源电路五部分构成。（1）三极管类型判别电路: 利用NPN和PNP型三极管的电流流向反向的特性，判别三极管类型是NPN还是PNP型。（2）三级管放大倍数档位判断电路：利用三极管的电流分配特性，将 的测量转化为对三极管电流的测量，同时实现对档位的手动调节，并利用电压比较器的原理实现档位的判断。（3）显示电路： 利用发光二极管把测量结果显示出来。（4）报警电路： 当被测三极管的值超过250时，进行报警提示。（5）电源电路：利用交流电源（）转换为直流电源（），为各模块电路提供直流电源。图1 简易双极性三极管放大倍数检测电路的总体框图总体结构框图:4.分块电路和总体电路的设计。（1）晶体管类型判断电路：图2 三极管类型判别电路和放大倍数测量电路如图2，由于NPN 型与PNP 型二极管的电流流向相反，当两种三极管按图中电路结构且连接方式相同时（即集电极接上端，发射极接下端），则NPN 型三极管导通，从而发光二极管亮。PNP 型三极管无法导通，发光二极管不亮。因此通过发光二极管的亮或灭，即可判定三极管的极性。并且将PNP 型三极管翻转连接（即集电极接下端，发射极接上端），电路即可正常工作。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)/R1VC=VCC-ICR2=VCC-IBR2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IB，则电压VC 将随 变化而变化，这就把转换为电压量，便于进行不同档位的测量。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。当电路接入PNP 型三极管时，电路中的电流电压表达式为：IBR2+0.7V=IBR1 VE=VCC-ICR2=12V-IBR2同样，电压VE将随变化而变化，同时也可以通过R2调节档位值。三极管放大倍数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中的输出端VC或VE；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。参数设计：由实验指导可知由LM358元件的参数表，应设Vcc = 12v，根据晶体管性质可知VBE = 0.7v，又通过翻阅相关资料知VLED = 1.5v，为了防止输出电流过大，在元件箱中选择R1=330k，则IB=(VCC-VBE-VLED)/R1=(12V-0.7V-VLED)/R1=0.03mA又因为VC=VCC-ICR2=VCC-IBR2，所测得值应分为以下几个档位：<100, <150, <200, <250, 及>250通过电路中二极管灯亮与灭判定所测值。当50时，此时c1.5mA，由的测量范围，再取R2 = 600，可算得以下数据： < 100: Vc >12v - IBR2 = 10.8v； = 100：Vc = 12v -IBR2 = 10.8v；100 < <150: 10.2v < Vc < 10.8v； = 150：Vc = 12v -IBR2 = 10.2v； = 200：Vc = 12v -IBR2 = 9.6v； = 250：Vc = 12v -IBR2 = 9.0v；150 < <200：Vc > 9.6v；200 < <250：Vc > 9.0v； > 250：Vc < 9.0v。（2）显示电路：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，这样就清楚地知道值属于哪一个档位，达到了显示的作用。这里需要注意的是，运算放大器的输出电流要与发光二极管的驱动电流匹配，如果运算放大器的输出电流过的就要串接限流电阻；如果运算放大器的输出电流过小就要介入晶体管进行电流放大。若在显示电路的前端接入译码电路，可以减少发光二极管的数目。从资料查得：普通发光二极管的正向饱和压降为, 正向工作电流为。为避免发光二极管容易被烧毁，所以要加限流电阻，分别设计组织如下：R o1 = R o2 = R o3 = Ro4 = 1k在不同的比较点分别与发光二极管串联。图4 报警电路附：小封装发光二极管典型参数。（3）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。闪烁周期T=0.7(R1+R2)C1占空比D=R2/（R1+2R2）原理：报警电路在>250时工作，此时LED6亮。 为了使发光二极管闪烁，由公式设计参数。附：555集成电路引脚排列。5.参数设计及功能实现。（1）参数设计：如前所述，R1设为330K，R2设为600，便于调节；分压电路中，四个电阻的阻值R3、R4、R5、R6分别设为6k、2k、6k、10k；其他参数参照课本中的数据。（2）功能实现：电路能正确的判断三极管的类型（NPN型和PNP型），当三极管为8050（NPN型）时，类型判别电路中的发光二极管能正常发光，当三极管为8550（PNP型）时，类型判别电路中的发光二极管不能发光。电路能够将NPN型三极管放大倍数分为大于250，200-250，150-200，小于150共四个档位进行判断，属于哪个档位时，相应的指示该档位的发光二极管亮，显示值的范围。通过手动调节电位器的值来改变VC的值，即手动调节四个档位值的具体大小。当值超过250时报警点路中的发光二极管能闪烁报警，并且加上喇叭后还能发出一定频率的报警声。五、用PROTEL软件绘制的电路原理图。（1）总体电路：（2）PCB版图：（3）3D图：背面：六、实验数据处理及分析。（1）实验数据：<150比较器1V+=10.18V输出低电平灯1亮V-=11.62V150<<200比较器1V+=10.17V输出高电平 灯2亮V-=9.76V比较器2V+=9.45V输出低电平V-=9.76V 200<<250比较器1V+=10.17V输出高电平 灯3亮V-=9.53V比较器2V+=9.45V输出高电平V-=9.31V比较器3V+=8.86V输出低电平V-=9.31V>250比较器3V+=8.86V输出高电平灯4亮，警报器亮V+=8.53V（2）实验数据分析:从上面的实际实验测量得到的数据和用DXP软件模拟得到的数据相比较，可以看出还是有一定的出入的，也就是说实验数据和模拟实验的数据并不是完全一致，但是实验的现象都较好的达到了，实际实验搭出来的电路板符合了实验的要求。以下是我分析的几点原因：1、 模拟的实验是在理想的情况下运行的，也就是说不要考虑外界的各种干扰。2、 在实际实验中有很多的电阻和其他的原件有的是没有符合的要求值，有的是有一定的误差，这些都造成了数据的不同。3、 但是由于数据相差在实验允许的范围内，所以在实际实验中还是得到了符合实验要求的结果。七、故障及问题分析。（1）连好电路后，发现无论怎样调节电位器，始终是第一个LED发亮，而其他的LED都不亮。检查了电路发现电路的连接没有问题后，就像是不是有参数的问题，最后发现是参数选择不佳。我的电位器是1K的，但与电位器串联的电阻却为1K，显然调节的作用不大，于是我改变了参数，将R1改为330k，同时将串联电阻R2改为600，这样电位器就起到了调节的作用。后来为了观察到更明显的效果，又将分压电路的电阻值做了改动，最终达到了满意的效果。（2）在最后验证实验要求的时候，发现无论是PNP和NPN都使指示灯亮了，开始还是以为是电路的问题，可是检查了电路后还是没有问题，后来发现在软件模拟的电路里有稳压二极管，而在我连得电路里没有，在按实验要求连接了稳压二极管后就有了符合要求的现象出现了。这个可能是由于电压太大导致了PNP反向导通了，从而使指示灯有了微弱的亮光。八、实验总结与结论。这是一次通过自主设计，自主调节的综合电子电路实验，同时这次实验也是大学电子电路实验里最复杂的一次实验了。通过对这次实验自己亲身的设计，思考，操作。有设计不符合要求的郁闷，有操作中搭电路的烦琐。但是这一次的实验却也给了我很好的锻炼。它不仅需要我们动手操作的能力，更注重我们的研究问题，分析问题，解决问题等能力。在这次实验中我深深地感受到了如何将理论原理变为现实的过程。同时，通过这一次实验我也学到了很多新的知识，认识了LM358和NE555两个集成芯片，熟悉了它们的功能和在电路中的应用，同时也掌握了一些书本中没有的小常识，如怎样判断LED的正负等等。在本次实验中的计算机仿真部分，我学习了新的软件DXP。并动手用该软件绘制了电路图和PCB版，进行了3D仿真。通过自己的实践，我对于电子电路实验过程中的各个步骤都有了很深刻的了解和应用，这对于我以后设计其他的电子电路实验和进行其他科目的实验都有很大帮助作用。总的来说，虽然这次实验有一定的难度，但是也让我受益颇丰！附：（1）元器件清单简易晶体管放大倍数检测电路中使用的电子元器件如下表所示：元件或测试仪表数量NPN、PNP型晶体管若干LED发光二极管6个LM3582个1K电位器1个NE5551个1.00k电阻：6个6.2k电阻：2个400电阻：1个2 k电阻：2个10k电阻：1个330k电阻：1个10uF电容：1个0.01uF电容：1个面包板1块数字万用表1块直流电源块九、参考文献：1.电子电路综合设计实验教程，北京邮电大学电路中心，2009年3月。2. National Semiconductor, Mar.2002。3.电子测量与电子电路实验，张咏梅，陈凌霄等，北京邮电大学出版社，2004年3月。4. Protel DXP电路设计标准教程，李刚，王艳林，孙江宏等，清华大学出版社，2005年6月。5.模拟电子技术基础，童诗白，华成英主编，高等教育出版社（第三版）。18