晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现.docx

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1、晶体管放大倍数碓测电路的设计与实现晶体管放大倍数P检测电路的设计与实现实验报告一，摘要简易晶体管放大倍数B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B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B值超出测量范

2、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。关键字：放大倍数8,档位判断电路，显示电路，报警电路二，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8检测电路，该电路能够实现对三极管8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8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8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8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

3、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8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8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、总体结构框图:图1简易双极性三极管放大倍数B检测电路的总体框图分块电路和总体电路的设计（含电路图）晶体管判断电路图2 三极管类型判别电路和放大倍数0测量电路如图，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

4、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）/Ri =（12V-7V-Vled）/RiVC = VCC-ICR2 = VCC-PIBR2由上式可以看出，由于R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bib，则电压vC将随B变化而变化，这就把B转换为电压量，便于进行B

5、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：BIbR2+0.7V=IbR1Ve = Vcc-IcR2=12V-B】bR2同样，电压ve将随B变化而变化，同时也可以通过r2调节B档位值。三极管放大倍数B 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B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

6、平；如果测量值小于标 准电压值，则输出为高电平。显示电路图3：二级菅放大倍数仲档位比绞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B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。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B超出250的检测范围时，与其档位

7、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)三，参数设计及功能实现1 .参数设计 由实验指导知，、夫广匕广V?R1 =国-0.7V-)/R设Vcc=12V，根据晶体管性质知Vbe=0.7V，取IBe0.035mA, R2=1KQ (串联后的总阻值)则由 IB = (VCC-VBE-VLED) / R1 = 0.035mA,取 Ry330KQ; B=150 时，Vc = Vcc -I

8、c R2 =VccIB R2=12-150X0.035X 1 = 6.75V B=200 时，Vc =12200X0.035X1 = 5V B=250 时，Vc =12250X0.035X1 = 3.25V 求得r3, r4, r5, r6比值为（12-6.75）:（ 6.75-5 ）:（ 5-3.25） : 3.25 3.3:1.1:1:2所以取 R3，R4，R5，R6分别为 3.3KQ,1.1KQ,1KQ,2KQ.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，

9、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B分为大于250, 200-250, 150-200,小于150 共四个档位进行判断，B属于哪个档位时，相应的指示该档位的发光二极管亮，显示B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B四个档位值的具体大小。当B值超过250时报警点路中的发光二极管能闪烁报警。总体电路（带电源）扩展实验PNP1 .参数设计当电路接入PNP型三极管时，电路中的电流电压表达式为:6、R2 +。方=IBR1V = V -1 R = 12V-61 Re CC C 2B 2同样，电压Ve将随B变化而变化，同时也可以通过R2调节B挡位值

10、。 参数设定与前一个电路数据基本相同，只是电路图有所改变。2 .电路图：(3) 电路原理与第一个图不同的是，标准电压的接线端接LM 3 5 8的负接线端，比较电压Vc若大于标 准电压，则输出高电平，小于标准电压，则输出低电平。(4) 功能说明LED6亮，说明是PNP；LED 1亮，B250，此时LED5闪烁，报警；故障及问题分析在检验PNP不同B值时，发现可变电阻器只对前中间两个灯有作用；而后两个灯，总 是同时亮或者同时不亮，而且报警电路在第四个灯亮时也没有亮。经检查，发光二极管并无 损坏，三个集成块也是完好的。后来问老师后才知道，比较器的端口必须对应起来。即2、 3对应1； 5、6对应7。我

11、把集成块的对应端口接错了，才导致了上述情况。重搭电路后， 四个二极管终于分别能亮了。其次是报警电路的灯虽然亮却看不到闪烁现象，经过反复检查电路，发现1端口没有 接地，接地后即可看到闪烁报警现象。随后检测测量不同B值的精确度，可能由于实际电阻的误差问题，并不完全与理论符 合，在测量B为245的三极管时，测得值为大于250，但其他的三极管测得值还是比较准 确的。比如183和213的三极管就可以分辨出来。在用示波器测量报警电路的闪烁频率时，由于频率较低，不能仔细测量，周期近似为 0.8s。扩展实验与NPN的测量差不多，而且人品突然变好了，按图搭好电路后，直接能够实 现功能，没有什么错误，而且在所测的

12、几个三极管中，测得的范围都是准确的。总结和结论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。在本实验中，电路能判 断出三极管的类别，也能相对较准确的检测出位于NPN管的放大倍数位于什么档位。通过本次实验，我更加深刻的理解了三极管的工作原理，对NPN型和PNP型三极管 的区别有了更深刻的认识。并且加深了对晶体管B值意义的理解；了解掌握了电压比较器 电路的实际使用；对NE555集成电路也有所了解。并且通过本次实验，我对模拟电路实验 的兴趣更加浓厚，虽然以后可能没有机会再去实验室做此类实验了。进一步地增强了设

13、计试 验参数和动手操作的能力。还通过用protel软件制电路图，画版图，对这个软件有了一定 的了解，接触到了比较专业的制作电路板的软件。用PROTEL软件绘制的电路原理图（SCH）。PCB版图：反色后:7图3D所用元器件及测试仪表清单阻值不等的电阻12个，1K电位器1个，发光二极管6个，被测三极管若 干，电容2个，导线若干，集成运算放大器LM358三个，NE555集成电路1个，12V直流稳压电源注：参考文献电子电路基础电子测量与电路实验第八讲 晶体菅数大电路的M种接法一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电踣的比较四，三种接法的组合形式基本共集放大电路在输入回路r B3t K

14、b和K共同决定基极电流在输由回路，V球提供集电极电流和输由电流输出电压从麦射极获荷，又称为射极输出舞静态分析.& 一 “日图j =-尼h Hl夕代焰感（SJu泗二%上虬2.动态分析：输入电阻的分析带角载电快 何三章否成顽新R陵射极电阻等效到基极回路后，括增大，敞实集政 大电路输入电阻比洪:射放大电路揄入电阻大得多.比与负载有美!二-动态分析：输出电阻的分析令氏为零，保留此，在输出端加得:砒丫 O&与信号源内阻有关!3,特点输入电阻大.输出电阻小i只放大龟流】不欷大电压; 一定条件下有电庙跟鹿作用！：本共JtiSi大电路1、静态分析优=如=.LL ./一F j., E 邛您R =汁十一J H F

15、J3、特点；输入电阻小,频带宽！只放大电压，不放大电流!接法共射共集共基大小于1大B1+pafli中大小大小大频带窄中宽誓营，三种揍法的比校：空载情况下imHI 艾迂*唉 三种接法的组合形式士另使单级疝电路具着多而的优良性能，有时 采用组合接法。例如；-共集一共基形式输入皑阻高,电压放大倍数较大、 频带宽-共集一共射形式：输入电阻高，电压放大倍数较大L1$判断图示电路为哪种基本接法的放大电路，它们的静 态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点，电压放大倍数、 输入电阻和输出电阻的表达式，二电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。J.1. 50的静态工作点稳定的放大 电路。晶体管可选择3DG6、9

16、011电流放大系数。=60150, ICM100mA, PCM450mWo2、画出放大电路的原理图，可以利用Multisim 8进行仿真或者在实验设备上实现，并 按要求测量出放大电路的各项指标。三、实验原理1、原理简述图为电阻分压式静态工作点稳定放大器电路。它的偏置电路采用Rb1和rB2组成的分压 电路，并在发射极中接有电阻re，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入 输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与u/目位相反，幅值被放大了的输出信号 u0,从而实现了电压放大。图2.2.1共射极单管放大器实验电路2、静态参数分析在图电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体

17、管T的 基极电流IB时（一般510倍），则它的静态工作点可用下式估算：a !B4URB1 + RB2 cc(2-1)U U Z1八、丁a BB a (1+P)IBI e RUce=UccfIC (RC+Re)CE CC C C E3、动态参数分析电压放大倍数(2-2)(2-3)A =bV!V rbe(2-4)输入电阻Ri = RB1/Wbe输出电阻RoRc4、电路参数的设计(1)电阻RE的选择根据式(2-1)和(2-2)得(2-5)(2-6)R =-U_E (1 + P)IB式中P的取值范围为60-150之间(2)电阻Rb1，RB2的选择流过RB2的电流IRB 一般为(5-10)UBIRB -

18、 IB(2-7)UB选择3-5V, IB可根据p和ICM选择。ib，所以，rb1，rB2可由下式确定RB1(2-8)RB2(2-9)(2-10)Ucc - UBIRB(3)电阻RC的选择根据式(2-3)得R = UCC UCF - RC PIEBTT 1 TT式中UCE牝UCC，具体选择RC时，应满足电压放大倍数IAuI的要求。此外，电容C、c2和Ce可选择10吁左右的电解电容。5、测量与调试放大器的静态参数是指输入信号为零时的IB、IC、ube和uce。动态参数为电压放大倍 数、输入电阻、输出电阻、最大不失真电压和通频带等。(1)静态工作点的测量测量放大器的静态工作点，应在输入信号=0的情况

19、下进行，即将放大器输入端与地 端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC 以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量 电压UE或Uc，然后算出IC的方法，例如，只要测出Ue，即可用I I =7算出k (也可根据I =-七，由U确定k)，ceRcCRcc同时也能算出 Ube=Ub-Ue，uce=uc-ueo为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。(2)静态工作点的调试放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC (或uce)的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作

20、点偏高，放 大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底，如图(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如 图（b）所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态 调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压u检查输出电压uO的大小和波形是否满 足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置图2.2.2静态工作点对0波形失真的影响改变电路参数UCC、RC、RB（Rb1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图所示。但 通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2,则可使静态工作点提

21、高等。图2.2.3电路参数对静态工作点的影响所谓的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅 度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号 幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量 靠近交流负载线的中点。（3）电压放大倍数AV的测量调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压u在输出电压u0不失真的情况 下，用交流毫伏表测出和uo的有效值Uj和U0，贝A = （2-11）v Ui（4）输入电阻、的测量为了测量放大器的输入电阻，按图电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知 电阻R，

22、在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和U则根据输入电阻的定 义可得（2-12）-R-R图输入、输出电阻测量电路测量时应注意下列几点： 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出 US和U然后按UR=US-U.求出UR值。 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与R.为同 一数量级为好，本实验可取R=12KQ。（5）输出电阻R0的测量按图电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压UO和接入 负载后的输出电压UL，根据U = Rl UL Rq+RL O（2-13）即可求出Ro =（U - 1）Rl（2-14）L在测试

23、中应注意，必须保持rl接入前后输入信号的大小不变。（6）最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在 放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW （改变静态工作点），用 示波器观察uO,当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图）时，说明静态工作点已调在 交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交 流毫伏表测出uo （有效值），则动态范围等于2、：2uo。或用示波器直接读出uopp来。图静态工作点正常，输入信号太大引起的失真（7）放大器幅频特性的测量放大器的幅频特性

24、是指放大器的电压放大倍数AU与输入信号频率f之间的关系曲线。 单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压 放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/J2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为 下限频率fL和上限频率fH，则通频带fBW=fH-fL放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Au。为此，可采用前述测 Au的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当， 在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入3DG3CG9011 (NPN)9012 (PNP)9013 (NP

25、N)晶体三极管管脚排列四、实验设备与器件函数信号发生器交流毫伏表直流毫安表万用电表(管脚排列如图所示)1、+12V直流电源2、3、双踪示波器4、5、直流电压表6、7、频率计8、9、晶体三极管3DG6 (0=50150)或9011电阻器、电容器若干五、实验内容与步骤实验电路如图所示。各电子仪器可按常用电子仪器使用的实验中所介绍的方式连接，为 防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用 专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。1、调试静态工作点接通直流电源前，先将RW调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通+12V电 源、

26、调节RW，使IC = 2.0mA (即UE = 2.0V)，用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电 表测量RB2值。记入表。表IC=2mA测量值计算值Ub (V)Ue (V)UC (V)RB2 (KQ)Ube (v)Uce (V)IC (mA)2、测量电压放大倍数在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放 大器输入电压Ui 10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的条件 下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波器观察uO和叫的相位关系， 记入表。Ic = 2.0mAUj = mVRC (KQ)Rl(KQ)UJV)AV

27、 (计算)2.481.282.42.4观察记录一组uO和心波形*3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响置RC=2.4KQ, Rl=8, U.适量，调节RW，用示波器监视输出电压波形，在uO不失真 的条件下，测量数组IC和UO值，记入表。表RC = 2.4KQ Rl=8 U.=mVIC(mA)2.QUo(V)AV （计算）测量IC时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使U1=Q）O4、观察静态工作点对输出波形失真的影响1置 RC=2.4KQ，RL=2.4KQ，u. = Q，调节 RW使 IC = 2.QmA，测出 UCE值，再逐步加 大输入信号，使输出电压uQ足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分

28、别增大和减小 RW，使波形出现失真，绘出uQ的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表中。每次 测IC和uce值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。表RC = 2.4KQ Rl=8 U.=mVIC(mA)Uce(V)uQ波形失真情况三极管工作状态11t2.Qu当k t11当k t5、测量最大不失真输出电压置RC=2.4KQ，Rl=2.4KQ，按照实验原理5.（6）中所述方法，同时调节输入信号的幅 度和电位器RW，用示波器和交流毫伏表测量UOpp及UO值，记入表。表 2.2.5RC = 2.4KRL=2.4KIC(mA)UMmV)UoJV)Uopp(V)6、测量输入电阻和输出电阻置RC=2.4

29、KQ，Rl=2.4KQ，IC = 2.QmA。输入f=1KHz的正弦信号，在输出电压u 不失真的情况下，用交流毫伏表测出US，U.和。1记入表。保持US不变，断开RL，测量输出电压。，记入表。表Ic = 2mA Rc = 2.4KQ Rl=2.4KQUS (mv)U.1(mv)R. (KQ)UL(V)UO(V)Rq (KQ)测量值计算值测量值计算值*7、测量幅频特性曲线取IC = 2.QmA，RC=2.4KQ，RL=2.4KQ。保持输入信号u.的幅度不变，改变信号源 频率f，逐点测出相应的输出电压。，记入表。表U=mVflfofnf （KHz）%（V）Av = Uc/U；为了信号源频率f取值合

30、适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。说明：本实验内容较多，其中3、7可作为选作内容。六、实验总结1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻 之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。2、总结RC，Rl及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。4、分析讨论在调试过程中出现的问题。七、预习要求1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。假设：3DG6 的 P=100，Rb1=20KQ，RB2=60KQ，Rc=2.4KQ, Rl=2.4KQ。估算放大器的

31、静态工作点，电压放大倍数人寸输入电阻和输出电阻RO2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。3、能否用直流电压表直接测量晶体管的Ube?为什么实验中要采用测UB、UE，再间 接算出ube的方法？4、怎样测量RB2阻值？5、当调节偏置电阻RB2,使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降 uce怎样变化？6、改变静态工作点对放大器的输入电阻有否影响？改变外接电阻Rl对输出电阻RO 有否影响？7、在测试Av，Ri和RO时怎样选择输入信号的大小和频率？为什么信号频率一般选1KHz，而不选100KHz或更高？8、测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子 接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起）将会出现什么问题？