实验十一 三极管β值分选电路设计与仿真

南昌大学实验报告学生姓名：刘阳学号：6110116158专业班级：电子165班实验类型：□验证■综合□设计□创新实验日期：2017.12.30实验成绩：实验十一三极管β值分选电路设计与仿真一、实验目的1、熟悉三极管的电流放大原理，掌握其各管脚电流之间的关系；2、掌握三极管放大电路和集成运算放大器（或集成电压比较器）的特性和应用；3、掌握电路仿真调试的原则和排除故障的方法。二、实验要求利用比较器构成一个NPN型三极管β值分选电路，要求电路用发光二极管的亮或灭来表示被测三极管β值的范围，并用一个LED数码管显示β值的区间段落号。如（0-50）显示“1”，（50-100）显示“2”，（100-150）显示“3”，（150-200）显示“4”，(200)显示“5”。三极管采用Multisim虚拟器件，其β值可以更改，比较器可选择集成运放（比如LM324）三、实验原理β是三极管共射电流放大系数，不是一个能够直接测量的物理量，一般不区分直流和交流下放大系数。对于直流，有BCBCEOCIIIII，忽略CEOI，固定CEBUI、的值，CI的值跟β值成正比，测量β的问题转化为对CI的测量。为了使数码管能够测量模拟量，本实验还需要使用ADC。直接型ADC是把输入的模拟电压信号直接转换为相应的数字信号，所以还要对CI进行电流-电压转换。A/D转换后就可以通过编码器和译码器连接数码管进行数字显示了。四、实验仪器NPN型三极管，5个发光二极管，5个电压比较器，1个数码管(自带显示译码器)，1个74LS148编码器，一个LM324集成运放五、实验方案1、实验设计思路：三极管工作在放大区时，集电极电流为基极电流的β倍，通过集成运放将电流转换成电压，根据事先设定的β值分段范围确定比较器的门限电压值。通过电压比较器，可用对应的二极管的亮或灭来反映β值范围，并将其转换成LED数码管显示（利用数字逻辑电路转换）。图11-1设计框图2、三极管的CI测量：选择NPN型三极管，将其共发射极接负电压5V，共基极通过电阻R1与地相接，共集电极输出CI。图11-2CI的测量电路3、电流—电压转换：使用集成运放电路进行信号处理。由于BJT是CCCS器件，其输出等效为受控电流源，所以采用集成运放电路构成电流-电压转换电路，因为反相比例运算电路的输入电阻低。同时反相比例运算电路对运放的共模抑制比要求低，其输出电阻很低，这是优点。在理想运放下，输入电阻为0，所以输出电压为fRIVCO。实际输入电阻不为零，所以信号源内阻比输入电阻越大，电路的转换精度就越高。图11-3电流-电压转换电路由公式1RVIIEEBC可知,令VVREE5k0011，fRIVCO1fRVREE可将CI转换成Vo进行电压比较。4、电压比较器（参考电压应一个电源分压得到多值，如右图）图11-4电压比较器图11-4（b）参考电压①当50时，fRIVCO1fRVREE=VKK5.21005150②当100时，fRIVCO1fRVREEVKK0.510051100③当150时，fRIVCO1fRVREEKK10051150V5.7④当200时，fRIVCO1fRVREEKK10051200V0.10由于误差的原因，根据实际测量，给电压比较器的参考电压分别为：0V，2.5V，4.58V，6.43V，8.11V。原本当任一个电压比较器的输出电压为高电平时，对应的发光二极管均发亮，反之则不亮。经过如图11-4调整后，可实现只有对应β值范围的发光二极管点亮。二极管导通压降为1.83V，对应β值范围上方的二极管因为电压比较器均输出高电压而熄灭，下方的二极管因电压不足而熄灭。5、AD转换并显示测量值范围电路：图11-5AD转换及显示译码器结合数字电路与逻辑设计的相关知识，将输出电压通过74LS148芯片对应输出电平再通过74LS48进行译码，用七段数码管进行数字显示。（本仿真所用数码管自带显示译码器功能,但仍说明一下显示译码器74LS48的用法）其中，74LS148和74LS48功能如下：⑴74LS148①定义：74LS148为8线－3线优先编码器，共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式，将8条数据线（0－7）进行3线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。②芯片引脚说明：0－7编码输入端(低电平有效)EI选通输入端(低电平有效)A0、A1、A2三位二进制编码输出信号即编码输出端(低电平有效)GS片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)EO选通输出端，即使能输出端③功能表：输入输出EI01234567A2A1A0GSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLHH－高电平L－低电平X－任意⑵74LS48①引脚图：②功能表：综合上述芯片可知：I、当电压比较器输出电平为10000时，74LS148中0,134567DDDDD，则100012AAA，，,对应的74LS48输入值为0001DCBA，，，，这样输出到数码管显示即为“1”；II、当电压比较器输出电平为11000时，74LS148中0134567DDDDD，，则010012AAA，，,对应的74LS48输入值为0010DCBA，，，，这样输出到数码管显示即为“2”；III、当电压比较器输出电平为11100时，74LS148中0,134567DDDDD，则110012AAA，，,对应的74LS48输入值为0011DCBA，，，，这样输出到数码管显示即为“3”；IV、当电压比较器输出电平为11110时，74LS148中0134567DDDDD，，则011012AAA，，,对应的74LS48输入值为0100DCBA，，，，这样输出到数码管显示即为“4”；V、当电压比较器输出电平为11111时，74LS148中134567DDDDD，则101012AAA，，,对应的74LS48输入值为0101DCBA，，，，这样输出到数码管显示即为“5”。注：实际电路中，为保证情况V稳定显示，应使02D。6、实验总原理图：图11-6实验总原理图六、实验仿真结果①当5时②当75时③当125时④当175时⑤当572时七、实验心得体会通过这次实验，我认为本次实验将数电和模电很好地综合在一起，锻炼了学生的综合能力，让我们学会了如何将模电转换成数电，这在理论课上只是知道数电与模电的相关性非常大，但却没实践过。其次，在做本次实验过程中，我遇到了两个很大的问题，一是老师给出的设计思路是要我们将Ic转换成电压，刚开始我是一头雾水，后来查书发现了反比例运算电路；另一个问题就是关于译码显示的问题，我一开始先列了真值表，并且也知道用74LS148编码器和74LS48显示译码器。但后来发现自己由于将二极管改成了单一发光，导致对应输出电压不是5V，而是3.4V，于是将数码管阈值电压（即高于此电压为高电平）改为了2.5V，才实现了数码管显示功能。