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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电流转换电压电路.精品文档.目录第1章 设计目标(2)第2章 设计要求(2)第3章 电子系统设计的基本方法(2)第4章 电路基本原理(3)第5章 实验过程(7)第6章 结束语(12)第7章 元件清单(14)附图(14)参考文献(16)一、设计目标半导体三极管的值可用晶体管特性图示仪测量，但存在读数不直观和误差较大等缺点。本题目要求用数字显示测量电路来测量三极管的值，既直观又方便，而且误差小。二、 设计要求设计并制作一个半导体三极管值数字显示测量电路，电路制作好后，测试中不需人工调节便能满足测试条件。并且插入三极管到指定位置，打开电源后，即显示
2、被测三极管的值，其响应时间不超过1s。其功能指标如下：（1）设计指标1可测量NPN硅三极管的直流放大系数值（设0199.9），其测试条件如下： ，允许误差2 ，且对应于不同的三极管的不同值，的值基本不变； 测量精度要求1。2在测量过程中不需要进行手动调节，便可自动满足上述测试条件。3测量电路设有被测三极管的三个插孔，分别标上e、b、c，当三极管的发射极、基极和集电极分别插入e、b、c插孔时，打开电源后，数字显示器自动显示出被测三极管的值，响应时间不超过1s。4数字显示的读数要清晰，无重叠或跳动现象。（2）设计要求 1画出电路框图； 2每单元的电路图； 3元器件清单及参数选择（包括芯片、型号、数
3、量、电阻、运放等）。（3）制作要求 电路自行安装与调试，并能发现问题和解决问题。（4）总结 编写设计报告，包括安装与调试的过程说明，数据与波形，心得体会及意见等等。三、 电子系统设计的基本方法传统的电子系统设计一般是采用搭积木式的方法进行，即由器件搭成电路板，由电路板搭成电子系统。系统常用的“积木块”是固定功能的标准集成电路，如运算放大器、74系列TTL，4000/4500系列CMOS芯片和一些固定功能的大规模集成电路。设计者根据需要选择合适器件，由器件组成电路板，最后完成系统设计。首先大概猜想系统由哪几部分组成，各个部分按功能划分，依据功能查找能够实现该功能的芯片，找到一系列的相关芯片，然后
4、考察各种芯片的具体性能和具体电路，选择性能满足设计而电路设计又可行简单的方案。功能的划分依据所学的模电和数电知识，而要实现该功能则可以参考书本的例子，进行加工以便完全满足需要。主要参考书本的例子和常用的集成电路来进行设计。具体芯片的资料，一般要靠百度搜索，只要在百度上输入芯片型号，一般都能链接到很多专门的芯片参考资料，综合提取出我们所需要的。然后，我们设计出数显三极管值测量电路的电路原理图，同时也就得到了主要元器件的明细表。设计的工作主要是在Protel99SE和Multisim 8下进行，前者用来画电路图，后者是用来仿真实验。最后，我们在电子楼实验室进行了三天的电路安装与调试，最后一天时间写
5、报告和上交给老师检查。四、 电路基本原理基本设计思想及原理框图 此三极管值数字显示测量电路能对值为0199.9范围内的NPN三极管进行测量并能以数字形式显示其值。1、 三极管是CCCV器件，要测量三极管的电流放大系数，必须给三极管以合适的静态工作点，使三极管处在线性放大区，若一定，则正比于值，即= 。 2、 要对三极管值进行测量，可将三极管集电极电流转换为相应的电压输出，的大小也正比于值，然后再由A/D转换器将电压信号转换为数字信号，再由译码驱动电路将此数字信号译成BCD码，最后由显示电路（数码管）显示。3、 若所测三级管值超过量程，则蜂鸣器会自动报警。报警电路原理框图：I/V转换电路译码驱动
6、电路LED显示电路模数转换电路电压调整电路被测三极管静态工作电路 直流稳压电源单元电路设计和分析1 被测三极管 被测三极管选用NPN型： 2 静态工作电路及电流电压转换电路三极管有合适的静态工作点，设置基极偏置电阻1.43M。由于已经规定测试条件：，允许误差，而且对应于不同的三极管的不同值基本不变。按要求得出以下电路：假定BE压降为0.7V，那么基极电流为10微安，集电极电流为10微安的倍，CE电压由C的电位决定。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，所以采用反相比例运算电路进行电流-电压的转换，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
7、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（Is*Rf）。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。为便于I/V转换，设为定值，采用集成运算放大器组成反相输入负反馈放大电路，放大器的输出电压。 Rf=1K +5V 8 2 1 NPN 3Rb= LM3581.43 4M U= -15V 工作点设置及电流电压转换电路使，则： = 0.1 =0.7V，当=199.9时，=19993 电压调整电路前面一个运放是反向输入，因而输出电压为负值，需再接一个反向输入的运放使电压为正。且当值为199.9时，转换成对应的电压信号输出为
8、1.999V，那么显示的电压值要趋近于1.999，通过微调电位计R来达到。3位数字电压表电路原理图4 模数转换电路5 译码驱动电路上图为3位数字电压表电路原理图。图中共用了4块集成片和一块由七段数码数码管组成的LED显示器，其中： CC14433用作A/D转换器，MC1403作为基准电压电源电路，提供稳定的基准电压，调节1 K电阻，可以获得所需的基准电压值，本例VREF=2V。 MC14511用作译码驱动器，它可将1位8421BCD码（Q0Q1Q2Q3）译码后，由a，b，c，d，e，f，g端输出，再经外接限流电阻去分别驱动七段显示管的7个字段。 MC1413为7路达林顿管驱动器，用它分别驱动各
9、七段显示管的公共阴极，各路的输入是位选通信号（DS1DS4）以及Q2等控制信号。6LED显示电路显示电路由四个数码管构成。从的四个输出分别用于四个数码管的片选，而从的输出则跟四个数码管的输入一起连接，四个数码管显示是通过片选的控制而轮流显示。只是时间快，人眼无法区别而已。电路如下：首先，数据选择器输出千位数据，这时Q3代表千数位，Q3=0时表示千数位为1；Q3=1时，千数位为0。Q2 Q0经MC14511译码后，驱动各七段显示管对应显示0或1，同时输出千位选通信号DS1、推动MC1413，使千位显示管发亮，其他3个管都不亮。然后，数据选择器输出Q0Q1Q2Q3输出百位8421BCD码，同时输出
10、百位选通信号DS2，去驱动百位七段显示管发亮，接着是十位、个位分别发亮、如此使4个显示管不断快速循环发亮，利用人眼的视觉暂留效应，即可看到完整的测量结果。一般称这种显示方法为动态显示。在基准电压=2V时，测量范围为-1.9991.999V，输入电压超过这个范围时，由OR端的溢出信号控制MC4511的BI端，使显示数字熄灭。另外，右边第二个显示管小数点dp经电阻接高电平+5V点亮。五、实验过程实验时间：第18周 星期一 星期日星期一选题，8个题目，每题选的组数不得超过两组，这是各班内部协调的，因为我去得比较晚，只选到了这个题目。星期二 星期日搜集信息，主要去图书馆借资料书和上网查找资料。分析和处
11、理信息，并拟定设计。用Multisim8软件进行仿真测试，并用Protel99SE画电路图。电流转换电压电路精度的仿真实验【部分仿真测试条件：电阻精度5%，电压表内阻1G，电流表内阻1n】放大倍数设置为10，转换输入电流为100微安，输出电压值为：左上无二级运放：102.042mV右上为反相比例运算：-99.14mV左下为同相比例运算：103.941mV理想值的绝对值应该为100.0mV。显然，左上的电路最简单，而右上的电路比较精确。三极管测试条件的稳定度仿真实验 (a) (b)以基极限流电阻和恒压源提供基极电流，仿真实验里不同型号的三极管基极电流没有变化。后级电路对集电极电流和CE管脚间电压
12、的影响。仿真实验显示影响可以忽略在Protel99SE上作电路原理图：实验时间：第19周 星期一 星期四星期一元器件和实验箱，向指导老师报告缺少、已坏的元器件，。根据元器件的大小和功能，在实验箱的面包板上，拟定大概的位置。先确定主要器件的位置，尝试布线。这次布线只是尝试，目的在于发现需要跳线的地方并排除，所以没有考虑美观整齐。线路连好后，进行通电测试。本设计的数电部分实质是一个最大量程为1.999V的电压表。调整ADC的基准电压，用毫伏表观察，使其为2V。由实验箱稳压电源提供测量电压，数码管的显示弱，而且不稳定，怀疑是数码管的限流电阻太大。更换小阻值的电阻后，情况稍微好转。但是后三位的显示相同
13、，而且，显示的电压值严重偏差毫伏表的测量值，没有应有的线性关系。最后，经过排查，发现译码器电路MC14511的LE端没接地。排除后，数码显示的值立刻正常，但是亮度很弱。继续排查，根据原理，故障锁定在MC1413上，发现其电源端导线接触不良，造成其工作不稳定，排除故障后，数码管示数稳定而亮度也足够。实验电路的显示电压值与毫伏表有小于0.1V的偏差，调节基准电压后，使其偏差小于0.01。星期二第一次布线已经避免了飞线，于是将当前的器件分布确定为最终方案。截长取短，去弯留直，耗时耗费体力的工作。布线完成后，检查电源是否正确，然后上电开机，电路正常工作。完成模拟电路的布线工作。模拟电路的线路不多，故很
14、快完成。进行模拟电路的调试。电流、电压转换电路的调整：调整R1使毫伏表示数和微安表示数的数值相同。三极管基极电流的调整：调整电位器，使电流为10uA。以上调试正确就可以把各部分相连，然后对三极管进行测量。该电路得出的测量值比数字式万用表的hfe挡的值大，这是因为测试的条件不一样（和不同），值并不是固定的常数。三极管值的测量。详细的测量结果留待日后的综合调试结束时进行。星期三设计要求的功能已经实现，进行电路的一些细节处理和功能的扩展。细节的处理有：添加ADC和运放的电源去耦电容；去掉第二级运放，电路正常工作，而且便于调整精度，于是最后只使用一个运放。扩展功能：添加超量程报警，利用MC14433的
15、超量程信号端，控制蜂鸣器，蜂鸣器由TTL门驱动。根据电路原理和仿真实验中出现的问题，我们制订了实验调试的内容和步骤：不与后级相连，调整待测三极管基极限流电阻，使其不超过（9.810.2）uA的范围。不与其他功能部分相连，输入端接已经的电流源，调整电流电压转换电路的反馈电阻，从输出端测量的电压值的数值刚好是电流值的1000倍。ADC的调整工作为对参考电压的调整，参考电压值应该是2V。各部分的调整完成后，把各部分相连，此时以数字万用表的hfe挡的对同一三极管测试的结果作对比星期四整理课程设计报告，进一步完善电路，上交实验箱电路给指导老师检查。实验中遇到的一些问题及解决方法(1) 七段显示器与七段译
16、码器的测量把显示器与MC14511相连，第一次接好时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。(2) 由于MC14433的输入端的电压应在0到2V之间，故数码管的量程应在0199.9，当三端的电压超过2V时，数码管将没数字显示，由于第三个数码管的小数点位总是接5V电压，故小数点总是亮的。(3)在工作点设置及I/V转换电路电路中，Rf应该用电位器,但是在实际过程中，实验箱上的电位器不是很稳定,所以直接用1K的固定电阻代替,误差反而会更小一些。(4)
17、在模数转换电路中,应调节电位器使得电位器上的压降位2V，作为基准电压。三极管测量以及电阻测量结果晶体管型号实验电路测量值万用表DT930F+测量值9013192.81533DG6A87127.3113.93DG6A87112.4104.13DG6A8799.893.83DG6A8797.592.33DG6BJ79.873.83DG6B89.973.33DG6BJ76.273.13DG6B79.372.13DG6B67.962.53DG6B6358.63DG27DJ22.323.83DG12P11.512.4本电路测量并显示的是三极管的直流放大系数，BJT的值并不是一个固定不变的值，只有在恒流特
18、性比较好的区域，才可认为是基本不变的。当集电极电流很小时，值也较小。集电极电流增大时，值也随之增大。当集电极电流增大到一定程度时，值达到最大而且基本保持不变。因为，值还受到（）的影响。这个电流与少数载流子关系密切，受温度影响较大。六、 结束语电子技术课程设计过程大概可以划分为三个阶段：选题、搜集信息 分析和处理信息、拟定设计 动手设计和解决问题、完成设计，整理报告。由于每年的题目都是一样，所以一些电路在长时间的实践证明之下成为经典电路，被沿用至今。电路图可以从高年级的同学得到，甚至某些实验室老师也会把实验所需元器件以套件形式保留，以备下一届的课程设计。由于电路的设计方法是自下而上，所以解决核心
19、功能的核心集成电路是最重要的，电路的难易程度基本由所用集成电路决定。形象的说，就是“看菜吃饭”。这是传统电子设计的不足，尤其在没有特定功能IC而使用通用IC的情况下。可以说，这是面向IC的开发过程。只要确定核心IC，那么电路也就确定了，因为半导体厂商会提供IC的datasheet，里面有IC的各种参数和使用范例。本设计的核心在于模数转换，设计是在MC14433的基本电路上进行外围扩展得到的。外围电路的作用是做信号传输和转换，转换为MC14433能够识别的信号再进行处理。电路设计过程借助了Multisim8软件。使用该软件可以很方便检查电路是否有错，但是不能够完全证明其可行。设计思想没有错误，E
20、DA的检查也通过了，那么电路拟定了。传统电子设计没有借助EDA，所以很多问题不能预先发现，这也是传统电子设计开发效率较低的原因之一。有了电路图，在面包板上进行试验只不过是照葫芦画瓢，唯一的难度是避免跳线飞线。飞线跳线的存在的唯一好处是便于布线，但是其缺点也相当明显：当电路出故障时不便于排查，也不便设计者以外的人检查电路，并且会带来电磁干扰。在搭接基本电路时，常见的故障是连线的漏接和接错。只要不是电源接反，不是短路问题，一般不会烧坏元器件和设备。由于使用经典电路，可以排除电路设计本身的问题。主要问题是出在扩展功能上。一些功能的扩展有时会影响整个电路的正常工作。主电路和扩展电路均可独立工作，但是接
21、连就会发生故障。在本设计中突出的一个问题是CMOS与TTL电路的连接。这种问题，在课堂上不可能遇到，考试也不考察，只有通过实践才能有所认识。在动手和动脑交替的过程，这样不仅动手能力加强了，脑子里的认识也一并加强了。 课程设计考察了学生们动手调试的能力。因为，无论电路如何经典，都不能保证只要把线连起来就可以满足要求了。尤其是出现故障时，更需要分析和调试，找出故障的原因。本设计是数电和模电混合电路，模电的调试要求较高。要知道哪个地方要调试，要调试到什么程度。调试的过程也就是对电路原理理解的进一步加深。 本设计有不足的地方，就是精度没有达到要求。误差不仅出现在模拟电路上，而且还出现在ADC上。模拟电
22、路的误差已经通过微调电阻解决，但是ADC的误差却无法通过微调基准电压源解决。为了解决这个问题，在布线工艺上，我们尽量使模拟电路的接线很短。我们还对模拟电路和模数混合电路设置了电源去耦，但是效果不明显。怀疑ADC的质量。通过这次课程设计，我们对传统电子设计有了很直观的认识，加深了对书本知识的理解，动手能力得到很大的提高。七、 元件清单序号名称数量备注1CSU-7课程设计实验箱1个2钳子，剪刀，镊子各1把3MC14433芯片1片模数转换4MC14511芯片1片译码驱动5MC1413芯片1片片选芯片6MC1403芯片1片7LM358芯片1片双功放芯片81M+470K电阻各1个91K电阻9个1020K
23、电阻2个1116K电阻1个1210K电位器1个13电容3个2*0.1F，1*0.33F14八段数码管4个共阴极15半导体三极管1个NPN型16万用表1个17导线若干1874LS02芯片1个附图： 连接中的电路 连接中的电路 连接完以后的电路1元器件分布示意图：10629438571-电位器组 2-MC1403（基准电压源） 3-MC14433（ADC） 4-LM358（电流电压转换） 5-蜂鸣器 6-MC14511（BCD译码器） 7-74LS02（4-2输入或非门） 8-MC1413（反相驱动器） 9-数码管 10-GND、电源等参考文献：1.电工电子实验教程（修订版）主编：陈明义 宋学瑞 中南大学出版社2.模拟电子技术基础（电类）主编：罗桂娥 中南大学出版社 3.数字电子技术基础（电类）（第二版）主编：陈明义 中南大学出版社