2015级晶体管放大倍数β的测量 - 图文

晶体管放大倍数β 检测电路的设计与实现

实验报告

姓名： 学院: 电子工程学院 班级: 2013211207 学号:

班内序号： 11

【课题名称】

晶体管放大倍数β检测电路的设计与实现

【摘要】

晶体管是工程上常见的一种元器件，放大倍数为其基本参数。为了检测出不同晶体管的放大倍数的粗略值，本实验利用集成运放电压比较器原理和发光二极管进行显示，将晶体管的放大倍数分成若干个档位进行测量。利用本实验的电路，可以成功实现对晶体管类型的判断，对档位的手动调节，对晶体管放大倍数的档位测量，并在当所测三极管的β值超出测量范围时（β>250），能够进行报警提示。

【关键词】

晶体管类型 晶体管β值 档位判断 发光二极管显示 过大报警

【实验目的】

1、 通过晶体三极管β值检测电路的设计与制作，加深对晶体管β值意义的理解； 2、了解并掌握电压比较器的实际使用电路和发光二极管的使用； 3、理解电子电路综合设计、安装和调试的基本方法；

4、加深对所学过的电子电路知识的理解和综合运用能力。

【设计任务和要求】 【基本要求】

1、电路能够检测出NPN、PNP三极管的类型； 2、在电路中可以手动调节四个档位值的具体大小；

3、 电路能够将NPN型三极管放大倍数β分为大于250、200～250、150～200和小于150四个档位进行判断；

4、 固定电路元件参数，用发光二极管来指示被测三极管的放大倍数β值属于哪一个档位，当β超出250时二极管能够产生人眼可识别闪烁报警信号； 【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和小于150四个档位进行判断，并且能手动调节四个档位值的具体大小。 2、 NPN型、PNP型三极管β档位的判断可以通过手动切换或自动切换。

【设计思路、总体结构框图】

简易晶体三极管放大倍数β检测电路的设计总体框图如下所示：

电路由五部份组成：三极管类型判别电路、三极管放大倍数β档位判断电路、显示电路、报警电路和电源电路。

1、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，加正向电压时导通，发光二极管点亮，加反向电压时截止，发光二极管熄灭的特性，判别三极管的类型是NPN型还是PNP型。

2、三极管放大倍数档位判断电路的功能是将β值的测量转化为对三极管电流或电压的测量，再通过电压比较器，实现档位的判断。

3、显示电路主要由四个发光二极管与四个限流电阻串联组成，接在三极管放大倍数档位判断电路下一级，不同的运放输出电压的不同，将导致被点亮的二极管不同。

5、报警电路主要由一个555计时器和一个发光二极管实现。通过555计时器输出端高低高电平的变换而实现二极管亮和灭的轮换。 6、电源电路的功能是为各模块电路提供直流电源。

【所用仪器及元器件】

1、 万用表

2、 直流稳压电源（+12V）

3、 集成运算放大器（LM358） 2个 4、 555定时器 （NE555） 1个 5、 发光二极管 （实测红色压降=1.7V，黄色压降=2.0V，

绿色压降= 2.0V） 各2个

6、 电位器（10K） 1个 7、 实测晶体管 若干 8、 电阻及电容 若干

NE555 LM358芯片

【电路设计及功能实现】 一.三极管类型判断电路

NPN型管判断电路如下图1所示，PNP型管判断电路如下图2所示，由于NPN型和PNP型三极管的电流流向相反，当两种不同类型的三极管按下图的其中一种连接方式接入电路时，如按图左将晶体管接入电路，将集电极接上端，发射极接下端，那么NPN型三极管能够正常导通，发光二极管亮，而PNP型三极管无法导通，从而发光二极管不亮。因此，由二极管的亮和灭就能够判断出三极管的类型是NPN还是PNP。

图1 图2

电路中加了一个电位器Rp，其主要作用是改变三极管一端连接的电阻的阻值，从而达到对于同一个三极管，可以改变Vc点的电位，从而实现在电路中手动调节四个档位β值具体的大小，与后面的电路相连从而实现电路的检测功能，但当具体判别β值时，必先去掉Rp，并固定R2的阻值。

根据图1所示电路，当电路接入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)/R1 VC=VCC-ICR2=VCC-βIBR2

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βIB，则电压VC 将随β 变化而变化，这就把β转换为电压量，便于进行β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。

二、三极管放大倍数β档位测量电路和显示电路

三极管放大倍数β档位测量电路和显示电路如图3所示

图3

三极管放大倍数β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1中的输出端VC；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β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。

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β值属于哪一个档位，如图3所示，发光二极管点亮时，从上至以次代表β<150、150-200、200-250、>250四个档位，从而达到了显示的作用。

三．报警电路

图4 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β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。 四、总体电路参数设计

四部分的电路加起来如图6所示：

图6

直流电压选择：+12V

判断电路参数确定

判断电路分压选择：+6V、+4V、+2V

当VC>6V时，1号发光二极管点亮，代表β<150；

当6V>VC>4V时，2号发光二极管点亮，代表150<β<200；

当4V>VC>2V时，3号发光二极管点亮，代表200<β<250； 当VC <2V时，4号发光二极管点亮且闪烁报警，代表250<β；

确定分压电阻：取R0= R3+ R4+ R5+ R6=12kΩ

由R3/ R0=6V/12V,得R3=6 kΩ

同理，以次确定R4=2 kΩ，R5=2 kΩ，R6=2 kΩ

三极管判别电路参数确定（已去掉滑动变阻器） 确定发光二极管：取红色，VLED =1.7V

确定R1：为使三极管不进入饱和区且基极电流不至过小，R1取300 kΩ 确定R2：由上面已确定的判断电路参数可知，当VC =2V时，β=250，则由

IB=(VCC-VBE-VLED)/R1=(12V-0.7V-VLED)/R1

VC=VCC-ICR2=VCC-βIBR2

将VLED =1.7V，R1=300 kΩ，VC =2V，β=250代入 得R2=1.25 kΩ

（当β=200、150时均符合要求）

显示电路参数选择：

发光二极管选择：1到4管以次选择黄、绿、黄、绿 串联保护电阻均选1 kΩ

报警电路参数选择： R11选择：10 kΩ R12选择：1 kΩ R13选择：1 kΩ

C1 选择：30uF（不可过小，否则闪烁现象不明显） C2 选择：0.01uF

【Multisim仿真】

手动调节使第判断电路发光二极管4亮时仿真图

固定参数使判断电路发光二极管1亮图（此时发大倍数小于100倍）

【主要实验图片和测试数据】 1、 主要实验图片

手动调节第一档灯亮时

手动调节二档灯亮时

手动调节三档灯亮时

手动调节四档灯亮时

固定参数电路俯视图

固定参数电路侧视图

固定参数电路三档灯亮时，表示放大倍数200<β<250

固定参数电路四档灯亮并报警电路闪烁报警时

表示放大倍数250<β

2、基本电压测量

红色发光二极管点亮时两端压降：1.697V 绿色发光二极管点亮时两端压降：2.040V 黄色发光二极管点亮时两端压降：1.963V 三极管发射极与基极间压降：约为0.70V

2、 判断档位测试数据（含对固定参数电路数据处理） 手动调节电路亮灯 三极管集电极极输出电压 三极管基极电压 三极管发射极电压 判断电路比较电压（分压）1 判断电路比较电压（分压）2 判断电路比较电压（分压）3 LM358输出电压1 LM358输出电压2 LM358输出电发光二极管 1 8.024V 1.709V 2.384V 6.019V 4.015V 2.001V 1.268V 0.007V 0.006V 发光二极管 2 5.439V 1.706V 2.381V 6.020V 4.015V 2.002V 10.408V 1.160V 0.056V 发光二极管 3 2.987V 1.703V 2.389V 6.020V 4.016V 2.002V 10.783V 10.495V 1.154V 发光二极管 4 1.813V 1.691V 2.381V 6.020V 4.016V 2.002V 10.816V 10.816V 9.196V 压1 C1两端电容电压 报警电路发光二极管电压 固定参数判断电路亮灯 放大倍数β 三极管集电极极输出电压 三极管基极电压 三极管发射极电压 判断电路比较电压（分压）1 判断电路比较电压（分压）2 判断电路比较电压（分压）3 LM358输出电压1 LM358输出电压2 LM358输出电压3 C1两端电容电压 报警电路发光二极管电压 发光二极管3 200<β<250 2.146V 2.383V 1.697V 6.029V 4.022V 2.005V 10.826V 10.520V 1.155V 0.057V 0.768~1.012 V 发光二极管4 250<β 1.888V 2.388V 1.698V 6.013V 4.007V 1.984V 10.824V 10.853V 9.195V 9.203V 1.51~1.74 V 0.006 0.005 0.056 0.023 1.139V 0.768~1.012V 5.319V 1.51~1.74V 固定参数放大电路数据处理：

（1）发光二极管3亮时：

有IB=(VCC-VB)/R1=(12V-2.383V)/300 kΩ=0.0321mA IC=(VCC-VC)/R2=(12V-2.146V)/1.25kΩ=7.8832mA 则β= IC /IB=7.8832 /0.0321=245.58

按照电路设计，此时200<β<250，应当发光二极管3亮，与实际相符

（2）发光二极管4亮时：

有IB=(VCC-VB)/R1=(12V-2.388V)/300 kΩ=0.0320mA IC=(VCC-VC)/R2=(12V-1.888V)/1.25kΩ=8.090mA 则β= IC /IB=8.090 /0.0320=252.8

按照电路设计，此时250<β，应当发光二极管4亮，与实际相符

【故障及问题分析】

1、 故障：开始仿真时，无论如何调节NPN类型判别电路的电阻主值或是更换

NPN型三极管，判别电路的发光二极管均不亮。

问题分析：经过仔细检查，发现没有接地线，则类型判别电路不接地线时，发光二极管

不能正常工作，这对后来的实验有着直接而深刻的提醒作用。

解决方法：接地线。

2、 故障：实际进行电路调试中，无论如何手动调节滑动变阻器的阻值，判别电

路的1、2号判别灯均不可亮，即β<150和150<β<200的档位灯不可亮。 问题分析：起初时，类型判别电路的参数为R1=200 kΩ、R2=820 Ω，则R2与滑动变阻

器串联最小阻值为820 Ω，实验室三极管放大倍数一般大于230，由

IB=(VCC-VBE-VLED)/R1=(12V-0.7V-VLED)/R1

VC=VCC-ICR2=VCC-βIBR2

有滑动变阻器取值为0时，集电极电压输出VC最大为2.947V<4V,

则无论如何手动调节滑动变阻器，其输出均不可大于4V，1、2号判别灯不可能被点亮

解决方法：减小R2的阻值，取100Ω，利用滑动变阻器串联实现电阻的从大到小的变化，

判别灯

3、 故障：手动调节滑动变阻器使判别电路的4号判别灯点亮并使报警电路闪烁报警时，闪

烁报警灯的亮灭不明显

问题分析：开始时，电容C1所取容值为10uF，比较小，充放电的周期太短，闪烁频率

过高，以致亮灭不明显，肉眼不可辨

解决方法：将电容更换为阻值是30uF的电容，使充放电周期变长 4、故障：固定电路参数（R1=200 kΩ、R2=820 Ω）后，进行三极管放大倍数判别时，放大

倍数250<β或200<β<250时，显示电路均是3号灯被点亮，即250<β档不可用

问题分析：R1取值过小，当判断250<β档的三极管时，电流IB过大，使三极管进入了 饱和状态，电流IC与电流IB的比值小于250，即实际放大倍数不够250倍 解决方法：更换类型判别电路电阻参数，使R1=300 kΩ、R2=1.25kΩ，则放大倍数为150、 200、250时，输出电压VC依然分别为6V、4V、2V，且当放大倍数大于250时

三极管不易进入饱和区

【总结和结论】

本次实验中，三极管类型判别电路的功能是利用NPN型和PNP型电流流向均相反的特性而实现的。三极管放大倍数档位判断电路的功能是利用三极管的分配特性，将β值的测量转化为对三极管电压的测量，同时能够对档位进行手动调节。再通过电压比较器，实现档位的判断。显示电路主要由四个发光二极管与四个限流电阻串联组成，接在三极管放大倍数档位判断电路下一级，不同的运放输出电压的不同，将导致被点亮的二极管不同，且当判别4号灯亮（250<β）时同时闪烁报警。

本次实验过程中，我收获了许多。 1、

本次实验的直接收获是加深了对晶体管β值意义的理解，掌握了电压比较器的实际使用电路，理解了电子电路综合设计、安装、调试的基本方法和流程，同时加深了对所学过的电子电路知识的理解和综合运用能力。

2、

因为面包板的面积不大，所以合理规划各个元器件的放置位置十分重要，由于在搭建之前进行了规划，电路一次就大体上搭建好了，只是需要细调就好，这是本次实验做得比较好的地方。但一开始的时候，由于没有事先查找好LM358和NE555的参数并打印出来，以至于搭建好的电路管脚连接常出现一些小的问题，后来做了这步工作后，连接电路时就比较顺利了。所谓磨刀不误砍柴工，搭建电路之前必须先做好准备工作。

由于开始时对电路的功能和结构的不熟悉，我上网查找了许多以往的实验报告，并对其中的参数进行了细致的比较，对数据的合理性进行了检查，然后选择了

3、

其中较为合理的作为了起始参数。可是纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，查找到的数据也不一定是对的，有些数据从理论上来说是没有错的，可是却没有考虑电子器件的实际参数，从而导致实际实验时的出错。所以从别人处得来的数据都应只能作为一个参考，实际具体操作时还需具体分析。

4、

做实验要有探知的精神，不能只为了得到一个结果。在做判别电路部分的电路功能检测时，一开始报警电路的闪烁现象并不是很明显。在老师的建议下，我对实验电路进行了重新的思考，终于发现有可能是电容太小的问题，经过对电容值的增大，果然发现实验效果比本来更好了，而当其曾大到一定值时，变好的趋势就不明显了。从这里面，我们可以把课本知识与实际实验联系起来了，大电容的充放电周期更长，同时不选十分大的电容又与元件的价格和电路所占的空间有关。所以做实验不能只为结果，更要多想想为什么是这样，多与书本联系，多与市场制作成本）和实用性联系。

【参考文献】

《电子电路综合设计实验教程》 北京邮电大学电路中心

《电子电路基础》 北京邮电大学 电信工程学院电路与系统中心

其中较为合理的作为了起始参数。可是纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，查找到的数据也不一定是对的，有些数据从理论上来说是没有错的，可是却没有考虑电子器件的实际参数，从而导致实际实验时的出错。所以从别人处得来的数据都应只能作为一个参考，实际具体操作时还需具体分析。

4、

做实验要有探知的精神，不能只为了得到一个结果。在做判别电路部分的电路功能检测时，一开始报警电路的闪烁现象并不是很明显。在老师的建议下，我对实验电路进行了重新的思考，终于发现有可能是电容太小的问题，经过对电容值的增大，果然发现实验效果比本来更好了，而当其曾大到一定值时，变好的趋势就不明显了。从这里面，我们可以把课本知识与实际实验联系起来了，大电容的充放电周期更长，同时不选十分大的电容又与元件的价格和电路所占的空间有关。所以做实验不能只为结果，更要多想想为什么是这样，多与书本联系，多与市场制作成本）和实用性联系。

【参考文献】

《电子电路综合设计实验教程》 北京邮电大学电路中心

《电子电路基础》 北京邮电大学 电信工程学院电路与系统中心

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jq97.html