模电简易晶体管图示仪实验报告.docx

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模电简易晶体管图示仪实验报告

电子测量与电子电路综合实验实验报告

课题名称：

简易晶体管图示仪

专业：

电子信息科学与技术

班级：

2013211202

学号：

姓名：

班内序号：

指导老师：

一．报告摘要

1）实验目的

2）实验要求

3）背景知识及实验设计

4）分块设计及各元件管脚图

5）实验步骤

6）实验结果分析

7）实验总结

二．实验目的

1）通过实验进一步掌握集成运放的使用方法。

2）进一步提高工程设计和实践动手能力。

三．实验要求

1.基本要求：

设计一个阶梯波发生器，f500Hz,阶数N=6;

设计一个三角波发生器，三角波;

设计保护电路，实现对三极管输出特性的测试。

2.提高要求

可以识别NPN,PNP管，并正确测试不同性质三极管;

设计阶数可调的阶梯波发生器。

四．背景知识及实验设计

1.三极管输出特性曲线：

输出特性曲线是指在基极电流一定时，集电极与发射极和集电极电流的关系曲线，每取一个，就有一条输出特性曲线与之对应。

2.设计思路：

晶体管图示仪是一种能对晶体管的特性参数进行测试的仪器，该仪器用可调节的阶梯波和三角波对晶体管进行周期性扫描，用Y轴表示测得的电压可以表示的大小，用X轴测得的电压可以表示的大小。

改变基极电流值，再重复扫描一个周期，就可以得到另一条输出特性曲线。

因为要求能够同时显示出一簇输出特性曲线，所以用一个阶梯电压作为基极电压的输入。

每扫描阶梯波的一阶，得到一条输出特性曲线。

每扫描一次完整的阶梯波，得到一组稳定的输出特性曲线。

3.设计关键：

三角波发生器，阶梯波发生器，配套的调节和保护电路。

4.总体框图：

五．分块设计

1.方波振荡电路设计

1）

所用原件

NE555

3.3nF电容

100nF电容

100Ω电阻

20kΩ电阻

电源

个数

1个

1个

1个

1个

一个

5v

2）NE555管脚图及功能

NE555管脚功能介绍：

1脚为地。

2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。

当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平；

2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。

6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。

3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。

4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。

5脚是控制端。

7脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。

3）仿真电路图

4）仿真输出波形

2．三角波发生电路

1）设计原理：

将NE555产生的方波进行积分放大，使用LF353。

第一级做积分运算，第二级做放大运算。

所用元件

LF353

47k欧姆

12k欧姆

3.3k欧姆

34k欧姆

68k欧姆

100nF

电源

个数

1个

2个

1个

1个

1个

1个

1个

+5.—5

2）LF353管脚图

3）仿真电路图

4）仿真输出波形

2.阶梯波发生电路

1）设计原理：

用NE555时基振荡器产生的方波作为16进制计数器74LS169的时钟信号，74LS169是模16的同步二进制计数器，可以通过四位二进制输出来计时钟沿得个数，实验中利用它的三位输出为多路开关CD4051的输入Qa、Qb、Qc提供地址。

直流通路是由5个100Ω的电阻组成的电阻分压网络以产生6个不同的电压值，根据16进制计数器74LS169给出的地址进行选择性的输出，而它的管脚按照一定的顺序接入5个等值电阻然后在第一个电阻接入5V的电压，原本是管脚接7个电阻可以产生8阶阶梯波，将三个管脚短接，即可产生6阶，这里选择了4，2，5接地，使输出为6阶阶梯波，以满足基本要求中的阶梯波幅度大于3V的要求。

另一路信号通道的输入则接被显示的信号；通过地址信号Qa、Qb、Qc对两回路信号同步进行选通。

这样，用示波器观察便可得到有6阶的阶梯波。

所用元件

Cd5051

74ls169

1000Ω

电源

个数

1个

1个

5个

5v

2）Cd4051管脚图及工作原理

CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。

当INH输入端=“1”时，所有的通道截止。

只有当INH=0时，三位二进制信号才可以选通8通道中的一个通道，连接该输入端至输出。

其中VEE可以接负电压，也可以接地。

当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地。

3）74ls169管脚图及工作原理

33

5）仿真电路

6）仿真输出波形

3.三极管管脚图及其特性

仿真中所用三极管为2N2222，实际上所用三极管为8050

类型:

开关型;

极性:

NPN;

材料:

硅;

最大集电极电流（A）:

0.5A;

直流电增益:

10to60;

功耗:

625mW;

最大集电极-发射极电压（VCEO）:

25; 

特征频率:

150MHz

4.特性曲线产生电路

1）设计原理：

将产生的三角波连接一个保护电阻输入到三极管的集电极，将产生的阶梯波连接一个保护电阻接入基极，发射级连接Re接地，示波器的y探头接到发射级和Re之间，测得的值作为Ice，示波器的x探头接入Rc和三角波输出电路之间作为Vce,基极电流则由阶梯波控制。

一个电压对应一个电流

所用元件

Rb=11kΩ

Rc=2kΩ

Re=1kΩ

8050

个数

1个

1个

1个

1个

2）仿真电路

3）仿真输出波形

5.完整仿真电路

六．实验步骤

1）先按方波发生器的电路图搭出电路来，对3口进行测试，正常输出波形

为了满足阶梯波输出频率>=500Hz,阶梯波有八个状态，所以方波频率至少要500*8=4kHz,

方波振荡电路周期计算公式为，占空比

当C为3.3nF时，f=21kHz,频率略大，稍作调整，将C改为10Nf,f=7.1kHz.

2）按三角波发生电路搭出电路来，注意电路的连接，需要正负电源供电，用示波器对输出口进行测试，正常输出波形。

一开始输出三角波幅值不够2V,究其原因，是因为其放大电路反馈电阻不够大，将68kΩ的反馈电阻改为100kΩ的电阻，Vpp达到2.93V，满足要求。

3）按阶梯波发生电路搭出电路，CD4051原本是管脚接7个电阻可以产生8阶阶梯波，将三个管脚短接，即可产生6阶，这里选择了4，2，5接地，使输出为6阶阶梯波。

输出的阶梯波含0V共有六阶，总的Vpp为5V,其产生的电压分别为0V,1V,2V,3V,4V,5V

频率经过调整达到约900Hz。

4）接入三极管和保护电阻，测出三极管特性曲线。

七．实验结果分析

扫描得到的特性曲线不够完整，原因在于一开始NE555输出的方波占空比接近95%，且一开始我并没有使用积分电路，而是直接利用NE555接口2产生的锯齿进行放大使其满足幅值要求，再用减法电路使其从0V开始扫描。

得到的三角波看起来不近似于等边三角形，更像一个直角三角形，扫描出来的波形也接近一个直角三角形，后来经过调整，将方波振荡电路里的R1和R2进行兑换，使占空比接近50%，积分结果为等边三角波，再次进行扫描时扫描结果接近完整，但是这时出现了新的问题，最高阶的特性曲线与其他阶之间的特性曲线间距过大，猜测原因

八．实验及试验中遇到的错误的总结

在这次实验中，从一开始的手足无措完全分不清方向到最后成功的得到特性曲线，中间无数次的失败带给了我很大的成长。

首先上网和去图书馆查阅资料，大致了解实验原理，然后开始仿真，再接着按仿真电路搭建实际电路，第一次去搭出了方波振荡电路，第二天接着去就怎么也调不出波形了，在多次确定电路的搭建没有问题之后，尝试着换了一个NE555，接着就出波形了。

在搭建阶梯波发生电路的时候，一开始出了一个反方向且起点不在零点的阶梯波，当时的我抱着得过且过的态度，但是老师并不认可，于是我开始反思，重新开始检查电路，终于发现有两处导线接反使得阶梯波反向行进，当我改正后得到正确的波形，同时我也为自己的得过且过感到羞愧。

接下来的三角波出现幅值不够的情况，改变反馈电阻之后问题得到了解决，接下来测特性曲线也出现了基极电流不合适导致的特性曲线不标准的问题，但通过改变电阻得到了解决。

这次实验中我得到的最大的收获就是对待问题的态度，遇到问题，应该想办法解决而不是纵容问题，其次是积累了实验经验，在搭建电路时最好分块搭建，遇到问题时特最好分块检测，细心，严谨，抱着信念坚持与错误作斗争。