简易晶体管图示仪.docx
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简易晶体管图示仪
简易晶体管图示仪
实验报告
专业：
通信工程
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
一、课题名称：
简易晶体管图示仪
二、摘要：
本报告主要阐述了简易晶体管图示仪的设计原理与实现方法，通过阶梯波改变基极电位以及三角波在集电极扫描得出转移特性曲线，报告中了实验的仿真电路与实际搭接情况以及各部分电路测试情况，分析了实验中出现的问题并说明了解决的方法。
三、关键词：
方波三角波阶梯波晶体管转移特性曲线
四、设计任务要求
1.基本要求：
1）设计一个阶梯波发生器，f≥500Hz，Uopp≥3V，阶数N=6；。
2）设计一个三角波发生器，三角波Vopp≥2V；
3）设计保护电路，实现对三极管输出特性的测试；
2.提高要求：
1）可以识别NPN，PNP管，并正确测试不同性质三极管；
2）设计阶数可调的阶梯波发生器。
五、设计思路及总体结构框图
1.设计思路
晶体管特性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，并将结果以图示的方式显示在屏幕上。
首先利用555时基振荡器产生方波。
一方面方波输入到双运算放大器LF353，LF353的一个运放作为积分器产生锯齿波，另一个运放构成反相放大电路得到合适幅值的三角波输入到三极管的集电极作为扫描电压。
另一方面方波作为时钟信号输入四位同步二进制计数器74LS169，取其低三位输出作为地址输入到CD4051的地址端，通过分压在CD4051的数据输入端输入等间隔的电位值，CD4051作为数据选择器，根据输入的地址对数据进行选择性输出，从而获得阶梯波；然后把阶梯波作为基极电位输入到三极管的基极；通过示波器两通道分别接集电极和射极，以X-Y模式显示晶体管的转移特性曲线。
2.总体设计框图：
六、分块电路和总体电路的设计
1.方波发生器电路
通过555振荡器产生时钟信号，所需电压为±5V。
间接反馈型无稳电路
T1=0.693（RA+RB）*C;
T2=0.693*RB*C;
f=1.433/（RA+2*RB）*C;
占空比：
（RA+RB）/（RA+2*RB）
想要产生占空比为50%左右的方波，RB要远大于RA
方波发生器Multisim设计电路
2.三角波发生电路
将NE555产生的方波输入双运算放大器LF353中，利用其第一个运放构成反向积分电路产生三角波，利用第二级运放构成反向加法放大电路，产生符合要求的三角波。
三角波发生器Multisim仿真电路
3.阶梯波发生器电路
方波作为时钟信号输入74LS169，74LS169作为同步四位二进制计数器，统计时钟沿个数，将其低三位输出作为地址输入到CD4051中（低三位输出构成模为8的计数器，从000到111），采用8个等值的电阻分压产生等间隔的电位值，输入到CD4051的数据端，CD4051作为数据选择器，在收到不同的地址时输出不同的电位，从而产生8阶阶梯波。
阶梯波发生器Multisim仿真电路
4.晶体管特性曲线的显示
将产生的三角波输入到三极管S8050（Multisim仿真中用2N2222代替）的集电极用作扫描，将产生的阶梯波输入到三极管的基极改变基极电位。
晶体管转移特性曲线是Ic和Vce的关系，在三角波射极接电阻Re，通过测量Re两端的电压大小间接测量流入集电极的电流大小。
示波器的两路一路测量Re两端的电压，另一路在晶体管的集电极测量Vc大小，并选择X-Y模式得到晶体管的转移特性曲线。
转移特性曲线Multisim仿真结果
七、实现功能说明
1.基本功能的实现
1）方波发生器，f=1.548kHz，Uopp=3.63V；
2）阶梯波发生器，f=196.85Hz，Uopp=5V，阶数N=6；
3）三角波发生器，三角波Vopp=11.2V，f=1.54kHz;
4）晶体管特性曲线
可获得6条晶体管输出特性曲线组。
输出特性曲线是测量所得Uce与Ic的转移关系曲线。
用三角波扫描集电极，X轴测量三极管的集电极电压，以表示Uce的值；Y轴测量Re上的电压，通过电压值来以表示Ic的值。
这样在示波器的X-Y模式下就可以得到一条输入特性曲线。
基极电位发生改变，即可得到新的输出特性曲线。
把阶梯波做为三极管基极电压输入，即可得到NPN的输出特性曲线。
2.提高要求
1）显示NPN管特性曲线簇
测试方法：
在原电路的基础上进行改装。
首先要将要将晶体管的CE互换，将E接锯齿波（高电位）；其次示波器的CH1、CH2的接法也要相应修改
2）实现曲线簇4-8阶可调
通过在三角波产生电路中加滑动变阻器改变三角波的直流电位从而实现晶体管特性曲线的数目变化
3.实际电路搭接
八、故障及问题分析
1.Multisim仿真时三角波产生电路无法输出正确波形。
LF353双运放将方波变为三角波，仿真时发现第一级积分电路可以产生幅度很小的三角波而第二级放大电路输出呈直流，没有三角波输出。
仔细观察第一级产生波形后发现第一级产生的三角波有一个很大的直流偏置，如果直接对波形进行放大，不仅三角波幅值被放大，直流偏置也会被放大。
通过在第二级放大电路的同相端加比较电压从而解决了问题。
使第二级放大电路同时具有加法电路功能。
2.Multisim仿真时输出特性曲线条数过少
仿真时转移特性曲线只能输出两阶，在调试各部分电路时发现造成这种现象的原因是三角波幅值太小，导致阶梯波的高阶无法扫描到。
三角波幅值过小，由于反馈电阻阻值选择不当。
但是单纯增大反馈电阻组织又会使其直流偏置改变。
通过M将ultisim中LF353所需的几个电阻都改为滑动变阻器，找到合适的阻值后，再在电路中替换，从而得到合适的三角波。
并且在这个过程中，发现改变积分电路的保护电阻可以改变最终三角波的偏置从而改变输出特性曲线条数，为后面的提高要求提供了一种实现方法。
（后面测试中发现，改变射极电阻对这一问题也能有效解决）
3.实际搭接电路时阶梯波无法正确输出
由于仿真的器件ADG408与CD4051并不完全相同，造成了输出的混乱，对CD4051的管脚图和功能表进行研究后重新搭接了电路。
4.由于分压造成的波形混乱
电路中用到
及
的电压源，而实验室提供只能输出两路直流稳压，低电压从高电压分压获得。
在从12V分5V时，由于电路中电阻值太小，只能用200
电阻获得5V分压，功率太大导致了电路中波形不稳，通过逐步调试电路中的电阻值与仿真对比从而获得一个最稳定的波形。
实验发现，实际电路与仿真并不相同，需要在实践中检验。
5.示波器在显示晶体管输出特性曲线的图形时有回扫线
回扫线是由于锯齿波的下降段时间过长导致的，具体说来是由于锯齿波产生电路中电容放电不够快造成的。
可以通过减小放电回路的等效电阻阻值来减小放电时间常数，从而加快放电，使锯齿波的下降段时间减小，消除回扫线。
九、总结和结论
1.本实验实现了对三极管输出特性曲线的测试。
输出特性曲线是描述以基极电流
为参量，集电极电流
与三极管C、E极之间的管压降
之间的关系，对于每一个确定的
都有一套输出特性曲线与之对应。
越大，曲线位置越高。
对于某一条曲线，当
从零逐渐增大时,
逐渐增大,当
增大到一定数值时，
基本不变,表现为曲线几乎平行与横轴,即
大小几乎仅仅取决于
。
2.本次实验中，通过对电路图的设计，更加深刻地理解了方波产生的原理，以及使用积分电路，放大电路时的一些注意事项，进一步掌握了集成运放的使用方法。
同时在调测过程中，学会了在逐点检测波形与仿真对比从而发现问题解决问题的方法，也因此懂得了做Multisim仿真的一个意义所在。
3.实验中使用了数字模块74LS169以及CD4051，与数字电路与逻辑设计的学习同步相对应，理论指导实践，通过实践更好地理解知识，互相反馈中不仅让我能够更加容易地理解电路原理，做好电路设计，更促进了数电知识的学习和巩固。
4.本次实验是自主完成的一次实验。
从前期的设计电路到做仿真以及电路的实际搭接与测试，全部独立完成。
在实践中不断地发现问题解决问题，提高了自身的工程设计和实践动手能力，加强了系统概念，为之后的理论和实验的学习扫清了部分障碍。
十、仿真图及波形图
1.Mulitism仿真图：
2.波形图:
方波
三角波：
阶梯波
晶体管输出特性曲线
十一、所用元器件及测试仪表清单
元器件/测试仪表
数量
作用
方
波
电
路
555时基振荡器
1
产生方波
100nF电容
1
330pF电容
1
1.5MΩ电阻
1
10kΩ电阻
1
直流稳压电源
1
三
角
波
电
路
LF353
1
第一级用作积分器产生三角波；
第二级用作放大器使三角波大小满足要求。
2.7kΩ电阻
2
积分电路输入电阻、平衡电阻
8.4kΩ电阻
1
积分电路保护电阻
10kΩ电阻
1
平衡电阻
13kΩ电阻
1
放大电路输入电阻
47kΩ电阻
1
反馈电阻
100nF电容
1
积分电容
直流稳压电压源
1
阶
梯
波
电
路
74LS169
1
统计时钟信号上升沿个数，输出作为CD4051地址
CD4051
1
数据选择器，产生阶梯波
100Ω电阻
7
分压产生等间隔电位输入CD4051
直流稳压电压源
1
特性曲线测量
晶体管S8050
1
5.1kΩ电阻Rb
1
1kΩ电阻Rc
1
2kΩ电阻Re
1
示波器
1
测量晶体管输出特性曲线
十二、参考文献
1.《电子电路基础》北京邮电大学出版社
2.《数字电路与逻辑设计》北京邮电大学出版社
3.《电子测量与电子电路》综合设计型实验讲义
北京邮电大学电子工程学院电路中心
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