北邮 模电 简易晶体管图示仪 实验报告.docx

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北邮模电简易晶体管图示仪实验报告

模拟综合实验

实

验

报

告

课题名称：

简易晶体管图示仪

学院:

信息与通信工程学院

专业:

班级：

姓名:

学号：

指导老师：

王丹志

2016.04.15

摘要

本报告主要介绍了简易晶体管图示仪的设计原理、内部结构、设计框图及仿真电路图；并且给出了各个分块电路和总体电路的设计原理、功能说明、电路图等;同时展示了实验中示波器上的波形和其他重要数据；最后分析了实际操作中遇到的问题并提出了解决办法，还有对本次实验的结论与总结。

关键词：

阶梯波、三角波、晶体管、输出特性曲线

一．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。

二．设计思路及总体结构框图：

1.设计思路：

本实验要求用示波器稳定显示晶体管的输出特性曲线,因此可用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示波器上。

具体思路如下:

1）首先利用NE555时基振荡器产生符合条件的方波；

2）将方波输入到双运算放大器LF353中，其中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；

3）将方波作为时钟信号输入到四位同步二进制计数器74LS169中,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；

4）将三角波输入到三极管的集电极，阶梯波作为基极电位输入到三极管的基极作为扫描电压。

通过示波器两通道分别接集电极和射极，以X-Y模式显示晶体管的输入输出特性曲线。

2.总体结构框图:

示波器

YX

阶梯波电路

方波电路

三．分块电路和总体电路设计:

1.方波电路：

1）原理：

由以上公式可选择RA=10kΩ，RB=1。

5MΩ，C=330pF即可产生理想频率为1.62kHz的方波；而C1起滤波作用，由于此电路主要含高频成分，因此C1应选小电容。

2）电路图:

3）NE555引脚图：

2.三角波电路:

1）原理：

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锯齿波，利用第二级运放构成反向加法放大电路，产生幅值符合要求的三角波。

2）电路图：

3）LF353引脚图：

3.阶梯波电路：

1）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,可以通过四位二进制输出来计算时钟沿个数，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（但是multisim元件库没有CD4051，故仿真时用功能相近的ADG408代替）.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。

这样,用示波器观察便可得到有6阶的阶梯波。

2）电路图:

3）引脚图：

A.74LS169：

B.CD4051与ADG408对应转化：

4.总体电路：

1）原理：

将产生的三角波输入到三极管S8050（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。

晶体管输出特性曲线是Ic和Vce的关系,在三极管射极接电阻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模式得到晶体管的输出特性曲线.

2）电路图:

四．实现功能说明：

1.已完成基本功能：

1）方波发生器：

f=1.6240kHzUopp=6.5V

2）三角波发生器:

f=1.6320kHzUopp=8.4V

3）阶梯波发生器：

f=1。

6240kHzUopp=6.27VN=6

4）晶体管特性曲线：

2.已完成扩展功能：

1）实现输出特性曲线3～7阶可调：

在CD4051与Vcc之间连接一个电位器,通过调整电位器的阻值可以改变输出电压的范围从而改变了进入晶体管截止区的输出特性曲线的条数,获得了阶数连续可调的阶梯波和晶体管输出特性曲线条数。

五．故障及问题分析：

1.无法输出阶梯波：

对面包板的结构不清楚。

上下各两排并不是从左到右完全联通的,中间一部分是断开的！

这个错误最低级然而耗费时间也最长,下次要牢记！

2.三角波的负分量过大:

仔细观察LF353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。

3.阶梯波波形失真：

ADG408和CD4051的对应关系没找对.其中CD4051的8脚为数字信号接地端,此电路中应与7脚串联接负电源。

4.输出特性曲线的条数过少：

这是由于当三角波的负分量较大时，导致阶梯波的高阶部分无法被扫描到。

解决方法同2。

六．总结和结论：

1.实验结论：

输出特性曲线是描述以基极电流𝐼𝑏为参量,集电极电流𝐼𝑐与三极管C、E极之间的管压降𝑈𝑐𝑒之间的关系,对于每一个确定的𝐼𝑏都有一套输出特性曲线与之对应.𝐼𝑏越大,曲线位置越高。

对于某一条曲线，当𝑈𝑐𝑒从零逐渐增大时,𝐼𝑐逐渐增大，当𝑈𝑐𝑒增大到一定数值时，𝐼𝑐基本不变，表现为曲线几乎平行与横轴，即𝑈𝑐𝑒大小几乎仅仅取决于𝐼𝑏. 

2.总结：

通过这次模拟综合实验,我在各个方面都有了很多收获.其一，对元器件的学习以及对整体电路的设计，使我更加清楚地了解了阶梯波、三角波等产生原理和LF353、CD4051的工作原理，进一步掌握了集成运放的使用方法.同时,对数电方面的知识也有了更深刻的理解；其二,在实际操作中其结果往往与仿真时差别很大,只有通过不断地调试，从部分到整体,才能解决问题。

这不仅锻炼了我的动手能力和耐性，而且还加深了我对整体电路的理解和把握；其三，不论是前期查阅资料设计电路还是后期电路搭接解决问题，均由我独立完成.从理论到实践，大大提高了我的自学能力和科学素养.相信这些宝贵的经验会对今后的学习大有裨益！

七．Multisim仿真原理图及波形图：

1.上文第三部分已给出仿真原理图,在此不再赘述.

2.面包板搭接图：

3.波形图：

1）方波:

2）三角波：

3）阶梯波:

4）三极管输出特性曲线：

八．所用元器件及测试仪表清单：

九．参考文献：

1.《电子测量与电子电路》北京邮电大学出版社

2.《电子电路基础》北京邮电大学出版社