新型晶体管特性图示仪扫描信号发生器电路设计-

1、2007年5月第26卷第5期研究与开发作者简介:张廷锋(19662,硕士,工程师,主要研究方向为电工理论与新技术。新型晶体管特性图示仪扫描信号发生器电路设计张廷锋马楚仪(华南理工大学电子与信息学院广州510640摘要:本文介绍了一种基于555定时器的晶体管特性图示仪扫描信号发生器的电路设计方法,通过555定时器产生同步的锯齿波和阶梯波触发信号,从而获得线性度良好的扫描信号。实验证明,该电路结构简单实用,其波形显示效果优于通用的晶体管特性图示仪。关键词:晶体管特性;锯齿波;阶梯波;线性度;稳定度Design of novel scanning signal generation circuit

2、fortransistor characteristic exhibit instrumentZhang Tingfeng Ma Chuyi(College of Electronics and Information ,Sout h China Univ.of Tech.,Guangzhou 510640Abstract :Design of scanning signal generator circuit for transistor characteristic exhibit instrument base on 555timer was introduced in t his pa

3、per.Synchronous sawtoot h wave and ladder wave trigger were generated by using 555timer.Then t he scanning signal wit h well linearity could be obtained.The experiment result s demonstrate t hat t he circuit is simple and usef ul ,and t he wave display is better than t he one of general transistor c

4、haracteristic exhibit instrument s.K eyw ords :transistor characteristic ;sawtoot h wave ;ladder wave ;linearity ;stability0引言晶体管特性图示仪是电子测量常用仪器之一,目前通用的晶体管特性图示仪的扫描信号和阶梯信号由50Hz 工频市电变换而来,扫描频率低,显示的特性曲线闪烁严重,稳定性差;X 轴扫描为正弦脉冲,线性度差,在显示晶体管特性曲线时亮度不均匀(前亮后暗,而且波形变换电路复杂。本文介绍一种基于555定时器的晶体管特性图示仪扫描信号发生器设计方法。通过555定时器产

5、生同步的X 轴扫描锯齿波和Y 轴扫描阶梯波,其扫描频率不受工频市电限制,扫描信号同步性能好,显示波形稳定。1扫描信号发生器设计1.1晶体管特性测量原理图1为晶体管输出特性测量原理,需测量的2个物理量是晶体管的集电极电流I c 和集电极电压U c e 。待测管的集电极和基极分别接入锯齿波和阶梯波扫描信号。集电极输出接示波管X 轴输入,发射极输出接示波管Y 轴输入,R c 为集电极功耗限制电阻,R e 为集电极电流取样电阻。1.2锯齿波产生电路图1中由555定时器组成的多谐振荡器同时产生锯齿波和阶梯波的触发脉冲,以保证锯齿波和阶梯波的同步。图1中由电阻R 1、R 2构成电容C 1的充电回路,其中R

6、 2略大于2R 1,由555定时器内置的放电三极管构成电容的放电回路。接通电源时,电源通过R 1、R 2对电容C 1充电,电容C 1两端电压线性上升,当充电至555定时器2、6脚的电压大于2/3V cc 时,555定时器3脚由“1”跃变为“0”,同时555定时器内置的放电三极管导通,电容通过三极管迅速放电至0V 。由于R 2略大于2R 1,此时555定时器2、6脚的电压略小于1/3V cc ,555定时器3脚由“0”跃变为“1”,同时555定时器内置的放电三极管截止,电容C 1进入下一个充、放电周期,555定时器7脚获得锯齿波,3脚获得占空比接近1的同步方波。锯齿波的幅值由式(1计算,得:V

7、C 1=2V CC 3-V CC R 23R 1V CC2(1则其频率可由式(2计算,得:f =1(R 1+R 2C 1ln2(2可见该锯齿波的输出电压幅值为1/2V cc ,大于一般555多谐振荡器的1/3V cc ,且波形线性度优于一般555多谐振荡器,电容从0V 开始充电至1/2V c c ,起始扫描电压34图1 晶体管输出特性测量原理图满足扫描信号的要求。该锯齿波通过电压跟随器U1输入到同相比例运算放大器U2进行电压放大,调节R p3可以改变锯齿波幅度,通过后置功率放大后输入到待测晶体管集电极。同时,该信号作为X轴扫描信号输入到示波管的X轴偏转系统。1.3阶梯波产生电路555定时器3脚

8、输出的方波作为计数器CD4518的计数脉冲接入CD4518的CP端,计数输出端Q1Q4分别接到由运算放大器U1构成的反相加法器的输入端,反相加法器的输入电阻R3R4R5R6=8421,则反相加法器的输出电压可由式(3表示为:u0=R p1R3u Q1+R p1R4u Q2+R p1R5u Q3+R p1R6u Q4=A(u Q1+2u Q2+4u Q3+8u Q4(3式中:A=R p1/R3可见,当计数输出端Q1Q4以4位二进制计数方式从09依次递增时,从反相加法器的输出端uo可以得到反向递增的阶梯波。该反向阶梯波经运算放大器U2进行反相比例运算得到正向的阶梯波,调节R p1可以改变锯齿波的级

9、数,调节R p2可以改变锯齿波的级高。电容C3用于阶梯波的高频干扰信号,该阶梯波通过后置功率放大后输入到待测晶体管基极。集电极电流经取样电阻R e取样后,输入到示波管的Y轴偏转系统。2实验结果及分析图2为扫描信号发生器的阶梯波和锯齿波,锯齿波上升沿近乎直线,线性度良好。锯齿波下降沿与阶梯波上升严格同步。基于图1电路原理,以数字示波器为显示终端测试N PN晶体管的输出特性曲线,如图3所示, 波形显示稳图2阶梯波、锯齿波测试波形定。作为参照,以CR T示波器为显示终端显示波形,与通用晶体管特性图示仪(SA KO HZ4832型晶体管特性图示仪比较,具有如下优点 :图3晶体管输出特性测试波形(1波形

10、显示亮度均匀:这是由于该电路的水平扫描电压为线性度良好的锯齿波;(2波形没有闪烁现象:由于该电路的水平扫描频率达到1700Hz,而对照的通用晶体管特性(下转第62页 干扰最大的载波站线路及干扰的频率,就可以确定干扰源的大致范围,由于干扰频率为50500k Hz,波长长达6006000m,需要选择合适的便携式监测测向设备及天线来对干扰源进行精确定位,如R&S的接收机EB200及天线H E200。工作在1020M Hz的H E200天线是方环天线,环面积A<2/100(为波长,其远场波瓣与小环天线相同,它的方向图是双8字,与一般大环天线明显不同,不能直接来定向。但是,根据中长波传播特

11、性,由式(2 (4可得,在传波途径(直线上,当场强增加12dBuV/m 时,该点与干扰源的直线距离与起始点相比应该缩短了一半,如在起始监测点EB200显示场强值为40dBuV/m;当某监测点场强值为52dBuV/m时,这时就可大致推测该点与干扰源的直线距离为起始监测点与干扰源距离的一半;通过对比场强值,多次交叉定位很快就可以查找到干扰源。当然,实际排查中还要考虑到地球表面曲率、地形地貌等因素的影响,监测的选点要注意无高大建筑物、山丘、树木等阻挡;在接近目标后,也应注意测向的仰角7。3结论随着整个社会信息化建设的全面推进,各行业对频谱这种重要资源的依赖越来越强,电力通信载波虽然不是无线电波,但和

12、有线电视频率一样与其他无线电通信业务共用。实际工作中与其他无线电台及各类通信电子设备一样不可避免地存在电磁干扰,影响载波通信的质量;但这些问题都可以通过排查干扰源来有针对性地解决,如优化电力线载波通道的频率分配、安装阻塞效果较好的阻波器或频率分隔装置等,使电力线载波通信能更好地为经济建设服务。参考文献1潘莹玉.我国电力线载波通信的现状与发展J.继电器,2000,28(6:58262.2中华人民共和国国家标准单边带电力线载波系统设计导则(G B/T14430293S.1993.3张力波,柴守亮.宽带电力线通信对无线通信的影响及其频带的管理J.中国无线电管理,2006(12:13215. 4刘军,

13、吴贵臣.长波天波传播几何参量的分析J.西安电子科技大学学报:自然科学版,2002,29(1:47251. 5闫国玉,郭万海.高频地波雷达传播特性及其探测距离分析J.舰船科学技术,2005,27(5:74276.6陈洪卿,曲铭.100k Hz地波计算方法比较J.时间频率学报,2003,26(1:18224.7陈海航.应用R&S手持天线H E200对干扰源的准确定J.国外电子测量技术,2003,22(5:29231.(上接第44页图示仪的水平扫描频率仅为100Hz,显示波形存在闪烁现象,当显示的Ic级数较多时尤为明显。(3波形没有抖动:由于该电路锯齿波和阶梯波均由同一个555多谐振荡器产生,存在严格的同步关系,而对照的通用晶体管特性图示仪的阶梯波由水平扫描的正弦脉冲触发产生,触发电压存在一定误差,使显示波形存在一定的抖动现象。3结束语由于扫描信号采用555定时器同时作为阶梯波和锯齿波发生器,电路结构简单,信号同步性能好,扫描频率可按需要设置,在扫描系统加装必要的转换开关及波段开关,就可以实现对不同类型的二极管、三极管的各种性能指标的测量。参考文献1徐伟,行鸿彦.基于555定时器的高线性度锯齿波发生器J.仪表技术与传感器,2006(7:39240.2陈艳燕,杨小锋.基于单片机的晶体管特性图示仪J.仪器仪表学报,2