北邮晶体管图示仪实验

1、电子测量与电子电路综合实验报告（简易晶体管图示仪的设计与实现）专业：通信工程班级：2013211116学号：2013210460 :刘志浩班内序号：06C目录 TOC o 1-5 h z 一、摘要1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 二、关键词1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 三、设计任务要求1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 基本要求1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 提髙要求1 HYPER

2、LINK l bookmark14 o Current Document 四、设计思路、总体结构框图11设计思路：1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 总体结构框图： 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 五、分块电路与总体电路的设计1 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 方波电路1 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 阶梯波电路1 HYPERLINK l bookmark32 o Current D

3、ocument 三角波电路1 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 总体电路1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 六、实现功能说明1 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 基本功能的实现1 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 阶梯波的实现1 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 三角波的实实现1 HYPERLINK l bookmark44 o Current

4、Document 晶体管特性曲线的实现1 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 拓展功能的实现1 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document PNP晶体管输出特性曲线1 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 设计阶数可调的阶梯波发生器1 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 测试方法1 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 七、故障及问题分析1 HYPERLINK l bo

5、okmark56 o Current Document 实验中出现的故障和问题1 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 2.分析1 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 八、总结和结论1结论1总结1 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 九、MUItiSim仿真原理图、波形图1 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 十、PROTEL绘制的原理图1 HYPERLINK l bookmark70 o Current

6、Document 十一、所用元器件及测试仪表淸单1 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 十二、参考文献1摘要本报告主要介绍了晶体管图示仪实验中一些元件的了解过程和具体应用，以 及设计思路，设讣过程和设计中遇到的问题。其中给出了各个分块电路的电路图 和设计说明、功能说明，还有总电路的框图、电路图.PCB板、实验结果的手绘 截图等。在最后提到了在实际操作过程中遇到的困难和解决方法，并给岀本次实 验的结论与总结。二、关键词方波、锯齿波、阶梯波、特征曲线三、设计任务要求基本要求设计一个阶梯波发生器，f500Hz, UoPPV,阶数二6；设计一个三角波发生

7、器，三角波VaPP2V;设计保护电路，实现对三极管输岀特性的测试。提高要求可以识别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。四、设计思路、总体结构框图1-设计思路:本试验要求用示波器稳定显示晶体管输入输出特性曲线。我的设计思路是先 用NE555时基振荡器产生的方波和带直流的锯齿波。然后将产生的方波作为16进 制计数器74LS169的时钟信号，74LS169是模16的同步二进制讣数器，可以通过四 位二进制输出来计时钟沿的个数，实验中利用它的三位输出为多路开关CD4051 提供地址。CD4051是一个数据选择器，根据16进制计数器74LS169给出的地址进 行

8、选择性的输岀，来输出阶梯波，接入基极。山运放LF333对NE355产生的锯齿波 进行处理，产生符合要求的锯齿波作为集电极输入到三极管集电极。最后扫描得 到NPN的输出特性曲线。2 总体结构框图：五、分块电路与总体电路的设计方波电路我的设计思路是直接用NE555时基振荡器产生方波，只要做一个积分电路， 再做一个滤波电路滤去直流分量即可。由555定时器构成的多谐振荡器如图5.1.1(a)所示，其工作波形见图5. 1. 1(b) o接通电源后,电源VDD通过Rl和R2对电容C充电,当Uc13Vdd时,振 荡器输出Vo=I,放电管截止。当UC充电到2/3VDD后，振荡器输出VO翻转成0, 此时放电管导

9、通，使放电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使UC下降。当Cc 下降到13Vdd后，振荡器输出VO乂翻转成1,此时放电管乂截止，使放电端(DIS) 不接地，电源VDD通过Rl和R2乂对电容C充电，乂使UC从1/3VDD上升到23Vdd,触发 器乂发生翻转，如此周而复始，从而在输出端V。得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲宽度TLQo.7RsC,由电容C放电时间决定;TH=0.7(Ri+R2)C,由电容C充电时 间决定，脉冲周期TQTH+TL。(*)1/3 VOoWVDDcI I 3 T I *r *0o*J ： ： ! H图51. 1图51. 2图51. 3当R2Ri时，方波占空比接近等于

10、50%,考虑到实际电路要求与器件工作条 件，取R2=51k, Ri=Ik, C1=C2=O. OIUFO MUItiSim仿真图如图5. 1.2,可以在 管脚5的输岀得到方波，在管脚2的输岀得到三角波。方波的波形图如图5.1.3o阶梯波电路用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岀来计时钟沿得 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。 直流通路是山5个IooQ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

11、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, 3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3、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。仿真时在MUltiSim上没有现成元件CD405b这里选择了与它功能相近的8通道 模拟多路复用器ADG528F代替。它是根据Al、A2、A3 口的输入来选择输出S1-S8 中各路电压值。电路图如图5.2.

12、1,阶梯波如图5. 2.2o在实验中发现，可以在 R3与电源之间加入一个电位器Rio,从而实现对阶梯波电路最大电压值的调节。VrfR1P：VCC 50V VCC :KOy=A TtR1.0.01;FR7：: IOOQ 555JrIiMGNQ7CO DTSVCC ,；ICR24S5.0V入 bd .QB.DWG 心W QG g3M 、:VH74LS169NIOoC9 :f x 才Q Lz* ：16 ： 1c.B：r 03 21:01.26 3315(2)三角波的实实现三角波VoPP=2. 81V,波形如图6. 1.2mX23z2A, z52187: Sun r 1915:27:2520151 5

13、00W 2CIm 500.0S/ 自劲 1740PO 幡合*li谓洌置探头BDCL-9-图 6. 1.2晶体管特性曲线的实现输出特性曲线是指在基极电流不变的情况下，输出电压Uce和输出电流ZC的 关系曲线，用Y轴表示测得的电压Ue可以表示/c的大小，用X轴测得的电压UC 可以表示Uce的大小。当电压IZce反复扫描时，示波器显示Uce和/c的关系，就会 呈现一条稳定不动的输出特性曲线。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岀特性曲线。因为要求能够同时显示出一簇输岀特性曲线， 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

14、梯波，得到一组稳定的输出特性曲线。实际测得 晶体管特性曲线如图6.1.3D93X 2022 Iw52 546: Ri r 03 21:09.57 231515009/2 520XY图 6. 1.32.拓展功能的实现PNP晶体管输出特性曲线PNP输出特性曲线功能说明：原理与NPN的一致，不同之处在与用锯齿波和 阶梯波扫描PYP的集电极和基极时，所用的锯齿波和阶梯波必须是负值，具体的 调整方法是把阶梯波产生电路中滑动变阻器前所接的+3V的电压接为-5V即可， 减法电路中的+5V电压接为+14V以保证最小值可以到达-12V的幅值，以保证PNP 可以正常工作。这样就可以得到PNP的输出特性曲线了。具体

15、改动见下面的电路 图具体因为电压为负所以示波器上显示出的输岀特性曲线倒转180度，位于第三 象限。实际测得图像如图6.2.1MSO-X2J22 WT521887:I916:1541 2015135OP250CXY图 6. 2. 1(2)设计阶数可调的阶梯波发生器阶梯波的4-8阶连续可调，晶体管输出特性曲线组3-7阶可调。实现过程及方法：在CD4051与VCe之间不接电阻，而连接一个电位计，通 过改变电位计阻值大小，改变CD4051的输岀电压的范圉，改变了进入晶体管截 止区的输出特性曲线的条数，获得了连续可调的阶梯波和晶体管输出特性曲线条 数。测试方法需要注意的是，这里调整电路时调R16时，会改

16、变三角波的幅度，同时也会 调整锯齿波的直流分量，注意调的过程中不是R16越大越好，因为R16过大，会 使输出信号无法通过反馈电路回到输入端，会使波形失真，这点调试的时候要注 意，同时，锯齿波的最低点电压值最好为OV (NPN时)，这样扫描出的NPN输 出特性曲线0点部分才会清晰，同时锯齿波的幅度不够大时，可能会影响到输出 特性曲线的条数。故障及问题分析:L实验中出现的故障和问题出现过器件被烧得现象设计的参数值不能得到正确的波形电源短路方波电路失真现象严重.得到的输出特性曲线条数过少2.分析(1)器件被烧最主要的原因是过载或管脚接错，因为再接电路以前都会进行计算, 所以基本没有出现过因为过载而导

17、致的器件被烧，最后查明是因为电源要接四路 而接线时粗心导致电压正负接反，出现器件被烧的问题。出现设计值不能得到正确波形的问题时，我会根据设讣值选取适当的滑动变 阻器，通过改变阻值以找出正确的波形和符合实际要求的阻值。因为实验室仪器有限，而我的设计中需要4路电源，但是每个人只能得到两 路电源，于是就伙同我附近与我做同一实验的同学共用电源，以满足同时需要4 路电源的要求，这时就会发生电源短路现象。后经我们试验发现有可能是我们正 负级界的位置不同，造成了短路，经改正避免了这一问题。.方波电路失真严重原因是滤波电容太小，于是我把103的电容换成了 104的, 换掉后在调节到适当的电阻，失真现象就不很明

18、显，而且因为要产生锯齿波，在 占空比调节到很大时，也不会产生很明显的失真。.得到的输出特性曲线条数过少，这是由于CD4051的直流电压过大，使晶体管 进入截止区部分过多。在实验中我开始没有在CD4051的XO与VCC之间接电阻， 在发现问题及原因后，我逐个换取电阻，最后发现430欧姆左右的电阻正好可以 得到6条输出特性曲线。并且正是在解决这个问题的过程中，我发现阶梯波及输 出特性曲线条数与这个电阻大小有关，遂将这个电阻换为电位计，从而实现了阶 梯波阶数的连续可调。八、总结和结论匕结论输岀特性曲线: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都有一条曲线对于某一条曲 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, 表现为曲线儿乎平行与横轴，即UCe大小儿乎仅仅取决于Ib.2总结这次试验中，通过设计实现晶体管图示仪，我在更加深刻地体会到了三角波, 方波，阶梯波和晶体管转移特性的同时，掌握了用MUItiSim仿真的方法，学习 到了如何自己设计一个电路。无论是利用555时基振荡器产生时钟信号，还是利 用LF353作为积分器产生相应的三角波，都从中学到了独立自主学习元器件使用 的能力。在产生阶梯波信号时，74LS169以及CD4051让我提前接触到了数字电 路的元器件，