北郵晶體管圖示儀實(shí)驗(yàn)

1、電子測量與電子電路綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告（簡易晶體管圖示儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)）專業(yè)：通信工程班級(jí)：2013211116學(xué)號(hào)：2013210460 :劉志浩班內(nèi)序號(hào)：06C目錄 TOC o 1-5 h z 一、摘要1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 二、關(guān)鍵詞1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 三、設(shè)計(jì)任務(wù)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、設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖11設(shè)計(jì)思路：1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 總體結(jié)構(gòu)框圖： 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 五、分塊電路與總體電路的設(shè)計(jì)1 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 方波電路1 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 階梯波電路1 HYPERLINK l bookmark32 o Current D

3、ocument 三角波電路1 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 總體電路1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 六、實(shí)現(xiàn)功能說明1 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 基本功能的實(shí)現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 階梯波的實(shí)現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 三角波的實(shí)實(shí)現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark44 o Current

4、Document 晶體管特性曲線的實(shí)現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 拓展功能的實(shí)現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document PNP晶體管輸出特性曲線1 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 設(shè)計(jì)階數(shù)可調(diào)的階梯波發(fā)生器1 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 測試方法1 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 七、故障及問題分析1 HYPERLINK l bo

5、okmark56 o Current Document 實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障和問題1 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 2.分析1 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 八、總結(jié)和結(jié)論1結(jié)論1總結(jié)1 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 九、MUItiSim仿真原理圖、波形圖1 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 十、PROTEL繪制的原理圖1 HYPERLINK l bookmark70 o Current

6、Document 十一、所用元器件及測試儀表淸單1 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 十二、參考文獻(xiàn)1摘要本報(bào)告主要介紹了晶體管圖示儀實(shí)驗(yàn)中一些元件的了解過程和具體應(yīng)用，以 及設(shè)計(jì)思路，設(shè)訃過程和設(shè)計(jì)中遇到的問題。其中給出了各個(gè)分塊電路的電路圖 和設(shè)計(jì)說明、功能說明，還有總電路的框圖、電路圖.PCB板、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的手繪 截圖等。在最后提到了在實(shí)際操作過程中遇到的困難和解決方法，并給岀本次實(shí) 驗(yàn)的結(jié)論與總結(jié)。二、關(guān)鍵詞方波、鋸齒波、階梯波、特征曲線三、設(shè)計(jì)任務(wù)要求基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)階梯波發(fā)生器，f500Hz, UoPPV,階數(shù)二6；設(shè)計(jì)一個(gè)三角波發(fā)生

7、器，三角波VaPP2V;設(shè)計(jì)保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)三極管輸岀特性的測試。提高要求可以識(shí)別NPN, PNP管，并正確測試不同性質(zhì)三極管;(2)設(shè)計(jì)階數(shù)可調(diào)的階梯波發(fā)生器。四、設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖1-設(shè)計(jì)思路:本試驗(yàn)要求用示波器穩(wěn)定顯示晶體管輸入輸出特性曲線。我的設(shè)計(jì)思路是先 用NE555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生的方波和帶直流的鋸齒波。然后將產(chǎn)生的方波作為16進(jìn) 制計(jì)數(shù)器74LS169的時(shí)鐘信號(hào)，74LS169是模16的同步二進(jìn)制訃數(shù)器，可以通過四 位二進(jìn)制輸出來計(jì)時(shí)鐘沿的個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)中利用它的三位輸出為多路開關(guān)CD4051 提供地址。CD4051是一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，根據(jù)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS169給出的地址進(jìn) 行

8、選擇性的輸岀，來輸出階梯波，接入基極。山運(yùn)放LF333對(duì)NE355產(chǎn)生的鋸齒波 進(jìn)行處理，產(chǎn)生符合要求的鋸齒波作為集電極輸入到三極管集電極。最后掃描得 到NPN的輸出特性曲線。2 總體結(jié)構(gòu)框圖：五、分塊電路與總體電路的設(shè)計(jì)方波電路我的設(shè)計(jì)思路是直接用NE555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生方波，只要做一個(gè)積分電路， 再做一個(gè)濾波電路濾去直流分量即可。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖5.1.1(a)所示，其工作波形見圖5. 1. 1(b) o接通電源后,電源VDD通過Rl和R2對(duì)電容C充電,當(dāng)Uc13Vdd時(shí),振 蕩器輸出Vo=I,放電管截止。當(dāng)UC充電到2/3VDD后，振蕩器輸出VO翻轉(zhuǎn)成0, 此時(shí)放電管導(dǎo)

9、通，使放電端(DIS)接地，電容C通過R2對(duì)地放電，使UC下降。當(dāng)Cc 下降到13Vdd后，振蕩器輸出VO乂翻轉(zhuǎn)成1,此時(shí)放電管乂截止，使放電端(DIS) 不接地，電源VDD通過Rl和R2乂對(duì)電容C充電，乂使UC從1/3VDD上升到23Vdd,觸發(fā) 器乂發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，從而在輸出端V。得到連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。脈沖寬度TLQo.7RsC,由電容C放電時(shí)間決定;TH=0.7(Ri+R2)C,由電容C充電時(shí) 間決定，脈沖周期TQTH+TL。(*)1/3 VOoWVDDcI I 3 T I *r *0o*J ： ： ! H圖51. 1圖51. 2圖51. 3當(dāng)R2Ri時(shí)，方波占空比接近等于

10、50%,考慮到實(shí)際電路要求與器件工作條 件，取R2=51k, Ri=Ik, C1=C2=O. OIUFO MUItiSim仿真圖如圖5. 1.2,可以在 管腳5的輸岀得到方波，在管腳2的輸岀得到三角波。方波的波形圖如圖5.1.3o階梯波電路用NE555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生的方波作為16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS169的時(shí)鐘信號(hào)， 74LS169是模16的同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以通過四位二進(jìn)制輸岀來計(jì)時(shí)鐘沿得 個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)中利用它的三位輸出為多路開關(guān)CD4051的輸入Qa. Qb、QC提供地址。 直流通路是山5個(gè)IooQ的電阻組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以產(chǎn)生6個(gè)不同的電壓值， 根據(jù)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS169給出的地址進(jìn)

11、行選擇性的輸出，而它的管腳按照一 定的順序接入5個(gè)等值電阻然后在第一個(gè)電阻接入5V的電壓，原本是管腳接7 個(gè)電阻可以產(chǎn)生8階階梯波，將三個(gè)管腳短接，即可產(chǎn)生6階，這里選擇了 4, 2, 3接地，使輸出為6階階梯波，以滿足基本要求中的階梯波幅度大于3V的要求。另一路信號(hào)通道的輸入則接被顯示的信號(hào)；通過地址信號(hào)3、Qb. QC對(duì)兩 回路信號(hào)同步進(jìn)行選通。這樣，用示波器觀察便可得到有6階的階梯波。仿真時(shí)在MUltiSim上沒有現(xiàn)成元件CD405b這里選擇了與它功能相近的8通道 模擬多路復(fù)用器ADG528F代替。它是根據(jù)Al、A2、A3 口的輸入來選擇輸出S1-S8 中各路電壓值。電路圖如圖5.2.

12、1,階梯波如圖5. 2.2o在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，可以在 R3與電源之間加入一個(gè)電位器Rio,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)階梯波電路最大電壓值的調(diào)節(jié)。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)三角波的實(shí)實(shí)現(xiàn)三角波VoPP=2. 81V,波形如圖6. 1.2mX23z2A, z52187: Sun r 1915:27:2520151 5

13、00W 2CIm 500.0S/ 自勁 1740PO 幡合*li謂洌置探頭BDCL-9-圖 6. 1.2晶體管特性曲線的實(shí)現(xiàn)輸出特性曲線是指在基極電流不變的情況下，輸出電壓Uce和輸出電流ZC的 關(guān)系曲線，用Y軸表示測得的電壓Ue可以表示/c的大小，用X軸測得的電壓UC 可以表示Uce的大小。當(dāng)電壓IZce反復(fù)掃描時(shí)，示波器顯示Uce和/c的關(guān)系，就會(huì) 呈現(xiàn)一條穩(wěn)定不動(dòng)的輸出特性曲線。改變基極電流“值，再重復(fù)掃描一個(gè)周期, 就可以得到另一條輸岀特性曲線。因?yàn)橐竽軌蛲瑫r(shí)顯示出一簇輸岀特性曲線， 所以用一個(gè)階梯電壓作為基極電壓的輸入。每掃描階梯波的一階，得到一條輸出 特性曲線。每掃描一次完整的階

14、梯波，得到一組穩(wěn)定的輸出特性曲線。實(shí)際測得 晶體管特性曲線如圖6.1.3D93X 2022 Iw52 546: Ri r 03 21:09.57 231515009/2 520XY圖 6. 1.32.拓展功能的實(shí)現(xiàn)PNP晶體管輸出特性曲線PNP輸出特性曲線功能說明：原理與NPN的一致，不同之處在與用鋸齒波和 階梯波掃描PYP的集電極和基極時(shí)，所用的鋸齒波和階梯波必須是負(fù)值，具體的 調(diào)整方法是把階梯波產(chǎn)生電路中滑動(dòng)變阻器前所接的+3V的電壓接為-5V即可， 減法電路中的+5V電壓接為+14V以保證最小值可以到達(dá)-12V的幅值，以保證PNP 可以正常工作。這樣就可以得到PNP的輸出特性曲線了。具體

15、改動(dòng)見下面的電路 圖具體因?yàn)殡妷簽樨?fù)所以示波器上顯示出的輸岀特性曲線倒轉(zhuǎn)180度，位于第三 象限。實(shí)際測得圖像如圖6.2.1MSO-X2J22 WT521887:I916:1541 2015135OP250CXY圖 6. 2. 1(2)設(shè)計(jì)階數(shù)可調(diào)的階梯波發(fā)生器階梯波的4-8階連續(xù)可調(diào)，晶體管輸出特性曲線組3-7階可調(diào)。實(shí)現(xiàn)過程及方法：在CD4051與VCe之間不接電阻，而連接一個(gè)電位計(jì)，通 過改變電位計(jì)阻值大小，改變CD4051的輸岀電壓的范圉，改變了進(jìn)入晶體管截 止區(qū)的輸出特性曲線的條數(shù)，獲得了連續(xù)可調(diào)的階梯波和晶體管輸出特性曲線條 數(shù)。測試方法需要注意的是，這里調(diào)整電路時(shí)調(diào)R16時(shí)，會(huì)改

16、變?nèi)遣ǖ姆?，同時(shí)也會(huì) 調(diào)整鋸齒波的直流分量，注意調(diào)的過程中不是R16越大越好，因?yàn)镽16過大，會(huì) 使輸出信號(hào)無法通過反饋電路回到輸入端，會(huì)使波形失真，這點(diǎn)調(diào)試的時(shí)候要注 意，同時(shí)，鋸齒波的最低點(diǎn)電壓值最好為OV (NPN時(shí))，這樣掃描出的NPN輸 出特性曲線0點(diǎn)部分才會(huì)清晰，同時(shí)鋸齒波的幅度不夠大時(shí)，可能會(huì)影響到輸出 特性曲線的條數(shù)。故障及問題分析:L實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障和問題出現(xiàn)過器件被燒得現(xiàn)象設(shè)計(jì)的參數(shù)值不能得到正確的波形電源短路方波電路失真現(xiàn)象嚴(yán)重.得到的輸出特性曲線條數(shù)過少2.分析(1)器件被燒最主要的原因是過載或管腳接錯(cuò)，因?yàn)樵俳与娐芬郧岸紩?huì)進(jìn)行計(jì)算, 所以基本沒有出現(xiàn)過因?yàn)檫^載而導(dǎo)

17、致的器件被燒，最后查明是因?yàn)殡娫匆铀穆?而接線時(shí)粗心導(dǎo)致電壓正負(fù)接反，出現(xiàn)器件被燒的問題。出現(xiàn)設(shè)計(jì)值不能得到正確波形的問題時(shí)，我會(huì)根據(jù)設(shè)訃值選取適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)變 阻器，通過改變阻值以找出正確的波形和符合實(shí)際要求的阻值。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室儀器有限，而我的設(shè)計(jì)中需要4路電源，但是每個(gè)人只能得到兩 路電源，于是就伙同我附近與我做同一實(shí)驗(yàn)的同學(xué)共用電源，以滿足同時(shí)需要4 路電源的要求，這時(shí)就會(huì)發(fā)生電源短路現(xiàn)象。后經(jīng)我們?cè)囼?yàn)發(fā)現(xiàn)有可能是我們正 負(fù)級(jí)界的位置不同，造成了短路，經(jīng)改正避免了這一問題。.方波電路失真嚴(yán)重原因是濾波電容太小，于是我把103的電容換成了 104的, 換掉后在調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)碾娮?，失真現(xiàn)象就不很明

18、顯，而且因?yàn)橐a(chǎn)生鋸齒波，在 占空比調(diào)節(jié)到很大時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生很明顯的失真。.得到的輸出特性曲線條數(shù)過少，這是由于CD4051的直流電壓過大，使晶體管 進(jìn)入截止區(qū)部分過多。在實(shí)驗(yàn)中我開始沒有在CD4051的XO與VCC之間接電阻， 在發(fā)現(xiàn)問題及原因后，我逐個(gè)換取電阻，最后發(fā)現(xiàn)430歐姆左右的電阻正好可以 得到6條輸出特性曲線。并且正是在解決這個(gè)問題的過程中，我發(fā)現(xiàn)階梯波及輸 出特性曲線條數(shù)與這個(gè)電阻大小有關(guān)，遂將這個(gè)電阻換為電位計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了階 梯波階數(shù)的連續(xù)可調(diào)。八、總結(jié)和結(jié)論匕結(jié)論輸岀特性曲線:描述以基極電流Ib為參量,集電極電流IC與三極管C. E極之 間的管壓降UCe之間的關(guān)系對(duì)于每一個(gè)確定的Ib都有一條曲線對(duì)于某一條曲 線，當(dāng)UCe從零逐漸增大時(shí),IC逐漸增大，當(dāng)UCe增大到一定數(shù)值時(shí),IC基本不變, 表現(xiàn)為曲線兒乎平行與橫軸，即UCe大小兒乎僅僅取決于Ib.2總結(jié)這次試驗(yàn)中，通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)晶體管圖示儀，我在更加深刻地體會(huì)到了三角波, 方波，階梯波和晶體管轉(zhuǎn)移特性的同時(shí)，掌握了用MUItiSim仿真的方法，學(xué)習(xí) 到了如何自己設(shè)計(jì)一個(gè)電路。無論是利用555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，還是利 用LF353作為積分器產(chǎn)生相應(yīng)的三角波，都從中學(xué)到了獨(dú)立自主學(xué)習(xí)元器件使用 的能力。在產(chǎn)生階梯波信號(hào)時(shí)，74LS169以及CD4051讓我提前接觸到了數(shù)字電 路的元器件，