北郵晶體管圖示儀實驗

1、電子測量與電子電路綜合實驗報告（簡易晶體管圖示儀的設(shè)計與實現(xiàn)）專業(yè)：通信工程班級：2013211116學(xué)號：2013210460 :劉志浩班內(nèi)序號：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)計思路、總體結(jié)構(gòu)框圖11設(shè)計思路：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、實現(xiàn)功能說明1 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 基本功能的實現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 階梯波的實現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 三角波的實實現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark44 o Current

4、Document 晶體管特性曲線的實現(xiàn)1 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 拓展功能的實現(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 實驗中出現(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1摘要本報告主要介紹了晶體管圖示儀實驗中一些元件的了解過程和具體應(yīng)用，以 及設(shè)計思路，設(shè)訃過程和設(shè)計中遇到的問題。其中給出了各個分塊電路的電路圖 和設(shè)計說明、功能說明，還有總電路的框圖、電路圖.PCB板、實驗結(jié)果的手繪 截圖等。在最后提到了在實際操作過程中遇到的困難和解決方法，并給岀本次實 驗的結(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)計任務(wù)要求基本要求設(shè)計一個階梯波發(fā)生器，f500Hz, UoPPV,階數(shù)二6；設(shè)計一個三角波發(fā)生

7、器，三角波VaPP2V;設(shè)計保護電路，實現(xiàn)對三極管輸岀特性的測試。提高要求可以識別NPN, PNP管，并正確測試不同性質(zhì)三極管;(2)設(shè)計階數(shù)可調(diào)的階梯波發(fā)生器。四、設(shè)計思路、總體結(jié)構(gòu)框圖1-設(shè)計思路:本試驗要求用示波器穩(wěn)定顯示晶體管輸入輸出特性曲線。我的設(shè)計思路是先 用NE555時基振蕩器產(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 制計數(shù)器74LS169的時鐘信號，74LS169是模16的同步二進制訃數(shù)器，可以通過四 位二進制輸出來計時鐘沿的個數(shù)，實驗中利用它的三位輸出為多路開關(guān)CD4051 提供地址。CD4051是一個數(shù)據(jù)選擇器，根據(jù)16進制計數(shù)器74LS169給出的地址進 行

8、選擇性的輸岀，來輸出階梯波，接入基極。山運放LF333對NE355產(chǎn)生的鋸齒波 進行處理，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)計方波電路我的設(shè)計思路是直接用NE555時基振蕩器產(chǎn)生方波，只要做一個積分電路， 再做一個濾波電路濾去直流分量即可。由555定時器構(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對電容C充電,當(dāng)Uc13Vdd時,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, 此時放電管導(dǎo)

9、通，使放電端(DIS)接地，電容C通過R2對地放電，使UC下降。當(dāng)Cc 下降到13Vdd后，振蕩器輸出VO乂翻轉(zhuǎn)成1,此時放電管乂截止，使放電端(DIS) 不接地，電源VDD通過Rl和R2乂對電容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放電時間決定;TH=0.7(Ri+R2)C,由電容C充電時 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，方波占空比接近等于

10、50%,考慮到實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時基振蕩器產(chǎn)生的方波作為16進制計數(shù)器74LS169的時鐘信號， 74LS169是模16的同步二進制計數(shù)器，可以通過四位二進制輸岀來計時鐘沿得 個數(shù)，實驗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IooQ的電阻組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以產(chǎn)生6個不同的電壓值， 根據(jù)16進制計數(shù)器74LS169給出的地址進

11、行選擇性的輸出，而它的管腳按照一 定的順序接入5個等值電阻然后在第一個電阻接入5V的電壓，原本是管腳接7 個電阻可以產(chǎn)生8階階梯波，將三個管腳短接，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。另一路信號通道的輸入則接被顯示的信號；通過地址信號3、Qb. QC對兩 回路信號同步進行選通。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在實驗中發(fā)現(xiàn)，可以在 R3與電源之間加入一個電位器Rio,從而實現(xiàn)對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)三角波的實實現(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，示波器顯示Uce和/c的關(guān)系，就會 呈現(xiàn)一條穩(wěn)定不動的輸出特性曲線。改變基極電流“值，再重復(fù)掃描一個周期, 就可以得到另一條輸岀特性曲線。因為要求能夠同時顯示出一簇輸岀特性曲線， 所以用一個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，所用的鋸齒波和階梯波必須是負值，具體的 調(diào)整方法是把階梯波產(chǎn)生電路中滑動變阻器前所接的+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-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、改動見下面的電路 圖具體因為電壓為負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。實際測得圖像如圖6.2.1MSO-X2J22 WT521887:I916:1541 2015135OP250CXY圖 6. 2. 1(2)設(shè)計階數(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)。實現(xiàn)過程及方法：在CD4051與VCe之間不接電阻，而連接一個電位計，通 過改變電位計阻值大小，改變CD4051的輸岀電壓的范圉，改變了進入晶體管截 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)整電路時調(diào)R16時，會改

16、變?nèi)遣ǖ姆龋瑫r也會 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，因為R16過大，會 使輸出信號無法通過反饋電路回到輸入端，會使波形失真，這點調(diào)試的時候要注 意，同時，鋸齒波的最低點電壓值最好為OV (NPN時)，這樣掃描出的NPN輸 出特性曲線0點部分才會清晰，同時鋸齒波的幅度不夠大時，可能會影響到輸出 特性曲線的條數(shù)。故障及問題分析:L實驗中出現(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，因為再接電路以前都會進行計算, 所以基本沒有出現(xiàn)過因為過載而導(dǎo)

17、致的器件被燒，最后查明是因為電源要接四路 而接線時粗心導(dǎo)致電壓正負接反，出現(xiàn)器件被燒的問題。出現(xiàn)設(shè)計值不能得到正確波形的問題時，我會根據(jù)設(shè)訃值選取適當(dāng)?shù)幕瑒幼?阻器，通過改變阻值以找出正確的波形和符合實際要求的阻值。因為實驗室儀器有限，而我的設(shè)計中需要4路電源，但是每個人只能得到兩 路電源，于是就伙同我附近與我做同一實驗的同學(xué)共用電源，以滿足同時需要4 路電源的要求，這時就會發(fā)生電源短路現(xiàn)象。后經(jīng)我們試驗發(fā)現(xiàn)有可能是我們正 負級界的位置不同，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)碾娮瑁д娆F(xiàn)象就不很明

18、顯，而且因為要產(chǎn)生鋸齒波，在 占空比調(diào)節(jié)到很大時，也不會產(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 進入截止區(qū)部分過多。在實驗中我開始沒有在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)與這個電阻大小有關(guān)，遂將這個電阻換為電位計，從而實現(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)系對于每一個確定的Ib都有一條曲線對于某一條曲 線，當(dāng)UCe從零逐漸增大時,IC逐漸增大，當(dāng)UCe增大到一定數(shù)值時,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)這次試驗中，通過設(shè)計實現(xiàn)晶體管圖示儀，我在更加深刻地體會到了三角波, 方波，階梯波和晶體管轉(zhuǎn)移特性的同時，掌握了用MUItiSim仿真的方法，學(xué)習(xí) 到了如何自己設(shè)計一個電路。無論是利用555時基振蕩器產(chǎn)生時鐘信號，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)到了獨立自主學(xué)習(xí)元器件使用 的能力。在產(chǎn)生階梯波信號時，74LS169以及CD4051讓我提前接觸到了數(shù)字電 路的元器件，