电子技术课程设计实验报告 晶体管特性图示仪设计文档格式.docx

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晶体管特性图示仪设计

二、内容摘要：

NPN晶体管，图示法测绘特性曲线，全波整流，脉冲信号，T型网络，阶梯波，扫描电压，双踪示波器，集电极电源，移向网络。

三、设计内容及要求：

1.通过晶体管特性图示仪设计，学习测量晶体管输出特性曲线和传输特性曲线的原理和方法，进一步掌握电子产品整机方案拟定、单元电路设计和整机电路安装、调试、性能指标测试的基本方法。

2.被测管为NPN管；

基极阶梯电流分为六档；

集电极扫描电压峰值为12V，功耗限制分五档。

3.扩展要求：

能测量PNP管，N沟道、P沟道场效应管的特性

4、设计方案选择：

1.逐点法：

集电极电流与集电极和发射极之间的电压Uce之间的关系是，Ic=f（Uce）|ib=c，确定Ib值，改变Vce，用逐点法测绘晶体管共射极输出特性曲线的电路图

2.图示法：

集电极扫描电压代替直流电压Ec，用一个阶梯波发生器代替提供基极电流的可调直流电源Eb，阶梯波没上升一阶，相当于Ib改变一次，满足Tb=nTc（n为整数），利用双踪示波器的X轴和Y轴输入端，便可看到晶体管特性图。

方案选择：

相比较而言，逐点法太繁琐，图示法更准确，更容易控制，测量方便，所以选择图示法来测量晶体管的特性曲线

5、电路设计、参数计算和器件选择

1.完整电路图如下

1.整机方案设计框图

阶梯电流产生电路

阶梯波产生电路

矩形脉冲产生电路

两路变压器全波整流电路

集电极电源电路

双踪示波器

（1）全波整流

从变压器中引出的电压进行移向后产生两路相位差为90度的正弦波，再分别通过全波整流电路进行全波整流。

全波整流电路利用二极管的单向导通性和运放进行，频率变为100Hz，调节电阻使波形幅度一样高，全波整流电路图及波形变化如下图：

（2）矩形波产生电路

两路全波通过比较器，调节电位器及调节比较电压，可以改变矩形脉冲的宽度，调节至周期为10ms，宽度为9ms的矩形脉冲。

两个相位差90度的矩形脉冲通过与非门产生脉宽为1ms频率为200Hz的矩形脉冲，如下图

（3）阶梯波电压产生电路

通过计数器CD4025，利用T型网络产生阶梯波，0000到1111的循环增加，类似于DA变换的电路，实现阶梯波电压的输出，调节电位器可以改变阶梯数。

（4）集电极电源产生电路和测试电路

220v电压经过调压器后进行全波整流，经过电路输入到三极管集电极，阶梯电压输入到三极管基极。

（5）示波器测量，采用X、Y双踪示波器，X测集电极，Y测发射极，以此得到三极管特性曲线。

2.器件选择：

运放（TL082*5），比较器（LM393*2），与非门（4011*1），

计数器（4520*1），电位器，电阻，二极管，

六、安装调试：

1.实用的主要仪器和仪表：

电压源，双踪数字示波器，双踪模拟示波器，电压表，螺丝刀，函数信号发生器，调压器。

2．Multisim10仿真测试：

3.调试电路的方法和技巧：

（1）将各芯片需要相同电压的接在一起，测试电源之间是否短路，若没有，分别接入所需的直流电源：

±

12V，±

5V，GND，用万用表测试各个需要电源的点电压是否正确。

（3）两路整流电路中，先接入一路信号，信号为幅度为12V频率为50Hz的正弦信号，采用示波器的双踪特性，一踪的是输入信号，作为比较，另一踪测量几个点的波形，和输入波形进行比较，看是否正确：

①、电压跟随器输出：

与原信号完全一样且同步。

②、第二个二极管的正极：

反向半波整流的。

③、比较器的x输入端（或正输入端）：

全波整流波形。

若正确，此时调节电位器，使全波整流波形幅度等高。

④、比较器的输出：

100Hz的宽矩形脉冲。

调节比较电压即电位器，并用示波器的光标测量，使低电平脉宽为1ms。

⑤、与非门输出端：

与比较器输出信号反向的窄脉宽。

因为通过与非门进行了取反。

⑥、T型网络后面的电压跟随器输出：

阶梯波（在与非门的输出接一个电容到低，滤除高频杂波）。

调节比较器比较电压即电位器，使阶梯波的阶数为16，该阶梯波此时的周期为100/16Hz。

⑦、将输入信号改到另一路整流输入端，重复①到⑥的操作，如果全都正确，进行下一步调试。

⑧、倒数第三个运放的输出：

同样是16阶的阶梯波。

此时进行定标，调节该运放正极输入端的电位器，使每阶的ΔV为0.5V。

（4）单信号调试完成，下面接入调相器输出的信号和测试电路进行测试：

①、相位差90度的两路正弦信号接入后，测试与非门的输出信号，调节调相电路的电阻，使信号的窄脉宽之间的相位差相等，此时脉宽频率为200Hz。

②、测试阶梯波输出可以定标的点，再一次进行定标，是每一阶的ΔV为0.5V。

③、将最后电阻网络中接一个电阻上去，再将电路接入到晶体管的基极，用示波器的CH1和CH2分别接到晶体管的集电极和共射极，调节模拟示波器的时间轴到最左边，及X-Y方式。

调节X和Y的电压轴到适当的位置，便可以看到晶体管的特性图，调节阶梯改变的电位器，改变阶梯波的阶数，使示波器出现六七条特性曲线，如下图：

CH1:

1V/格，CH2:

50mV/格，

测试电路电阻：

51欧姆，面包板上电阻网络电阻：

25千欧姆

数据分析：

方法1:

Ib=（4×

0.5）/（25KΩ）,Ic≈Ie=（4.1×

50mV）/（10Ω）,

=>

β=Ic/Ib=256.25

方法2：

β=

=

=251.4

由作图可得Vces=0.7V

4..调试中的故障、原因及排查

（1）电压跟随器的输出无信号。

可能原因：

若输入信号不完整，则可能是电源短路，芯片无供电电压导致。

（2）比较器的x输入没有全波整流波形或者不能调节电位器使全波整流幅度一样。

若前一级二极管的正极无反向半波整流则是前一级运放处电路问题，否则是电位器串联的电阻过大或者过小。

（3）比较器的输出不是宽脉冲波形。

如果波形出现全波整流和脉宽交替，则是比较器的问题，可能比较器坏了。

（4）T型网络阶梯波输出无梯形波，或者梯形波不是逐阶增加，出现跳阶的情况。

检查2引脚是否为高电平，检查电阻网络有无短路现象，或者是不是接入电阻网络的位置是否正确。

（5）示波器特性曲线闪烁厉害。

其中一路信号未进入与非门，即此时的脉冲频率仍是100Hz，而不是200Hz。

（6）特性曲线左边部分有断的地方。

两路信号相位关系，调节调相电路上的电阻，消除断点。

（7）特性曲线有长短交错的情况，需要调整调压器上的电位器，使之变化平稳。

（8）波形有干扰或者不稳定，需要加小电容来进行滤波。

（9）如果仅接一路信号，与非门输出端接模拟示波器可能只观察到一条直线，可换数字示波器来观察。

（10）导线的选用，如果使用漆包线的话要注意相邻导线的间距，因为漆包线的绝缘皮比较薄，且很难分辨清楚，建议使用网络导线。

（11）本实验所用芯片有

12V，+5V等几种电压要求，使用的时候应注意芯片的差异，防止失误接错。

七．方案总结

1.整体采用正弦电压的扫描产生波形，测试原理易懂，利用了模拟示波器的X-Y功能。

2.T型网络类似于DA转换电路，构思巧妙。

3.利用了4520的复位功能，使阶数可调。

4.电路可以测量中小功率的晶体管特性，有利于整机设计时选择何种晶体管。

5.方案改进：

（1）.如果想测量PNP管的特性曲线，需要将阶梯波进行反向处理，集电极电压也要进行反向处理，并且示波器的X踪反向，此时便可看到正的晶体管特性曲线图；

（2）.对于测量N沟道MOS管，产生定标后的阶梯波电压后，再通过电压跟随器增大阻抗，接到N沟道MOS管的g端，N沟道MOS管d、g、s分别代替NPN三极管的c、b、e，其他的不变

6.其他测量方案：

可以用DA芯片生成同向的阶梯波和正弦波，代替前面复杂的电路，正弦波的频率为阶梯波频率的整数倍，且同向。

DA生成的阶梯波通过电压跟随器增大阻抗，DA生成的正弦波通过滤波器进行滤得平滑些，再通过可调节运放，再通过电压跟随器增大输出阻抗。

其他测试方法同上。

八、附录

（一）

图1.输入的正弦信号波形图2.全波整流后的波形

图3.与非门输出端波形图4.阶梯波

九、附录

（二）