电子工艺指导书Word文档格式.docx

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2、掌握用集成运算放大器构成方波、三角波的方法

3、熟悉仿真设计软件的使用

4、为提供给三极管CE极间的扫描电压信号做准备

[实验原理]

方波发生器用途广泛，可作为时钟信号和波形变换的原始信号。

方波发生器可以用门电路、放大器和集成运算放大器等构成，震荡频率可以由晶体震荡器或RC等元件来决定。

一般地门电路、放大器可应用于震荡频率较高的场合，集成运算放大器应用于频率较低的场合，RC元件也应用于频率较低的场合。

本实验的方波发生器有两个作用，一是时钟信号，为可编程放大器构成的阶梯波提供同步信号。

另一个作用是用于波形变化，产生三角波。

要求生成的方波频率为800Hz，以满足晶体管图示仪的要求。

三角波用途广泛，用于电压或电流信号的扫描、电压比较等场合。

本实验的三角波用于晶体管图示仪中三极管CE极间的扫描电压信号。

对方波的积分就可以得到三角波，积分参数由RC决定，输出波形还与比较电压有关。

晶体管图示仪中三极管CE极间的扫描电压信号要求0-10V，因此三角波的幅度应在10V以上；

[实验内容]

1、设计800Hz的方波发生器和响应的三角波发生器的电路，三角波的幅度10V以上；

2、利用仿真软件，具体设计方波和三角波发生器的电路，利用仿真结果，初步确认设计电路；

3、电路装配、调试，使电路符合设计要求。

[主要实验仪器与器材]

1、示波器、信号发生器、直流电源、万用表

2、PC机及相关仿真设计软件

3、空白线路板、相关元器件及焊接设备

实验二　　计数器分配器的应用

1、掌握集成计数器分配器的使用特点

2、掌握顺序脉冲时序发生器设计的方法

3、为可编程放大器及产生梯形波的电路做准备

顺序脉冲是一种常用的时序信号，在各种控制器经常用到，本实验的顺序脉冲时序信号用于为可编程放大器放大倍数的控制，以产生晶体管图示仪中的梯形波，梯形波为三极管提供等间隔变化的基极电流。

图2-1顺序脉冲时序波形图

顺序脉冲时序信号的波形见图2-1，（a）为8顺序脉冲时序信号，（b）为4顺序脉冲时序信号。

产生顺序脉冲时序信号有很多种方法，如触发器串联、计数译码，本实验采用8进制集成计数/脉冲分配器CC4022来实现。

2、用8进制集成计数器分配器CC4022构成顺序脉冲时序发生器

CC4022有一个8进制计数器和一个脉冲分配器组成。

8进制集成计数器分配器CC4022有8个顺序脉冲输出端Q0-Q7，当计数值为0时，顺序脉冲Q0输出有效，当计数值为1时，顺序脉冲Q1输出有效，当计数值为7时，顺序脉冲Q7输出有效。

即每一个循环周期最多输出8个顺序脉冲，CC4022的工作波形如图2-1（a）所示。

/EN为芯片的使能端，低电平有效。

Cr为计数器的清零端，高电平有效，将CC4022的第5个输出端Q4接清零端Cr，CC40022的工作波形如图4-3（b）所示。

图2-28进制集成计数器分配器CC4022

1、利用800Hz方波发生器，为8进制集成计数器分配器CC4022提供时钟，设计4顺序脉冲时序发生器电路，使输出波形如图2-1（b）；

2、利用仿真软件，设计具体电路，利用仿真结果，初步确认设计电路；

3、设计8顺序脉冲时序发生器电路，即每一个循环周期最多输出8个顺序脉冲，工作波形如图2-1（a）所示；

4、电路装配、调试，使电路符合设计要求。

实验三　　可编程放大器和阶梯波电路的设计和调试

1、掌握模拟开关的功能和使用特点

2、掌握用模拟开关实现可编程放大器的方法

3、掌握产生阶梯波的方法

4、为三极管提供等间隔变化的基极电流信号做准备

在多路数据采集系统中，各检测回路可能采用不同类型的传感器，而它们提供的信号幅度范围不同（从微伏到伏）。

为了保证送到A/D转换器的信号在同一范围内，需要对各通道信号进行不同增益的放大，即采用可编程放大器，通过程序调节各通道放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，从而大大提高测量精度。

可编程放大器也是产生阶梯波的方法，阶梯波为三极管提供等间隔变化的基极电流信号，以测量三极管的输出特性。

可编程放大器的结构原理如图3-1所示。

图3-1可编程放大器结构

图3-1中，可编程电阻网络可用译码器和集成模拟开关构成。

在用计算机进行编程控制时，译码器的地址输入和使能端由计算机控制；

在进行巡问检测时，可用二进制计数器的输出作译码器的地址输入。

图3-2为用四双向模拟开关CC4066、集成运放LM324以及电阻连接的可编程交、直流放大器，模拟开关的控制端（图中未画出）可连接2-4线或3-8线译码器的输出端。

（a）交、直流放大器（b）交、直流放大器

图3-2可编程交、直流放大器

图3-3为一种可编程交流放大器电路原理。

电路中，由CC40106施密特反相器与电阻R1及电容C1构成一个多谐振荡器，产生频率大约为500Hz的方波，作CC4013双D触发器构成的二位二进制异步计数器的时钟脉冲。

该计数器的输出作为74LS138译码器的低二位地址。

译码后使/Y0—/Y3四个输出端循环输出低电平，并经反相后变成高电平，依次循环控制CC4066集成模拟开关K1—K4的通断，使集成运算放大器A成为可编程放大器，其电压放大倍数分别为1、2、3、4。

若进行直流放大，则应采用同相输入方式，如图3-2（b）所示。

图3-3一种可编程交流放大器电路原理

1．组装多谐振荡器，用示波器观察输出的方波；

2．组装异步二进制计数器，用示波器监测两个通道的输出；

3．组装译码器电路并将四个输出端与反相器连接。

4．组装由模拟开关与运算放大器构成的可变增益放大器，输入—个频率力2KHz，有效值为2OmV正弦信号，用导线分别短接各开关，用示波器观察输出波形和幅度是否正确。

5．把反相后的译码输出接至相应的模拟开关控制端，采用同相输入方式，进行直流放大，得到4级阶梯波，用示波器观察输出波形和幅度是否正确；

6、利用仿真设计软件，设计和调试电路。

[思考题]

1、本实验中，除采用施密待反相器作多谐振荡器外，能不能用LM324之一产生方波?

比较采用这两种多谐振荡电路的合理性。

2、若使用74LSl39作译码器，电路怎样连接？

苦使用74LS138的/Y4—/Y7作模拟开关控制，电路应怎样连接？

实验四　　三极管输出特性曲线测试电路的设计和调试

1、掌握三极管输出特性曲线的测试方法，加深对三极管输出特性曲线的理解；

2、掌握用示波器显示三极管特性曲线的方法，掌握三角波、阶梯波的产生方法；

3、提高电路的综合调试能力。

测量三极管特性曲线一般采用晶体管图示仪。

直接利用示波器的X、Y轴输入，也可显示三极管的特性，图4-1的电路，就是一个简易的用示波器测量和显示三极管输出特性的电路。

通过该电路的组装调试，可以学习用运算放大器组成的方波和三角波产生电路，用可编程放大器产生阶梯波．进一步理解示波器的工作原理和了解利用示波器观测三极管特性曲线的方法。

图4-1简易三极管特性曲线测试电路

该电路由八进制计数/分配器CC4022产生顺序脉冲，依次循环控制CC4066集成模拟开关K1一K4的通断，使集成运算放大器A1成为可编程放大器，其电压放大倍数分别为1、2、3、4，由于Al的同相输入端输人一个接近1V的直流电压，故输出幅度分别为该电压l、2、3、4倍的阶梯波（参见图4-2），为三极管提供等间隔变化的基极电流；

由集成运算放大器A2、A3组成方波、三角波产生电路，向三极管提供三角波作C、E极间的扫描电压，并给CC4022提供方波作时钟脉冲，从而实现基极电流与C、E间的扫描电压的同步。

把加在电阻R12两端、与基极电流成正比的阶梯电压引入示波器的Y轴输人，把C、E间的扫描电压接至示波器的X轴输入，示波器荧光屏上即显示三权管的输山特性曲线。

图4-2三极管基极的阶梯波

电路中使用的CC4022有8个输出端，即每一个循环周期最多输出8个顺序脉冲，CC4022的工作波形如图4-3（a）所示。

因一片集成模拟开关CC40066只有四个开关，只需要4个顺序脉冲来控制这四个开关的通断，将CC4022的第5个输出端Y4接清零端Cr，即可做到达一点，这时，CC40022的工作波形如图4-3（b）所示。

图4-3CC4022的波形图

电路中还采用了含有四个运算放大器的LM324。

LM324可以采用双电源，也可采用单电源，使用比较灵活。

LM324采用单电源时，静态工作点可以设在任意点。

本电路采用单电源，当A点调至Rw的中点时，向A2和A3提供5V的静态工作电压，这时A2和A3组成的振荡电路产生方波和三角波。

但由于方波和三角波都叠加在A点的直流电位上，使检测三极管C、E间的最低扫描电压高于零，于是示波器屏幕上显示的输出特性缺少起始部分，如图4-4（a）所示。

为显示输出特性的起始部分，可调低A点的直流电位，使检测三极管C、E间的最低扫描电压达到零，这样示波器屏幕上才能显示完整的输出特性，如图4-4（b）所示。

但随着静态工作电压的下降，A3反相输入端电位下降，使A2输出高电平（约10V）时，电容C的充电电流放大，而A2输出低电平（约10V）时，电容C的放电电流较小，于是A3输出波形从三角波变为锯齿波，A2输出的波形的占空比由50％变小，这是采用单电源的多谐振荡器所特有的。

（a）当静态电压为5V时，A3输出为三角波，但示波器显示的输出特性没有起始部分；

（b）当静态电压低于5V时，A3输出为锯齿波，可使示波器显示完整的输出特性

图4-4当A点电位等于和低于5V时，A3输出的波形及示波器显示的特性曲线

集成模拟开关CC4066、八进制计数分配器CC4022和四运放LM324的引脚图参见图4-5。

（a）集成四运放LM324（b）集成模拟开关CC4066

（c）CC4022八进制计数分配器

图4-5集成电路引脚图

1、连接组装方波、正弦波产生电路，将Rw的动片大致调至中间位置，用示波器观察输出的方波和三角波。

2、连接梯形波产生电路，用示波器观察输出的梯形波。

3、设计电流采样电路，将电流Ic转换为电压信号，送示波器的Y轴，将CE极间的电压信号送示波器的X轴，利用示波器的x-y显示功能，显示三极管特性曲线；

4、将梯形波引至被测三极管的基极，把三角波作为被测三极管C、E间的扫描电压。

用示波器观察所得的三极管输出特性，调节Rw，降低A点电位，使特性曲线起始部分基本从坐标原点开始（调节时要同时观察示波器屏幕，防止A点电位调得过低，使振荡器停振）。

要特别注意将三极管的发射极作为示波器的接地端。

此外，如果示波器显示的是倒置的输出特性，可改变示波器的显示极性，使其正置；

5、利用仿真设计软件，设计和调试电路；

6、组装和焊接电路，调试电路，得到4条满意的三极管输出特性曲线。

1、分析产生方波、三角波自激振荡的条件。

2、如果要显示8条输出特性曲线，电路应做那些改动。

3、参照输出特性测试方法，设计一个三极管输入特性测试电路。

4、元件参考清单

CC4066集成模拟开关1只

CC4022八进制计数分配器1只

LM324集成四运放1只

10k1/8W碳膜电阻器若干

1k1/8W碳膜电阻器若干

5lk1/8W碳膜电阻器若干

18k1/8W碳膜电阻器若干

100k1/8W碳膜电阻器若干

3001/8W碳膜电阻器若干

0.1uf/63V瓷介或涤纶电容器1只

实验五　　提高部分的设计和调试

1、通过电路的改进，进一步掌握电路的设计能力

2、也进一步提高电路的综合调试能力

见实验四“三极管输出特性曲线测试电路的设计和调试”。

原三极管输出特性曲线测试电路，可以显示4条三极管输出特性曲线，本实验增加三极管输出特性曲线的数量，显示8条三极管输出特性曲线。

电路可改进如下。

增加一片4路模拟开关CC4066，使可编程放大器有8级可控的电压放大倍数，电压放大倍数分别为1、2、3、4、5、6、7、8，同相输入端一个接近1V的直流电压，故输出电压幅度分别为该1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V，基极限流电阻100K，为三极管提供等间隔变化的基极电流为3uA、13uA、23uA、33uA、43uA、53uA、63uA、73uA。

为保证显示8条三极管输出特性曲线不闪烁，8条曲线刷新频率100Hz，要求与之同步的三角波的频率为800Hz，即保证方波的频率亦为800Hz。

显示三极管输入特性曲线

测试三极管输入特性需要的信号如下。

BE极的扫描信号，可用三角波来实现，0-10V三角波，基极限流电阻100K，基极扫描电流约为0-100uA，给定CE极的电压，测量BE极的电压，得到三极管输入特性。

将基极扫描电流取样至示波器的Y轴，UBE至示波器的X轴，得到一条三极管输入特性曲线，改变CE极的电压，得到另一条三极管输入特性曲线。

UCE为0V-10V即变。

1、增加电路，重新设计和调试电路，增加一片CC4066并使用CC4022的其它输出，增加三极管输出特性曲线的数量，显示8条三极管输出特性曲线；

2、参照输出特性测试方法，设计三极管输入特性测试电路；

3、利用仿真设计软件，设计和调试电路；

4、组装和焊接电路，调试电路，得到8条满意的三极管输出特性曲线以及三极管输入特性曲线。

CC4066集成模拟开关2只