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1、电子电路综合实验设计 实验名称：简易晶体管图示仪学院: 信息与通信工程学院 专业: 信息工程 班级: 20132* 学号: * 姓名: * 课题名称： 简易晶体管图示仪一、 摘要本报告主要介绍了简易晶体管特性图示仪的制作原理，内部结构并给出了其设计框图及仿真电路图；展示了简易晶体管图示仪的实现过程和各部分得到的实现结果；最后分析了实验中遇到的问题，简单阐述了解决方法和原理，并对本次实验加以总结。二、 关键词方波 三角波 阶梯波 三极管输出特性曲线三、 设计任务要求1 基本要求：、设计一个阶梯波发生器， f500Hz ，Uopp3V ，阶数 N=6；。、设计一个三角波发生器，三角波Vopp2V；
2、、设计保护电路，实现对三极管输出特性的测试 ；2 提高要求：、可以识别NPN，PNP 管，并正确测试不同性质三极管；、设计阶数可调的阶梯波发生器。四、 设计思路本实验要求用示波器稳定显示晶体管输入输出特性曲线。1. 首先利用NE555时基振荡器产生方波。1.1 方波一方面输入到LF353，LF353用作积分器产生三角波。1.2 方波另一方面作为时钟信号输入16进制计数器74LS169，取其三位输出作为地址输入给数据选择器CD4051，对其获得的地址进行选择性的输出，获得阶梯波。2 把三角波输入到三极管的集电极作为扫描电压；把阶梯波输入到三极管的基极。3 最后采用示波器的X-Y模式对晶体管的转移
3、特性曲线进行测量。总体设计框图如图：三角波电路 Rc示波器 Y X方波电路阶梯波电路 Rb Re五、分块电路和总体电路的设计：1. 用NE555产生方波:所需电压Vcc为5V。方波的震荡周期T=0.7（R1+2*R2 ）C1，占空比=(R1+R2 )/(R1+2*R2)。为使频率足够大，选C1=330pF。当R1远小于R2时，占空比接近0.5，选R1 为18k，R2 为1.5M。仿真电路及产生的方波如图：2. 三角波电路将产生的方波输入双运算放大器LM353中，利用其第一个运放，作为积分器产生三角波；利用第二级运放，作为放大器产生符合要求的三角波。仿真电路及产生的三角波如图：3. 阶梯波电路用
4、产生的方波作为74LS169四位二进制数据选择器的时钟信号，统计时钟沿个数，利用它的三位输出为多路开关CD4051的输入QA、QB、QC提供地址。直流通路是由6个100的电阻组成的电阻分压网络以产生7个不同的电压值，根据74LS169给出的地址进行选择性的输出。这里选择了2、4接地，使输出为7阶阶梯波。另一路信号通道的输入则接被显示的信号；通过地址信号QA、QB、QC对两回路信号同步进行选通。仿真时在Multisim上没有现成元件CD4051，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A1、A2、A3口的输入来选择输出S1-S8中各路电压值。仿真电路及产生的阶梯波
5、如图：4. 晶体管特性曲线的显示将产生的三角波输入到三极管8050的集电极用作扫描，将产生的阶梯波输入到三极管的基极。在三角波输入三级管前，集电极串联一个定值电阻Re，通过测量Re两端的电压大小间接测量流入集电极的电流大小。示波器的两路，CH1测量Re两端的电压，CH2在晶体管的发射极测量Vbe大小，并选择X-Y模式得到晶体管的转移特性曲线。整个电路的仿真电路如图：六、 实现功能说明1 基本功能三极管输出特性曲线是指，在基极电流Ib不变的情况下，集电极与发射极之间的输出电压Uce（管压降）和集电极电流Ic之间的关系曲线。用Y轴表示测得的电压Ue可以表示Ic的大小，用X轴测得的电压Uc可以表示U
6、ce的大小。当电压Uce反复扫描时，示波器显示Uce和Ic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Ib 值，再重复扫描一个周期，就可以得到另一条输出特性曲线。因为要求能够同时显示出一簇输出特性曲线，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，即取不同的Ib的值，得到一条输出特性曲线。每扫描一次完整的阶梯波，即取互不相同的一组Ib值，就可得到一组稳定的输出特性曲线。2 扩展功能晶体管输出特性曲线组4-8阶可调。我设计的电路的实现方法是，在CD4051与VCC之间连接一个电位计，通过改变电位计阻值大小，改变CD4051的输出电压的范围，改变了进入晶体管截止区的输出特性
7、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。3 电路板搭建从左到右依次为：方波电路，三角波电路，阶梯波电路，测试电路。4 测试数据三角波波形Vopp=4.32V，频率f=1.35231kHz。阶梯波波形阶梯数=7，Vopp=3.82V，频率f=641.072Hz。晶体管（NPN管）特性曲线输出特性曲线7条。m阶梯数可调4-7阶连续可调，Vopp=3.12V。实际的实验操作中,通过改变电位器阻值，阶梯数最低可调至2阶；由于阶梯波直流通路部分是由6个100的电阻组成的电阻分压网络，产生7个不同的电压值，因此阶数最高为7阶。频率f（CH1）=1.3490kHz频率f（CH2）=509
8、.51Hz七、 故障及问题分析1. 实验开始时选择了NE555时基振荡器2口产生的三角波。解决方法：根据设计电路搭建的电路，产生的三角波线性不好，最后测试时会导致得不到理想的三极管输出特性曲线，所以在老师的指导下，我改为用LF353作积分器产生三角波。2. 三角波幅值过小。解决方法：三角波幅值过小，但是单纯增大反馈电阻组织又会使其直流偏置改变。我和组内同学尝试了多个阻值后找到了合适的阻值，得到了合适的三角波。3. 得到的输出特性曲线条数过少。解决方法：由于CD4051的直流电压过大，使晶体管进入截止区部分过多。在CD4051的13接口与VCC之间接电位计，通过调节电位计电阻，从而得到了阶数为7
9、的特性曲线并且实现了阶梯波阶数的连续可调。4. 阶梯波幅值较小。解决方法：通过增大电源电压，可以增大Vopp；由于元器件74LS169最大允许电压为7V，CD4051允许电源电压范围为4.5V至20V，所以可以取电源电压最大为7V，此时的Vopp可达到实验要求的最低Vopp=3V。八、 总结和结论1. 总结输出特性曲线：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,表现为曲线几乎平行与横轴,即Ic大小几乎仅仅取决于Ib。2. 结
10、论本实验与上学期的电路实验不同，是综合型较强的设计型实验。我觉得本实验的重点在于三角波电路和阶梯波电路的设计，使频率和电压幅值符合实验要求；难点在于计算出大致电阻值以后，通过不断微调各电阻值，以得到线性较好的三角波和阶梯波。测试电路很容易搭建，但是如果三角波或者阶梯波线性不好就很难得到晶体管特性曲线。本实验我去了实验室4次，因为更换了实验，一开始毫无头绪，通过查阅资料后，慢慢熟悉了实验所需的各个元器件的功能和接线方法，设计出了电路。按照仿真成功的设计电路，我搭建了一个电路，在更改数次之后仍旧无法出现阶梯波波形，虽然与组里的其他同学讨论，仍旧没有找出问题所在，于是最后更换了面包板，重新搭建新的电
11、路。虽然这之中有不少不顺利，但我都努力地去想解决办法，庆幸最终都把问题给解决了。这次实验不仅让我对实验室的仪器设备的操作更为熟悉，提高增强了动手能力，巩固了软件Multisim的使用方法，更是让我在研究探索中增加了对电子电路的兴趣。此外，我觉得我最大的收获是我再次意识到了自己独立思考、解决问题的重要性，为我日后的实践奠定了一定的基础。九、 所用元器件及测试仪表清单元器件/测试仪表数量作用方波电路NE555时基振荡器1产生时钟信号100nF电容1330pF电容11.5M电阻118k电阻1直流电压源VCC、VEE（5V）1三角波电路LF3531第一级用作积分器产生三角波；第二级用作放大器使三角波大小满足要求。47k电阻212k电阻164k电阻12k电阻13.3k电阻134k电阻1100nF电容1直流电压源VCC、VEE（5V）1阶梯波电路74LS1691统计时钟信号上升沿个数，输出作为CD4051地址CD40511地址译码器，产生阶梯波100电阻6电位计1使阶梯波阶数可调直流电压源（5V）1特性曲线测量晶体管S80501测量器输出特性曲线2.7k电阻Rb1间接测量Ib大小200k电阻Rc1保护电路100k电阻Re1保护电路示波器1测量晶体管输出特性曲线十、参考文献（1）电子测量与电子电路 综合设计型实验讲义（北京邮电大学电路中心 2015年3月）