简易晶体管图示仪的设计与实现
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简易晶体管图示仪的设计与实现
实验报告
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课题名称:简易晶体管图示仪的设计与实现
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:
方波三角波阶梯波转移特性曲线
三、设计任务要求
1、基本要求:
○1、设计一个阶梯波发生器,f≥500Hz ,Uopp≥3V ,阶数 N=6;。
○2、设计一个三角波发生器,三角波Vopp≥2V;
○3、设计保护电路,实现对三极管输出特性的测试;
2、提高要求:
○1、可以识别NPN,PNP 管,并正确测试不同性质三极管;
○2、设计阶数可调的阶梯波发生器。
四、设计思路
本试验要求用示波器稳定显示晶体管输入输出特性曲线及β值得显示及测量。首先利用555时基振荡器产生的方波;方波一方面输入到LF353,LF353用作积
分器产生锯齿波输入到三极管的集电极作为扫描电压;方波另一方面作为时钟信号输入16进制计数器74LS169,74LS169是模16的同步二进制计数器,取其三
位输出作为地址输入给CD4051;CD4051在本实验中为数据选择器,对其获得的地址进行选择性的输出,以获得阶梯波;然后把阶梯波作为基极输入输入到三极管的基极;最后采用示波器的X-Y模式对晶体管的转移特性曲线进行测量。
总体设计框图如图1:
五、 分块电路和总体电路的设计
5.1 方波发生器电路
通过555振荡器产生时钟信号,所需电压为±5V 。Multisim 仿真及各元件参数见图2,产生的方波如图3。
方波电路
积分电路
阶梯波电路
示波器 Y X
图1 总体设计框图
图2 Multisim 仿真的方波发生器
图3 Multisim仿真的方波
5.2 三角波发生器电路
将5.1中产生的方波输入双运算放大器FM353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。Multisim 仿真如图4,仿真结果如图5。
图4 三角波发生器Multisim仿真
图5 三角波Multisim仿真结果
5.3 阶梯波
先利用74LS169四位二进制数据选择器接受方波,统计时钟沿个数,将其三位输出作为地址输入到CD4051中,CD4051作为地址译码器产生8阶阶梯波。图6为其Mulitism仿真。由于Multisim的库中没有CD4051,仿真时以ADG408代替其功能。
图6 阶梯波发生器的Multisim仿真
5.4 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,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。示波器的两路一路测量RE两端的电压,另一路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。
图7为整个电路的Mulitisim仿真电路(S8050由2N5551替代)。
图7 整个电路的Multisim仿真
六、实现功能说明
6.1 基本功能的实现
○1、阶梯波发生器,f=1.4250kHz ,Uopp=3.534V ,阶数 N=8;
○2、三角波发生器,三角波Vopp=3.150V;
图9为实际产生的三角波在示波器上显示的图样。
、可获得6条晶体管输出特性曲线组。
输出特性曲线是测量所得Ube 与Ib 的转移关系曲线。用三角波扫描集电极,X 轴测量三极管的基极电压,以表示Ube 的值;Y 轴测量Rb 上的电压,通过电压值来以表示Ib 的值。这样在示波器的X -Y 模式下就可以得到一条输入特性曲线。Uce 发生改变,即可得到新的输出特性曲线。把阶梯波做为三极管集电极电压,即可得到NPN 的输出特性曲线。图10为实验中得到的输出特性曲线组。
6.2 实现的提高要求:阶梯波的4-8阶连续可调,
晶体管输出特性曲
图10 实验中测得输出特性曲线组
线组3-7阶可调。
实现过程及方法:在CD4051与VCC之间不接电阻,而连接一个电位计,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。
七、故障及问题分析
7.1 出现的问题:
1)三角波幅值过小
2)得不到输出特性曲线
3)得到的输出特性曲线条数过少
7.2问题分析及解决方案
)三角波幅值过小,由于反馈电阻阻值选择不当。但是单纯增大反馈电阻组织又会使其直流偏置改变。我现在Multisim中将LF353所需的几个电阻都改为滑动变阻器,找到合适的阻值后,再在电路中替换,从而得到合适的三角波。
2)得不到输出特性曲线,由于示波器X、Y输入选择不当。X应测量三极管的集电极电压Ube,Y应通过测量Rb两端电压大小Ub获得流入积极的电流Ib。开始我将X,Y接反,未能获得想要的输出特性曲线。在同学帮助下找到了问题的解决方案。
3)得到的输出特性曲线条数过少,这是由于CD4051的直流电压过大,使晶体管进入截止区部分过多。在实验中我开始没有在CD4051的X0与VCC之间接电阻,在发现问题及原因后,我逐个换取电阻,最后发现430欧姆左右的电阻正好可以得到6条输出特性曲线。并且正是在解决这个问题的过程中,我发现阶梯波及输出特性曲线条数与这个电阻大小有关,遂将这个电阻换为电位计,从而实现了阶梯波阶数的连续可调。
八、总结和结论
结论:
1.输入特性曲线:描述了三极管C.E极之间的管压降Uce一定的情况下,基极电流Ib和发射结压降Ube之间的关系.当Uce=0时,特性曲线呈指数关系.随着Uce的增大,曲线将右移(左移)。
2.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Uce大小几乎仅仅取决于Ib.