《北邮-电子电路综合实验报告-晶体管图示仪》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮-电子电路综合实验报告-晶体管图示仪（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子测量与电子电路综合实验报告 简易晶体管图示仪的设计与实现 专业：通信工程班级：2014211118学号：2014210524姓名：魏欣然班内序号：22目录一、摘要1二、关键词1三、设计任务要求11.基本要求12.提高要求1四、设计思路、总体结构框图11设计思路：12总体结构框图：2五、分块电路与总体电路的设计21.方波电路22.阶梯波电路43.三角波电路64.总体电路7六、实现功能说明91.基本功能的实现9(1)阶梯波的实现9(2)三角波的实实现10(3)晶体管特性曲线的实现102.拓展功能的实现11(1)PNP晶体管输出特性曲线11(2)设计阶数可调的阶梯波发生器12七、故障及问题分析1
2、21.实验中出现的故障和问题122.分析12八、总结和结论131.结论132.总结14九、Multisim仿真原理图、波形图14十、PROTEL绘制的原理图15十一、所用元器件及测试仪表清单17十二、参考文献1717一、 摘要本报告主要介绍了实验中对元件的了解过程和具体应用，晶体管图示仪电路的设计思路，以及设计过程和调试中遇到的问题。其中给出了各个分块电路的电路图和设计说明、功能说明，还有总电路的框图、电路图、PCB板、实验结果的截图等。在最后提到了在实际操作过程中遇到的困难和解决方法，并给出本次实验的结论与总结。二、 关键词方波、锯齿波、阶梯波、输出特征曲线三、 设计任务要求1. 基本要求(
3、1)设计一个阶梯波发生器，f500Hz,3，阶数N=6；(2)设计一个三角波发生器，三角波2；(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、总体结构框图1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。本实验设计思路如下用NE555时基振荡器产生矩形波和带有直流分量的锯齿波；将产生的方波作为16进制计数器74LS169的时钟信号，74LS169是模16的同步二进制计数器，可以通过四位二进制输出来计时钟沿的个数，实验中利用它的三位输出为多路开关CD4051提供地
4、址；CD4051是一个数据选择器，根据16进制计数器74LS169给出的地址进行选择性的输出，来输出阶梯波，接入基极；由运放LF353对NE555产生的锯齿波进行处理，产生符合要求的锯齿波作为集电极输入到三极管集电极；扫描得到NPN的输出特性曲线。2总体结构框图：五、 分块电路与总体电路的设计1. 方波电路直接用NE555时基振荡器产生方波。NE555的工作原理及输出波形如图5.1.1。其基本工作原理如下：接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当UcR1时，方波占空比接近等于50%，考虑到实际电路要求与器件工作条件，取R2=51k，R1=1k，C1=C2=0.01uF。Multis
5、im仿真图如图5.1.2，可以在管脚5的输出得到方波，在管脚2的输出得到三角波。方波的波形图如图5.1.3。图5.1.2图5.1.32. 阶梯波电路用NE555时基振荡器产生的方波作为16进制计数器74LS169的时钟信号，74LS169是模16的同步二进制计数器，可以通过四位二进制输出来计时钟沿得个数，实验中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5个100的电阻组成的电阻分压网络以产生6个不同的电压值，根据16进制计数器74LS169给出的地址进行选择性的输出，而它的管脚按照一定的顺序接入5个等值电阻然后在第一个电阻接入5V的电压，原本是管脚接7个
6、电阻可以产生8阶阶梯波，将三个管脚短接，即可产生6阶，这里选择了4，2，5接地，使输出为6阶阶梯波，以满足基本要求中的阶梯波幅度大于3V的要求。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。这样，用示波器观察便可得到有6阶的阶梯波。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。电路图如图5.2.1，阶梯波如图5.2.2。在实验中发现，可以在R3与电源之间加入一个电位器R10，从而实现对阶梯波电路最大电压值的调节。图
7、5.2.1附：CD4051引脚图图5.2.23. 三角波电路图5.1.2中NE555时基振荡器的管脚2产生的三角波作为基本的三角波，如图5.3.1，但是这时产生的锯齿波的幅度不满足要求，并且有直流分量，所以利用运放LM353构造一个正向放大电路并且同时也是一个反向加法器，通过加直流+5V的电压，通过电位器R17对加法中的直流电压幅度进行调节，以满足三角波的最低值为0V。经过调节后的三角波如图5.3.2。图5.3.1图5.3.2锯齿波的最低点电压值最好为0V，这样扫描出的NPN输出特性曲线0点部分才会清晰，同时锯齿波的幅度不够大时，可能会影响到输出特性曲线的条数。这个电路与积分电路相比，电路更加
8、简单，幅度上调整的余地也比较大。附：LF353P引脚图4. 总体电路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R18，通过测量R18两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R18两端的电压，另一路在晶体管的发射极测量V19大小，并选择X-Y模式得到晶体管的转移特性曲线。图5.4.1为整个电路的Mulitisim仿真电路图。仿真最终得到的晶体管输出特性曲线如图5.4.2。面包板搭接情况如图5.4.3。图5.4.1图5.4.2图5.4.3六、 实现功能说明1. 基本功能的实现(1)阶梯波的实现
9、f=2500Hz，Uopp=3.20V，阶数N=6；波形如图6.1.1图6.1.1(2)三角波的实实现三角波Vopp=2.65V波形如图6.1.2图6.1.2(3)晶体管特性曲线的实现输出特性曲线是指在基极电流不变的情况下，输出电压和输出电流的关系曲线，用Y轴表示测得的电压U可以表示的大小，用X轴测得的电压可以表示的大小。当电压反复扫描时，示波器显示和的关系，就会呈现一条稳定不动的输出特性曲线。改变基极电流 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，得到一条输出特性曲线。每扫描一次完整
10、的阶梯波，得到一组稳定的输出特性曲线。实际测得晶体管特性曲线如图6.1.3图6.1.32. 拓展功能的实现(1) PNP晶体管输出特性曲线PNP输出特性曲线功能说明：原理与NPN的一致，不同之处在与用锯齿波和阶梯波扫描PNP的集电极和基极时，所用的锯齿波和阶梯波必须是负值，具体的调整方法是把阶梯波产生电路中滑动变阻器前所接的+5V的电压接为-5V即可，减法电路中的+5V电压接为+14V以保证最小值可以到达-12V的幅值，以保证PNP可以正常工作。这样就可以得到PNP的输出特性曲线了。具体改动见下面的电路图具体因为电压为负所以示波器上显示出的输出特性曲线倒转180度，位于第三象限。实际测得图像如
11、图6.2.1图6.2.1(2) 设计阶数可调的阶梯波发生器阶梯波的4-8阶连续可调，晶体管输出特性曲线组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1.实验中出现的故障和问题(1).实验需要四路电源，超过了实验室提供数目；(2).三角波电路输出不稳定；(3).三角波波形出现严重失真；(4).阶梯波阶次高低排序出现混乱；(5).阶梯波阶次不足；(6).输出特性曲线X轴方向范围过小；(7)
12、.输出特性曲线零点附近波形混乱；(8).输出特性曲线的显示非常模糊，电路不稳定；2.分析(1). 实验需要四路电源，超过了实验室提供数目：因为实验室仪器有限，而设计中需要4路电源，但是每个人只能得到两路电源，故在电路设计时正电源全部采用+5V供电，三个正电源供电端公用一个正电源端口，另一个提供-5V电源，解决了电源不足的问题。(2). 三角波电路输出不稳定：三角波电路在芯片LF353P的1管脚输出值非常不稳定，有时正常，有时会跳转为+5V的直流电压值，输出曲线与2管脚相同，此时测定3管脚的输入波形无误，为有直流分量的三角波波形，其他管脚电压值与仿真基本相同，故判断1、2管脚间短路，更换其间的连
13、接电阻后，电路正常工作；之后多次出现这样的问题，更换电阻无效，观察到面包板（可能是老式的）底部的泡沫胶非常松动，拆开后看出其金属槽略有松动移位的现象，调整后电路正常。(3).三角波波形出现严重失真：三角波波形最初显示为其中一条几乎为竖线的锯齿波，上升时间与下降时间非常不均衡，波形严重失真，故考虑NE555输出的方波占空比出现问题，将输出端连接至方波输出端，可见占空比接近30%，出现错误，将电路中3.3K欧姆的电阻更换为51K欧姆，令R2R1，可保证方波占空比为50%。(4). 阶梯波阶次高低排序出现混乱：在示波器中仅能观察到存在阶次高低不同的几个分量，而不按照从大到小的顺序排列，并且无法稳定显
14、示，检查电路发现，74LS169N与CD4051的Cnt1 INPUT/OUTPUT三个接口没有序号大小的顺序连接，与电阻连接的8个端口也没有按照大小顺序依次连接，误认为几个端口不分顺序，调整后阶梯波电路顺序正常。(5). 阶梯波阶次不足：由CD4051管脚分布和面包板实际搭接可知，12管脚要跨接在芯片两侧连接1管脚，故在跨接时电阻的导线接触到了芯片的其他管脚造成短路，正常情况下，每个100欧姆电阻两端的电压为0.35V左右，用万用表测量每个电阻两端的电压情况，可以快速判断其是否正常工作。(6).输出特性曲线X轴方向范围过小： 最初的输出特性曲线X轴方向范围过小，以致不能看到输出特性曲线六阶均为稳定直线的部分，只能看到左侧上升部分，
