电子技术课程设计实验报告 晶体管特性图示仪设计.docx
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电子技术课程设计实验报告晶体管特性图示仪设计
《电子技术课程设计》
说明书
班级:
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学号:
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姓名:
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电子技术课程设计说明书
一、课题名称:
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。
可能原因:
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。
可能原因:
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。
可能原因:
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。
可能原因:
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)
- 配套讲稿:
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