北邮电子电路实验报告简易晶体管图示仪.docx
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北邮电子电路实验报告简易晶体管图示仪
北邮电子电路实验报告-简易晶体管图示仪
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,f≥500Hz,Uopp≥3V,阶数N=6;。
、设计一个三角波发生器,三角波Vopp≥2V;
、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特性曲线进行测量。
总体设计框图如图:
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:
1.阶梯波电路
用产生的方波作为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100Ω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如图:
2.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Uce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。
④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100Ω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)=509.51Hz
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
1
330pF电容
1
1.5MΩ电阻
1
18kΩ电阻
1
直流电压源VCC、VEE(±5V)
1
三
角
波
电
路
LF353
1
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。
47kΩ电阻
2
12kΩ电阻
1
64kΩ电阻
1
2kΩ电阻
1
3.3kΩ电阻
1
34kΩ电阻
1
100nF电容
1
直流电压源VCC、VEE(±5V)
1
阶
梯
波
电
路
74LS169
1
统计时钟信号上升沿个数,输出作为CD4051地址
CD4051
1
地址译码器,产生阶梯波
100Ω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S8050
1
测量器输出特性曲线
2.7kΩ电阻Rb
1
间接测量Ib大小
200kΩ电阻Rc
1
保护电路
100kΩ电阻Re
1
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)
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- 关 键 词:
- 邮电 电路 实验 报告 简易 晶体管 图示