北邮模电简易晶体管图示仪实验报告

模拟综合实验

实

验

报

告

课题名称：简易晶体管图示仪

学院：信息与通信工程学院

专业：

班级：

：

学号：

指导老师：王丹志

2016.04.15

摘要

本报告主要介绍了简易晶体管图示仪的设计原理、部结构、设计框图及仿真电路图；并且给出了各个分块电路和总体电路的设计原理、功能说明、电路图等；同时展示了实验中示波器上的波形和其他重要数据；最后分析了实际操作中遇到的问题并提出了解决办法，还有对本次实验的结论与总结。

关键词：阶梯波、三角波、晶体管、输出特性曲线

一．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。

二．设计思路及总体结构框图：

1.设计思路：

本实验要求用示波器稳定显示晶体管的输出特性曲线，因此可用阶梯波和三角波对晶体管进行周期性扫描，并将结果以图示的方式显示在示波器上。

具体思路如下：

1)首先利用NE555时基振荡器产生符合条件的方波；

2)将方波输入到双运算放大器LF353中，其中一个运放作

为积分器产生锯齿波，另一个运放构成反相放大电路得

到合适幅值的三角波；

3)将方波作为时钟信号输入到四位同步二进制计数器

74LS169中，取其低三位输出作为地址输入到CD4051的

地址端，通过分压在CD4051的数据输入端输入等间隔

的电位值，CD4051作为数据选择器，根据输入的地址对

数据进行选择性输出，从而获得阶梯波；

4)将三角波输入到三极管的集电极，阶梯波作为基极电位

输入到三极管的基极作为扫描电压。通过示波器两通道分别接集电极和射极，以X-Y模式显示晶体管的输入输出特性曲线。

2.总体结构框图：

三．分块电路和总体电路设计：

1.方波电路：

1)原理:

由以上公式可选择RA=10kΩ，RB=1.5MΩ，方波电路

三角波电路

阶梯波电路

示波器

Y X

C=330pF即可产生理想频率为1.62kHz的方波;而C1起滤波作用，由于此电路主要含高频成分，因此C1应选小电容。

2)电路图：

3)NE555引脚图：

2.三角波电路：

1)原理：

将NE555产生的方波输入双运算放大器LF353中，利用其第一个运放构成反向积分电路产生锯齿波，利用第二级运放构成反向加法放大电路，产生幅值符合要求的三角波。

2)电路图：

3)LF353引脚图：

3.阶梯波电路：

1)原理：

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，可以通过四位二进制输出来计算时钟沿个数，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（但是multisim元件库没有CD4051，故仿真时用功能相近的ADG408代替）。直流通路是由5个100Ω的电阻组成的电阻分压网络以产生6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。这样，用示波器观察便可得到有6阶的阶梯波。

2)电路图:

3)引脚图：

A.74LS169：

B.CD4051与ADG408对应转化:

4.总体电路：

1)原理：

将产生的三角波输入到三极管S8050 (仿真中用2N2222代替)的集电极用作扫描，将产生的阶梯

波输入到三极管的基极改变基极电位。晶体管输出

特性曲线是Ic和Vce的关系，在三极管射极接电

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，另一路在晶体管的集电极测量Vc大小，并选择X-Y模式得到晶体管的输出特性曲线。

2)电路图：

四．实现功能说明：

1.已完成基本功能：

1)方波发生器： f=1.6240kHz Uopp=6.5V

2)三角波发生器： f=1.6320kHz Uopp=8.4V

3)阶梯波发生器：f=1.6240kHz Uopp=6.27V N=6

4)晶体管特性曲线：

2.已完成扩展功能：

1)实现输出特性曲线3~7阶可调：

在CD4051与Vcc之间连接一个电位器，通过调整电位器的阻值可以改变输出电压的围从而改变了

进入晶体管截止区的输出特性曲线的条数，获得了

阶数连续可调的阶梯波和晶体管输出特性曲线条

数。

五．故障及问题分析：

1.无法输出阶梯波：

对面包板的结构不清楚。上下各两排并不是从左到右完全联通的，中间一部分是断开的！这个错误最低级然而耗费时间也最长，下次要牢记！

2.三角波的负分量过大：

仔细观察LF353第一级产生波形后发现第一级产

生的三角波有一个很大的直流偏置，如果直接对波形

进行放大，不仅三角波幅值被放大，直流偏置也会被

放大。通过在第二级放大电路的同相端加比较电压从

而解决了问题。使第二级放大电路同时具有加法电路

功能。

3.阶梯波波形失真：

ADG408和CD4051的对应关系没找对。其中CD4051的8脚为数字信号接地端，此电路中应与7脚串联接负电源。

4.输出特性曲线的条数过少：

这是由于当三角波的负分量较大时，导致阶梯波的高阶部分无法被扫描到。解决方法同2。

六．总结和结论：

1.实验结论：

输出特性曲线是描述以基极电流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都有一套输出特性曲线与之

对应。Ib越大，曲线位置越高。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。

2.总结：

通过这次模拟综合实验，我在各个方面都有了很多收获。其一，对元器件的学习以及对整体电路的设计，使我更加清楚地了解了阶梯波、三角波等产生原理和LF353、CD4051的工作原理，进一步掌握了集成运放的使用方法。同时，对数电方面的知识也有了更深刻的理解；其二，在实际操作中其结果往往与仿真时差别很大，只有通过不断地调试，从部分到整体，才能解决问题。这不仅锻炼了我的动手能力和耐性，而且还加深了我对整体电路的理解和把握；其三，不论是前期查阅资料设计电路还是后期电路搭接解决问题，均由我独立完成。从理论到实践，大大提高了我的自学能力和科学素养。相信这些宝贵的经验会对今后的学习大有裨益！

七．Multisim仿真原理图及波形图：

1.上文第三部分已给出仿真原理图，在此不再赘述。

2.面包板搭接图：

3.波形图：

1)方波：

2)三角波：

3)阶梯波：

4)三极管输出特性曲线：

八．所用元器件及测试仪表清单：

九．参考文献：

1.《电子测量与电子电路》邮电大学

2.《电子电路基础》邮电大学