简易晶体管图示仪的设计与实现.docx

简易晶体管图示仪的设计与实现实验报告 专业： 班级： 姓名： 学号：指导老师 ： 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：、设计一个阶梯波发生器， f500Hz ，Uopp3V ，阶数 N=6；。、设计一个三角波发生器，三角波Vopp2V；、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、 设计思路本试验要求用示波器稳定显示晶体管输入输出特性曲线及值得显示及测量。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：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。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、阶梯波发生器， f=1.4250kHz ，Uopp=3.534V ，阶数 N=8； 、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。图9 实验中测得三角波、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。图10 实验中测得输出特性曲线组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.总结：这次试验中，通过设计实现晶体管图示仪，我在更加深刻地体会到了三角波，方波，阶梯波和晶体管转移特性的同时，掌握了用Multisim仿真的方法，学习到了如何自己设计一个电路。无论是利用555时基振荡器产生时钟信号，还是利用LF353作为积分器产生相应的三角波，都从中学到了独立自主学习元器件使用的能力。在产生阶梯波信号时，74LS169以及CD4051让我提前接触到了数字电路的元器件，培养了自学能力。在实验过程中，不断发现问题解决问题，有和同学的探讨，也有自己独立探索发现，提高了自身的解决问题的能力。这些实践能力的提升，是实验前所没有想到的。无论从对理论知识的理解还是自身设计实践的能力上，通过这次试验我都有了长足的进步。九、 仿真图及波形图Mulitism仿真图： 波形图:三角波： 阶梯波晶体管输出特性曲线十、 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555时基振荡器1产生时钟信号100nF电容1330pF电容11.5M电阻11.8k电阻1直流电压源VCC、VEE（5V）1三角波电路LF3531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。47k电阻212k电阻164k电阻12k电阻13.3k电阻134k电阻1100nF电容1直流电压源VCC、VEE（5V）1阶梯波电路74LS1691统计时钟信号上升沿个数，输出作为CD4051地址CD40511地址