晶体管输出特性测试仪阶梯波发生电路设计

1、 阶梯波发生器电路设计一、实验目的：（1）、学习和理解晶体管输出特性测量仪原理，并学会阶梯波发生器电路的其设计方法（2）、查阅有关手册，了解所用的器件性能。二、实验原理：通用的晶体管特性图示仪的扫描信号和阶梯信号是由50Hz工频市电变换的得到的。有下列几个缺点。1、使用了50HZ的低扫描频率，显示的特性曲线闪烁比较严重。2、X轴扫描为正弦波，线性度差。3、波形变换电路复杂。本实验旨在设计一个基于555定时器和加法计数器的阶梯波信号发生器。通过555定时器产生同步的X轴扫描锯齿波和Y轴扫描阶梯波。克服使用50Hz扫描频率低带来的缺点。1.设计原理：晶体管的输出特性是指集电极电流Ic在一系列一定的

2、基极电流Ib下，随集电极-发射极电压Uce变化的一簇曲线束，如图1所示。对其中任意一条曲线而言，相当于1b为常数时,电压Uce与集电极电流Ic之间的关系。八Ic图1、晶体管输出特性曲线对于给定的1b,只能表现出其中一条曲线。为了显示出整个曲线簇，只要使得Ib（即Ub）是阶梯波变化，而Uc是锯齿波变化，锯齿波的周期等于等于每一阶梯的维持时间即可,如图2所示。因此，本设计实验如何运用数字电路知识设计产生阶梯波产生电路。Ube/4/1/ML4V/Uce图2阶梯波和锯齿波之间的关系2设计要求：能够在示波器上稳定的显示出阶梯波，且阶梯波的幅度可调。3.电路设计：（1）总框图：阶梯波产生电路由多谐振荡器（

3、555定时器构成）、四位二进制加法器（CD4518）、数一模转换电路（RiR4与加减运算电路构成）和反相比例运算器组成。框图如图3所示LTUU反相比例运算电餐还原阶梯波）厂555多谐振荡器=产主矩形波脉冲，为后级提供加法计数器（产生数字信号）数模转换反相加法器，产生反相阶梯波） Rf是10k的电位器； S5.CD4E1S引脚示意屈图3.总框图2)多谐振荡器部分：(b)工作波形图由555定时器构成的多谐振荡器如图4(a)所示，其工作波形见图4(b)图4(a)555振荡器构成接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc1/3VDD时，振荡器输出Vo=HIGH,放电管截止。当Uc充电到三

4、2/3Vdd后，振荡器输出V。翻转成LOW,此时放电管导通，使放电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到W1/3Vdd后，振荡器输出Vo又翻转成HIGH，此时放电管又截止，使放电端(DIS)不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3Vdd上升到2/3Vdd，触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲宽度Tl0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)c，由电容C充电时间决定，脉冲周期TTh+TLo本电路采用NE555芯片，各引脚的接法如图4(a)所示，Ri取几千欧(1-2k即可),R2取几

5、百欧(400-600即可)，充放电电容C取470nF左右，去藕电容(与引脚5相连的电容)取10nFo该电路中利用多谐振荡器输出脉冲波，输入后级计数器的clk级。(3)同步加法计数器部分：CD4518BMS,CD4520BMSTOPVIEWCLOCKAENABLEAQ1AQ2AQ3AQ4ARESETAvssVDDRESETBQ4BQ3BQ2B咖3ENABLEBCLOCKB这部分采用CD4518芯片(其datasheet见附录)。CD4518芯片是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成如图5所示：CD4518引脚功能(管脚功能)如下：CLOCKA、CLOCKB：时钟输入端。RES

6、ETA、RESETB：清除端。ENABLEA、ENABLEB：计数允许控制端。Q1AQ4A:计数器输出端。Q1BQ4B：计数器输出端。本电路中将前级产生的脉冲波连入4518的时钟级，4518在每个脉冲波的上升沿计数输出+1,直到Q4Q3Q2Q1=1001时在新的上升沿输出归零，信号输出变成0000。开始新-轮的计数。其构成加法计数电路如图6所示：图6.加法计数器电路(4)数模转换部分：对图7中网络，对于每个输入电阻与前级地输出对应连接，如果输入电压为零（二进制0,相当于接地），那么电流也为零。如果输入电压为HIGH，那么电流量取决于输入电阻值,而对每个输入电阻不同输入电流也不同，而由电路结构可

7、知:If=U1/R1+U2/R2+U3/R3+U4/R4U0=-IfRf当QA1、QA2、QA3、QA4变化时，Uo就可以输出反相阶梯波本电路采用KA741芯片（其datasheet见附录），见图8：图8.KA741引脚示意图图8中1脚,8脚,5脚可不接，其中R5取2k左右，Ri取40k左右，8R4=4R3=2R2=Rd5）反相器部分：有电路结构易知：Uo=-UiRe/R1电路中芯片仍是KA741,Ri取1k左右，R2取1k左右，R3取10k左右的电位器。通过反相比例运算，实现将反相阶梯波还原。三、实验内容及方法：根据提供的单元电路和总框图，然后再实验箱实现电路功能。为使实验顺利进行，在安装时，应注意单元电路按序安放并注意接线整齐清楚。最好是安装好一部分就调试一部分。例如555计数器连完线后，接上电源，用示波器观察其输出波形，等确认输出矩形波后，再进行下一部分同步加法计数器的连接。连接安装完毕后，用示波器观察并记录输出阶梯波，并调节电位器，观察阶梯波幅度的变化，将实验结果和理论值作比较。四、实验器材（1）示波器XJ4323一台；（2）数字逻辑实验箱一只；（3）数字万用表SB2238一只；（4）参考元器件NE555芯片，CD4518芯片，KA741芯片，电阻、电容、导线若干。五、实验预习要求 # （1）仔细