簡(jiǎn)易晶體管圖示儀

1、電子電路綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)名稱： 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 班內(nèi)序號(hào)：指導(dǎo)老師 實(shí)驗(yàn)名稱：簡(jiǎn)易晶體管圖示儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握集成運(yùn)放的基本使用方法。2. 進(jìn)一步提高工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐動(dòng)手能力，加強(qiáng)系統(tǒng)概念。二、  報(bào)告摘要：本報(bào)告主要介紹簡(jiǎn)易晶體管的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，給出了其中給出了各個(gè)分塊電路的電路圖，原理和設(shè)計(jì)說(shuō)明，功能說(shuō)明，還有總電路的仿真，電路圖，展示了實(shí)驗(yàn)中示波器上的波形和其他一些重要的數(shù)據(jù)。在后半部分會(huì)提及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決方法，以及在實(shí)際操作過(guò)程中遇到的困難和解決方法，還有本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論與總結(jié)。三、關(guān)鍵詞：方波、鋸齒波、階梯波、

2、特征曲線。四、設(shè)計(jì)任務(wù)要求：1. 基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)階梯波發(fā)生器，f500Hz,Uopp3V，階數(shù)=6,;設(shè)計(jì)一個(gè)三角波發(fā)生器，三角波Vopp2V;設(shè)計(jì)保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)三極管輸出特性的測(cè)試，能清晰顯示NPN管輸出特性曲線。2. 提高要求 可以識(shí)別NPN,PNP管，并正確測(cè)試不同性質(zhì)三極管;設(shè)計(jì)階數(shù)可調(diào)的階梯波發(fā)生器。五、設(shè)計(jì)思路：試驗(yàn)要求用示波器穩(wěn)定顯示晶體管輸入輸出特性曲線。我選擇使用NE555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生方波和帶直流的鋸齒波(此時(shí)后面鋸齒波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)就有兩種選擇，其舍取原因?qū)⒃诤笪慕忉?。第二步則是將產(chǎn)生的方波作為16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS169的時(shí)鐘信號(hào)(74LS169是模16的同步二

3、進(jìn)制計(jì)數(shù)器)，通過(guò)四位二進(jìn)制輸出來(lái)計(jì)時(shí)鐘沿的個(gè)數(shù)，用它的三位輸出為多路開(kāi)關(guān)CD4051提供地址。第三部分：CD4051是一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，根據(jù)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS169給出的地址進(jìn)行選擇性的輸出，產(chǎn)生階梯波，并通過(guò)一個(gè)電阻接至NPN管的基極。第四部分：從NE555產(chǎn)生的鋸齒波經(jīng)由雙運(yùn)放LF353進(jìn)行放大處理，產(chǎn)生幅度和頻率符合要求的鋸齒波通過(guò)一個(gè)電阻輸入到三極管集電極。需要雙蹤示波器觀測(cè)時(shí)記錄數(shù)據(jù)為X軸的接晶體管射級(jí)，Y軸接至三角波輸出端。六、總體結(jié)構(gòu)框圖：放大和減法電路鋸齒波 方波階梯波產(chǎn)生電路產(chǎn)生方波和帶直流鋸齒波電路 階梯波測(cè)試電路（雙蹤示波器顯示晶體管特性曲線） 圖一總體結(jié)構(gòu)框圖七、設(shè)

4、計(jì)關(guān)鍵單元電路及設(shè)計(jì)方案的比較：用NE555產(chǎn)生方波及鋸齒波： 圖二方波產(chǎn)生電路 圖三NE555引腳圖原理：NE555內(nèi)部含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)分壓器，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電晶體管和一個(gè)功率輸出級(jí)。NE555的3口輸出方波，2口輸出鋸齒波。由資料可知: 電阻R1、R2和電容C1構(gòu)成定時(shí)電路。多諧振蕩器的放電時(shí)間常數(shù)分別為tPH0.693×（R1+R2）×C1tPL0.693×R2×C1振蕩周期T和振蕩頻率f分別為圖四：NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)T=tPH+tPL0.693×（R1+2R2）×C1f=1/T1/0.693×（R1+

5、2R2）×C1占空比D=R1+R2/(R1+2R2),為使階梯波頻率足夠大，選C1=0.01uF，C2=100nF(只要頻率，幅度，占空比合適其他電容值搭配也是可以的。)同時(shí)要產(chǎn)生鋸齒波，方波的占空比越大越好，當(dāng)R1遠(yuǎn)大于R2時(shí)，占空比接近1，但是考慮實(shí)際電路中過(guò)小電阻易發(fā)燙，故選擇R1為10K，R21為1K（實(shí)際操作時(shí)證明R1為100K，R21為10K產(chǎn)生的方波也很合適）階梯波電路： 圖五74LS169引腳圖用NE555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生的方波作為16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS169的時(shí)鐘信號(hào)，74LS169是模16的同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器?？梢酝ㄟ^(guò)四位二進(jìn)制輸出來(lái)計(jì)時(shí)鐘沿得個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)中利用它的三位

6、輸出為多路開(kāi)關(guān)CD4051的輸入Qa、Qb、Qc提供地址（但是multisim元件庫(kù)沒(méi)有CD4051，故仿真時(shí) 圖六 74LS169功能表用功能相近的ADG408代替，它們連接實(shí)際電路時(shí)管腳不同?。?。直流通路是由5個(gè)100的電阻組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以產(chǎn)生6不同的電壓值，根據(jù)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS169給出的地址進(jìn)行選擇性的輸出，而它的管腳按照一定的順序接入5個(gè)等值電阻然后在第一個(gè)電阻接入5V的電壓。當(dāng)用它的管腳接7個(gè)電阻可以產(chǎn)生8階階梯波，將三個(gè)管腳短接，即可產(chǎn)生6階，這里選擇了4，2，5接地，使輸出為6階階梯波，以滿足基本要求中的階梯波幅度大于3V的要求。另一路信號(hào)通道的輸入則接被顯示的信號(hào)；

7、通過(guò)地址信號(hào)Qa、Qb、Qc對(duì)兩回路信號(hào)同步進(jìn)行選通。這樣，用示波器觀察便可得到有6階的階梯波。圖七 產(chǎn)生階梯波電路部分的仿真圖及其波形注：ADG408管腳與CD4051對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化： CD4051引腳圖ADG408引腳圖三角波電路（為了區(qū)分，將NE555輸出的三角波稱為鋸齒波，LF353輸出的稱為三角波）：由于NE555時(shí)基振蕩器能產(chǎn)生方波和帶直流的鋸齒波，所以三角波電路這里可以有兩種設(shè)計(jì)。我可以將NE555從2端口輸出連接運(yùn)放LF353，然后設(shè)計(jì)一個(gè)積分電路以此產(chǎn)生三角波，并且由于LF353是雙運(yùn)算放大器，可用一半來(lái)搭建積分電路，一半來(lái)搭建運(yùn)算放大器，產(chǎn)生的三角波線性性也比NE555產(chǎn)生的好，

8、但是操作中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題使得我最終選擇直接將NE555從3端口輸出鋸齒波連接至LF353，并通過(guò)加法電路產(chǎn)生合乎要求的三角波，其理由如下：1. 正如前言，積分電路出來(lái)的三角波其線性特點(diǎn)優(yōu)于加減法電路所放大的。所以積分電路可用于產(chǎn)生精密鋸齒波電壓或線性增長(zhǎng)電壓，以作為測(cè)量和控制系統(tǒng)的時(shí)基;也可用于脈沖波形變換電路中。并且實(shí)驗(yàn)室的電壓源一桌配置兩個(gè)，用積分電路可以不用分壓，只用兩個(gè)電源就能實(shí)現(xiàn)。但是：搭建積分電路各種元件的數(shù)值較難確定，通過(guò)不斷的調(diào)試，我發(fā)現(xiàn)連接NE555和LF353之間的電阻設(shè)置在幾十千歐左右時(shí)，會(huì)比較合適，這樣滿足要求的同時(shí)可以保證電路不容易受到前級(jí)信號(hào)源輸出阻抗的影響，但是調(diào)

9、整其他參數(shù)的過(guò)程中，LF353極易發(fā)燙，考慮時(shí)間常數(shù)同時(shí)調(diào)整電容、其他電阻時(shí)很可能會(huì)燒壞運(yùn)放。而且提高實(shí)驗(yàn)要求測(cè)試PNP（8550）的輸入輸出曲線，這個(gè)時(shí)候鋸齒波要變成負(fù)壓，用LF353實(shí)現(xiàn)的話要改變積分電路及放大電路各種參數(shù)的值，非常復(fù)雜。 圖八 產(chǎn)生三角波的電路2. 將NE555從3口輸出直接產(chǎn)生鋸齒波大大減化了電路，不用考慮積分，只需要把LF353用來(lái)放大鋸齒波幅度即可。具體實(shí)現(xiàn)是：通過(guò)LF353的雙運(yùn)放特點(diǎn)，可以先搭建一個(gè)放大電路去實(shí)現(xiàn)三角波幅度值，使其大于3V，再搭建一個(gè)減法運(yùn)算器減掉直流分量。雖然NE555產(chǎn)生的三角波線性不是很好，需要調(diào)整占空比到很大的比例，但是通過(guò)改變幾個(gè)電阻的

10、值就能實(shí)現(xiàn)，非常方便，即便有一定程度的失真，也不會(huì)十分影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。雖然這樣搭建電路需要三個(gè)電壓輸入值，但是可以通過(guò)一個(gè)分壓電路實(shí)現(xiàn)二輸入電壓值提供電路工作。 注意：這里調(diào)整電路時(shí)調(diào)節(jié)連接在正電源上的電阻（6腳輸出的電阻），可以改變鋸齒波的幅度，也能調(diào)整三角波的直流分量。但絕對(duì)不是這個(gè)電阻越大越好，因?yàn)榇穗娮柽^(guò)大，會(huì)使輸出信號(hào)無(wú)法通過(guò)反饋電路回到輸入端，波形失真，同時(shí)，三角波最好不要有負(fù)分量，這樣掃描出的NPN輸出特性曲線0點(diǎn)部分才會(huì)清晰，同時(shí)三角波的幅度不夠大時(shí)，一定會(huì)影響到輸出特性曲線的條數(shù)。圖九 三角波輸出曲線 圖十 三角波沒(méi)有負(fù)分量時(shí)NPN輸出曲線 圖十一 三角波有負(fù)分量時(shí)曲線八、電路

11、整體設(shè)計(jì)： （1）NPN輸出特性曲線：輸出特性曲線是指在基極電流不變的情況下，輸出電壓Uce和輸出電流Ic的關(guān)系曲線，用Y軸表示測(cè)得的電壓Ue可以表示Ic的大?。▽⑹静ㄆ魈筋^連至階梯波輸?shù)絅PN管發(fā)射極的地方），用X軸測(cè)得的電壓Uc可以表示Uce的大?。▽⑹静ㄆ魈筋^連至三角波波輸?shù)絅PN管集電極極的地方）。當(dāng)電壓Uce反復(fù)掃描時(shí)，示波器顯示Uce和Ic的關(guān)系，就會(huì)呈現(xiàn)一條穩(wěn)定不動(dòng)的輸出特性曲線。改變基極電流Ib 值，再重復(fù)掃描一個(gè)周期，就可以得到另一條輸出特性曲線。因?yàn)橐竽軌蛲瑫r(shí)顯示出一簇輸出特性曲線，所以用一個(gè)階梯電壓作為基極電壓的輸入。每掃描階梯波的一階，得到一條輸出特性曲線。每掃描一次

12、完整的階梯波，得到一組穩(wěn)定的輸出特性曲線。 圖十二.NPN輸出特性曲線測(cè)量電路圖 注意：NPN管基極電阻若接小電阻(幾十歐姆的)需要用大功率電阻，實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)可以接較大的電阻。（2）PNP輸出特性曲線：原理與NPN一樣，但是用三角波和階梯波掃描PNP的集電極和基極時(shí)，所用的三角波波和階梯波必須是負(fù)值，修正步驟如下：1.把階梯波產(chǎn)生電路中幾個(gè)分壓的電阻所接的+5V的電壓接為-5V。2.重新調(diào)節(jié)LF353所接的滑動(dòng)變阻器，使鋸齒波為負(fù)值，以保證PNP可以正常工作。這樣就可以得到PNP的輸出特性曲線了。（示波器上顯示出的輸出特性曲線位于第三象限就是因?yàn)榇藭r(shí)修改使電壓為負(fù)了。）圖6.PNP輸出特性曲線測(cè)

13、量電路圖九、測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：(1)方波頻率為6.8KHZ,VPP=4.7V。左側(cè)圖為修正NE555相連的電阻值以前，占空比不好，且頻率僅有580HZ。修正后為右圖（示波器顯示的照片沒(méi)有找到但當(dāng)時(shí)記錄數(shù)據(jù)如圖）： （2）階梯波：幅度4.7伏，8階，頻率616.52HZ（3）三角波：幅度：7.95V。 圖十三 三角波波形 （4）NPN輸出特性曲線：（5）PNP輸出特性曲線： 由于此時(shí)使用了分壓電路，階梯波出來(lái)的波形不是太完美，因此PNP輸出特性曲線不夠理想。十、實(shí)驗(yàn)器材元器件、測(cè)試儀數(shù)量元器件、測(cè)試儀數(shù)量運(yùn)算放大器LF3531電阻10K2多路模擬開(kāi)關(guān)CD40511電阻1k1三極管80501電阻

14、1009三極管85501電阻12k1NE555定時(shí)器1電阻11k174LS1691電阻13k1電容1041滑動(dòng)變阻器220K2電容1031示波器1電阻15K1萬(wàn)能表1個(gè)電阻33k1直流穩(wěn)壓電源2個(gè)實(shí)驗(yàn)成品：十一、實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方案：實(shí)驗(yàn)是非常能鍛煉一個(gè)人動(dòng)手能力的項(xiàng)目，它很好地將理論與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系，能幫助我們提升對(duì)知識(shí)的理解。在這次綜合實(shí)驗(yàn)中，確實(shí)出現(xiàn)了很多問(wèn)題，不過(guò)既然有一屆又一屆的學(xué)生順利完成了實(shí)驗(yàn)，那么我堅(jiān)信問(wèn)題都是可以解決的。下面是我在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題：?jiǎn)栴}1：為什么按照仿真管腳連接階梯波電路會(huì)出現(xiàn)失真的波形？解決問(wèn)題之前的階梯波 解決問(wèn)題之后的階梯波 ADG408與CD4

15、051管腳對(duì)應(yīng)關(guān)系沒(méi)有找對(duì)，應(yīng)該分別在地，4,2,5,1,12,15,14,13，電源之間接上電阻。注意4與地接是出來(lái)向上增加的階梯波，4與電源相接（此時(shí)13接地）會(huì)出現(xiàn)向下的階梯波。問(wèn)題2：三角波總是失真，或者出不來(lái)波形。 失真的三角波 正常三角波原因是接在LF353上的電阻設(shè)計(jì)不合理，需要調(diào)整其6腳上的電阻適當(dāng)改變鋸齒波幅度。問(wèn)題3：為什么LF353輸出的也是階梯波？這理論上是不可能發(fā)生的，但是由于我自己初次搭接電路時(shí)不夠注意細(xì)節(jié)，將輸出階梯波的電阻管腿與輸出三角波短接了，故測(cè)試出來(lái)的特性曲線非常不正常。由調(diào)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我得到了一些結(jié)論：1. 細(xì)節(jié)決定成敗。電路要具有穩(wěn)健性

16、，電阻的腿要直，電阻位置要插得合理，要插穩(wěn)。這樣在使用示波器的過(guò)程中可以避免由于電阻腿相碰而短路的問(wèn)題。2. 思考清楚原理再進(jìn)行下一步操作：由于沒(méi)有看清元器件是LF353P所以仿真與實(shí)際電路有了不同之處。 3拒絕思維盲點(diǎn)：如果自己無(wú)論如何都調(diào)試不出正確波形，不妨請(qǐng)教他人，讓別人幫忙檢查一下電路。有時(shí)候自己認(rèn)為不可能出錯(cuò)的地方才是報(bào)錯(cuò)的原因。注意:橫向是分為兩段連通的，不要誤認(rèn)為只有一段！十二、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：輸出特性曲線: 是用來(lái)描述以基極電流Ib為參量,集電極電流Ic與三極管集電極與發(fā)射極之間的管壓降Uce之間關(guān)系的。通過(guò)階梯波產(chǎn)生不同的電壓送至晶體管，故而能產(chǎn)生輸出特性曲線簇。NE555： 內(nèi)部

17、含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)分壓器，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電晶體管和一個(gè)功率輸出級(jí)。可以用來(lái)產(chǎn)生方波及鋸齒波。74LS169： 是一個(gè)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以通過(guò)四位二進(jìn)制輸出來(lái)計(jì)時(shí)鐘沿得個(gè)數(shù)，其三位輸出為多路開(kāi)關(guān)CD4051的輸入Qa、Qb、Qc提供地址。CD4051： 是一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，能根據(jù)74LS169給出的地址進(jìn)行選擇性的輸出，產(chǎn)生階梯波，并通過(guò)一個(gè)電阻接至NPN管的基極。LF353： LF353是一個(gè)雙運(yùn)算放大器，在我的電路中它搭建了一個(gè)放大電路去實(shí)現(xiàn)三角波幅度值，使其大于3V和一個(gè)減法運(yùn)算器減掉鋸齒波的直流分量。 實(shí)驗(yàn)感受： 客觀地說(shuō)，通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)NE555，LF353,CD4051，74LS169等主要器件的工作原理有了一個(gè)大致的了解，并掌握了基本運(yùn)用方法。我也在不斷出錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)會(huì)了細(xì)心，學(xué)會(huì)了用心用腦去分析錯(cuò)誤，修正錯(cuò)誤。在調(diào)試過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了從部分至整體：通過(guò)保證電路每部分的正常工作來(lái)保證最后電路輸出的特性曲線正確。系統(tǒng)的整體性思維開(kāi)始初步得以建立。獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)意味著多樣性，意味著沒(méi)有統(tǒng)一答案，所以即使電路出現(xiàn)了同樣的問(wèn)題，每個(gè)人的解決辦法都可能不一樣，因此這次實(shí)驗(yàn)鍛煉了我們獨(dú)立分析問(wèn)