簡易晶體管圖示儀

1、電子電路綜合實驗報告 實驗名稱： 專業(yè)： 班級： 學(xué)號： 姓名： 班內(nèi)序號：指導(dǎo)老師 實驗名稱：簡易晶體管圖示儀的設(shè)計與實現(xiàn)一、 實驗?zāi)康模?. 通過實驗進(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)計和實踐動手能力，加強(qiáng)系統(tǒng)概念。二、  報告摘要：本報告主要介紹簡易晶體管的設(shè)計及實現(xiàn)方法，給出了其中給出了各個分塊電路的電路圖，原理和設(shè)計說明，功能說明，還有總電路的仿真，電路圖，展示了實驗中示波器上的波形和其他一些重要的數(shù)據(jù)。在后半部分會提及實驗設(shè)計中遇到的問題及解決方法，以及在實際操作過程中遇到的困難和解決方法，還有本次實驗的結(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)計任務(wù)要求：1. 基本要求：設(shè)計一個階梯波發(fā)生器，f500Hz,Uopp3V，階數(shù)=6,;設(shè)計一個三角波發(fā)生器，三角波Vopp2V;設(shè)計保護(hù)電路，實現(xiàn)對三極管輸出特性的測試，能清晰顯示NPN管輸出特性曲線。2. 提高要求 可以識別NPN,PNP管，并正確測試不同性質(zhì)三極管;設(shè)計階數(shù)可調(diào)的階梯波發(fā)生器。五、設(shè)計思路：試驗要求用示波器穩(wěn)定顯示晶體管輸入輸出特性曲線。我選擇使用NE555時基振蕩器產(chǎn)生方波和帶直流的鋸齒波(此時后面鋸齒波發(fā)生電路的設(shè)計就有兩種選擇，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)制計數(shù)器74LS169的時鐘信號(74LS169是模16的同步二

3、進(jìn)制計數(shù)器)，通過四位二進(jìn)制輸出來計時鐘沿的個數(shù)，用它的三位輸出為多路開關(guān)CD4051提供地址。第三部分：CD4051是一個數(shù)據(jù)選擇器，根據(jù)16進(jìn)制計數(shù)器74LS169給出的地址進(jìn)行選擇性的輸出，產(chǎn)生階梯波，并通過一個電阻接至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一個電阻輸入到三極管集電極。需要雙蹤示波器觀測時記錄數(shù)據(jù)為X軸的接晶體管射級，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、計關(guān)鍵單元電路及設(shè)計方案的比較：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)部含有兩個電壓比較器，一個分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個放電晶體管和一個功率輸出級。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)成定時電路。多諧振蕩器的放電時間常數(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，占空比接近1，但是考慮實際電路中過小電阻易發(fā)燙，故選擇R1為10K，R21為1K（實際操作時證明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時基振蕩器產(chǎn)生的方波作為16進(jìn)制計數(shù)器74LS169的時鐘信號，74LS169是模16的同步二進(jìn)制計數(shù)器?？梢酝ㄟ^四位二進(jìn)制輸出來計時鐘沿得個數(shù)，實驗中利用它的三位

6、輸出為多路開關(guān)CD4051的輸入Qa、Qb、Qc提供地址（但是multisim元件庫沒有CD4051，故仿真時 圖六 74LS169功能表用功能相近的ADG408代替，它們連接實際電路時管腳不同?。?。直流通路是由5個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個等值電阻然后在第一個電阻接入5V的電壓。當(dāng)用它的管腳接7個電阻可以產(chǎn)生8階階梯波，將三個管腳短接，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。另一路信號通道的輸入則接被顯示的信號；

7、通過地址信號Qa、Qb、Qc對兩回路信號同步進(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。我可以將NE555從2端口輸出連接運(yùn)放LF353，然后設(shè)計一個積分電路以此產(chǎn)生三角波，并且由于LF353是雙運(yùn)算放大器，可用一半來搭建積分電路，一半來搭建運(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電壓，以作為測量和控制系統(tǒng)的時基;也可用于脈沖波形變換電路中。并且實驗室的電壓源一桌配置兩個，用積分電路可以不用分壓，只用兩個電源就能實現(xiàn)。但是：搭建積分電路各種元件的數(shù)值較難確定，通過不斷的調(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，會比較合適，這樣滿足要求的同時可以保證電路不容易受到前級信號源輸出阻抗的影響，但是調(diào)

9、整其他參數(shù)的過程中，LF353極易發(fā)燙，考慮時間常數(shù)同時調(diào)整電容、其他電阻時很可能會燒壞運(yùn)放。而且提高實驗要求測試PNP（8550）的輸入輸出曲線，這個時候鋸齒波要變成負(fù)壓，用LF353實現(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用來放大鋸齒波幅度即可。具體實現(xiàn)是：通過LF353的雙運(yùn)放特點(diǎn)，可以先搭建一個放大電路去實現(xiàn)三角波幅度值，使其大于3V，再搭建一個減法運(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，但是通過改變幾個電阻的

10、值就能實現(xiàn)，非常方便，即便有一定程度的失真，也不會十分影響實驗結(jié)果。雖然這樣搭建電路需要三個電壓輸入值，但是可以通過一個分壓電路實現(xiàn)二輸入電壓值提供電路工作。 注意：這里調(diào)整電路時調(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。但絕對不是這個電阻越大越好，因為此電阻過大，會使輸出信號無法通過反饋電路回到輸入端，波形失真，同時，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)部分才會清晰，同時三角波的幅度不夠大時，一定會影響到輸出特性曲線的條數(shù)。圖九 三角波輸出曲線 圖十 三角波沒有負(fù)分量時NPN輸出曲線 圖十一 三角波有負(fù)分量時曲線八、電路

11、整體設(shè)計： （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軸測得的電壓Uc可以表示Uce的大小（將示波器探頭連至三角波波輸?shù)絅PN管集電極極的地方）。當(dāng)電壓Uce反復(fù)掃描時，示波器顯示Uce和Ic的關(guān)系，就會呈現(xiàn)一條穩(wěn)定不動的輸出特性曲線。改變基極電流Ib 值，再重復(fù)掃描一個周期，就可以得到另一條輸出特性曲線。因為要求能夠同時顯示出一簇輸出特性曲線，所以用一個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，實際實驗時可以接較大的電阻。（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，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為此時修改使電壓為負(fù)了。）圖6.PNP輸出特性曲線測

13、量電路圖九、測試數(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有找到但當(dāng)時記錄數(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： 由于此時使用了分壓電路，階梯波出來的波形不是太完美，因此PNP輸出特性曲線不夠理想。十、實驗器材元器件、測試儀數(shù)量元器件、測試儀數(shù)量運(yùn)算放大器LF3531電阻10K2多路模擬開關(guān)CD40511電阻1k1三極管80501電阻

14、1009三極管85501電阻12k1NE555定時器1電阻11k174LS1691電阻13k1電容1041滑動變阻器220K2電容1031示波器1電阻15K1萬能表1個電阻33k1直流穩(wěn)壓電源2個實驗成品：十一、實驗中遇到的問題及解決方案：實驗是非常能鍛煉一個人動手能力的項目，它很好地將理論與現(xiàn)實聯(lián)系，能幫助我們提升對知識的理解。在這次綜合實驗中，確實出現(xiàn)了很多問題，不過既然有一屆又一屆的學(xué)生順利完成了實驗，那么我堅信問題都是可以解決的。下面是我在實驗過程中出現(xiàn)的一些問題：問題1：為什么按照仿真管腳連接階梯波電路會出現(xiàn)失真的波形？解決問題之前的階梯波 解決問題之后的階梯波 ADG408與CD4

15、051管腳對應(yīng)關(guān)系沒有找對，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與地接是出來向上增加的階梯波，4與電源相接（此時13接地）會出現(xiàn)向下的階梯波。問題2：三角波總是失真，或者出不來波形。 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，故測試出來的特性曲線非常不正常。由調(diào)試實驗過程中不斷發(fā)現(xiàn)的問題，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程中可以避免由于電阻腿相碰而短路的問題。2. 思考清楚原理再進(jìn)行下一步操作：由于沒有看清元器件是LF353P所以仿真與實際電路有了不同之處。 3拒絕思維盲點(diǎn)：如果自己無論如何都調(diào)試不出正確波形，不妨請教他人，讓別人幫忙檢查一下電路。有時候自己認(rèn)為不可能出錯的地方才是報錯的原因。注意:橫向是分為兩段連通的，不要誤認(rèn)為只有一段！十二、實驗結(jié)論：輸出特性曲線: 是用來描述以基極電流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、含有兩個電壓比較器，一個分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個放電晶體管和一個功率輸出級?？梢杂脕懋a(chǎn)生方波及鋸齒波。74LS169： 是一個16進(jìn)制計數(shù)器，可以通過四位二進(jìn)制輸出來計時鐘沿得個數(shù)，其三位輸出為多路開關(guān)CD4051的輸入Qa、Qb、Qc提供地址。CD4051： 是一個數(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，并通過一個電阻接至NPN管的基極。LF353： LF353是一個雙運(yùn)算放大器，在我的電路中它搭建了一個放大電路去實現(xiàn)三角波幅度值，使其大于3V和一個減法運(yùn)算器減掉鋸齒波的直流分量。 實驗感受： 客觀地說，通過這次實驗，我對NE555，LF353,CD4051，74LS169等主要器件的工作原理有了一個大致的了解，并掌握了基本運(yùn)用方法。我也在不斷出錯的實驗過程中學(xué)會了細(xì)心，學(xué)會了用心用腦去分析錯誤，修正錯誤。在調(diào)試過程中，我學(xué)會了從部分至整體：通過保證電路每部分的正常工作來保證最后電路輸出的特性曲線正確。系統(tǒng)的整體性思維開始初步得以建立。獨(dú)立的實驗意味著多樣性，意味著沒有統(tǒng)一答案，所以即使電路出現(xiàn)了同樣的問題，每個人的解決辦法都可能不一樣，因此這次實驗鍛煉了我們獨(dú)立分析問