电子电路综合实验报
课题名称:简易晶体管图示仪 专业:通信工程 班级: 学号: 姓名: 班内序号:
一、课题名称:
简易晶体管图示仪
二、摘要和关键词:
本报告主要介绍简易晶体管的设计实现方法,以及实验中会出现的问题及解决方法。给出了其中给出了各个分块电路的电路图和设计说明,功能说明,还有总电路的框图,电路图,给出实验中示波器上的波形和其他一些重要的数据。在最后提到了在实际操作过程中遇到的困难和解决方法,还有本次实验的结论与总结。
方波、锯齿波、阶梯波、特征曲线。
三、 设计任务要求:
1. 基本要求: ⑴设计一个阶梯波发生器,f≥500Hz,Uopp≥3V,阶数N=6;
⑵设计一个三角波发生器,三角波Vopp≥2V;
⑶设计保护电路,实现对三极管输出特性的测试。
2. 提高要求: ⑴可以识别NPN,PNP管,并正确测试不同性质三极管;
⑵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。我的设计思路是先用NE555时基振荡器产生的方波和带直流的锯齿波。然后将产生的方波作为16进制计数器74LS169的时钟信号,74LS169是模16的同步二进制计数器,可以通过四位二进制输出来计时钟沿的个数,实验中利用它的三位输出为多路开关CD4051提供地址。CD4051是一个数据选择器,根据16进制计数器74LS169给出的地址进行选择性的输出,来输出阶梯波,接入基极。由双运放LF353对NE555产生的锯齿波进行处理,产生符合要求的锯齿波作为集电极输入到三极管集电极。最后扫描得到NPN的输出特性曲线。 总体结构框图:
五、分块电路和总体电路的设计:
⑴ 用NE555产生方波及锯齿波,电路连接如下。
图2.方波产生电路
NE555的3口产生方波,2口产生锯齿波,方波振荡器周期T=3 R1+R2 C1,占空比D= R1+R2 /(R1+2R2),为使阶梯波频率足够大,选C1=0.01uF, 同时要产生锯齿波,方波的占空比应尽量大,当R1远大于R2时,占空比接近1,选R1为20kΩ,R2为100Ω。
⑵阶梯波电路:
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,74LS169是模16的同步二进制计数器,可以通过四位二进制输出来计时钟沿得个数,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。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个不同的电压值,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,原本是管脚接7个电阻可以产生8阶阶梯波,将三个管脚短接,即可产生6阶,这里选择了4,2,5接地,使输出为6阶阶梯波,以满足基本要求中的阶梯波幅度大于3V的要求。另一路信号通道的输入则接被显示的信号;通过地址信号Qa、Qb、Qc对两回路信号同步进行选通。这样,用示波器观察便可得到有6阶的阶梯波。
仿真时在Multisim上没有现成元件CD4051,这里选择了与它功能相近的8通道模拟多路复用器ADG528F代替。它是根据A1、A2、A3口的输入来选择输出S1-S8中各路电压值。
图3.阶梯波产生电路 ⑶ 锯齿波电路:
把NE555时基振荡器2口产生的锯齿波作为基本的锯齿波,但是这时产生的锯齿波的幅度不满足要求。所以我先用双运算放大器LF353的一个运放做成一个同相放大电路对这个锯齿波进行放大,然后再用双运算放大器LF353的另一个运算放大器做一个减法电路对这个锯齿波进行减运算,使它的幅值尽可能大,这样后面晶体管的输出特性曲线比较完整清晰。
图4.LF353作为放大和减法器的电路图
调整电路时调R10时,会改变锯齿波的幅度,同时也会调整锯齿波的直流分量,当调试过程中,调R13的效果不理想时,可以调R10,注意调的过程中不是R10越大越好,应为R10过大,会使输出信号无法通过反馈电路回到输入端,会使波形失真,这点调试的时候要注意,同时,锯齿波的最低点电压值最好为0V,这样扫描出的NPN输出特性曲线0点部分才会清晰,同时锯齿波的幅度不够大时,可能会影响到输出特性曲线的条数。
这个电路与积分电路相比,电路更加简单,幅度上调整的余地也比较大。 六、实现功能说明:
(1)基本功能
NPN输出特性曲线功能说明:
输出特性曲线是指在基极电流不变的情况下,输出电压Uce和输出电流Ic的关系曲线,用Y轴表示测得的电压Ue可以表示Ic的大小,用X轴测得的电压Uc可以表示Uce的大小。当电压Uce反复扫描时,示波器显示Uce和Ic的关系,就会呈现一条稳定不动的输出特性曲线。改变基极电流Ib值,再重复扫描一个周期,就可以得到另一条输出特性曲线。因为要求能够同时显示出一簇输出特性曲线,所以用一个阶梯电压作为基极电压的输入。每扫描阶梯波的一阶,得到一条输出特性曲线。每扫描一次完整的阶梯波,得到一组稳定的输出特性曲线
图5.NPN输出特性曲线测量电路图
(3)主要测试数据
锯齿波的峰峰值为5.81V,阶梯波的频率787.4Hz,峰峰值为5.11V。主要波形如下:
图7锯齿波波形
图8 阶梯波波形
图9NPN输出特性曲 (4)测试方法
需要说明的是,这里调整电路时调R10时,会改变锯齿波的幅度,同时也会调整锯齿波的直流分量,当调试过程中,调R13的效果不理想时,可以调R10,注意调的过程中不是R10越大越好,应为R10过大,会使输出信号无法通过反馈电路回到输入端,会使波形失真,这点调试的时候要注意,同时,锯齿波的最低点电压值最好为0V(NPN时),这样扫描出的NPN输出特性曲线0点部分才会清晰,同时锯齿波的幅度不够大时,可能会影响到输出特性曲线的条数。
七、故障及问题分析
1.三角波幅值过小,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.示波器上最开始输出了不正常的三角波和阶梯波的波形,经过检查与分析,将三角波和阶梯波的输出端分别与三极管的集电极和基极断开,再接入示波器,可得到正常的波形。
八、总结和结论
结论:
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:
通过这次实验,理解了555定时器的工作原理,基本应用得到了初步的掌握,学会了利用 74169计数器和CD4051设计阶梯波,学习到了如何自己设计一个电路。本次试验通过自己对相关资料的查询,以及向其他同学的请教、相互间的讨论,基本顺利地完成了实验,能够实现简易晶体管图示仪。电路仿真跟实际电路搭建有区别,所以直接用仿真的参数搭建实际电路时不一定能出正确的结果,得耐心调试。对一个大电路的调试,可以分块调试,然后合起来调试,增强系统概念。
九、Multisim仿真原理图和波形图
三角波波形
锯齿波波形
十、所用元器件及测试仪表清单
十一、参考文献 1.百度文库
2.《电子电路基础》
电子电路综合实验报
课题名称:简易晶体管图示仪 专业:通信工程 班级: 学号: 姓名: 班内序号:
一、课题名称:
简易晶体管图示仪
二、摘要和关键词:
本报告主要介绍简易晶体管的设计实现方法,以及实验中会出现的问题及解决方法。给出了其中给出了各个分块电路的电路图和设计说明,功能说明,还有总电路的框图,电路图,给出实验中示波器上的波形和其他一些重要的数据。在最后提到了在实际操作过程中遇到的困难和解决方法,还有本次实验的结论与总结。
方波、锯齿波、阶梯波、特征曲线。
三、 设计任务要求:
1. 基本要求: ⑴设计一个阶梯波发生器,f≥500Hz,Uopp≥3V,阶数N=6;
⑵设计一个三角波发生器,三角波Vopp≥2V;
⑶设计保护电路,实现对三极管输出特性的测试。
2. 提高要求: ⑴可以识别NPN,PNP管,并正确测试不同性质三极管;
⑵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。我的设计思路是先用NE555时基振荡器产生的方波和带直流的锯齿波。然后将产生的方波作为16进制计数器74LS169的时钟信号,74LS169是模16的同步二进制计数器,可以通过四位二进制输出来计时钟沿的个数,实验中利用它的三位输出为多路开关CD4051提供地址。CD4051是一个数据选择器,根据16进制计数器74LS169给出的地址进行选择性的输出,来输出阶梯波,接入基极。由双运放LF353对NE555产生的锯齿波进行处理,产生符合要求的锯齿波作为集电极输入到三极管集电极。最后扫描得到NPN的输出特性曲线。 总体结构框图:
五、分块电路和总体电路的设计:
⑴ 用NE555产生方波及锯齿波,电路连接如下。
图2.方波产生电路
NE555的3口产生方波,2口产生锯齿波,方波振荡器周期T=3 R1+R2 C1,占空比D= R1+R2 /(R1+2R2),为使阶梯波频率足够大,选C1=0.01uF, 同时要产生锯齿波,方波的占空比应尽量大,当R1远大于R2时,占空比接近1,选R1为20kΩ,R2为100Ω。
⑵阶梯波电路:
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,74LS169是模16的同步二进制计数器,可以通过四位二进制输出来计时钟沿得个数,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。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个不同的电压值,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,原本是管脚接7个电阻可以产生8阶阶梯波,将三个管脚短接,即可产生6阶,这里选择了4,2,5接地,使输出为6阶阶梯波,以满足基本要求中的阶梯波幅度大于3V的要求。另一路信号通道的输入则接被显示的信号;通过地址信号Qa、Qb、Qc对两回路信号同步进行选通。这样,用示波器观察便可得到有6阶的阶梯波。
仿真时在Multisim上没有现成元件CD4051,这里选择了与它功能相近的8通道模拟多路复用器ADG528F代替。它是根据A1、A2、A3口的输入来选择输出S1-S8中各路电压值。
图3.阶梯波产生电路 ⑶ 锯齿波电路:
把NE555时基振荡器2口产生的锯齿波作为基本的锯齿波,但是这时产生的锯齿波的幅度不满足要求。所以我先用双运算放大器LF353的一个运放做成一个同相放大电路对这个锯齿波进行放大,然后再用双运算放大器LF353的另一个运算放大器做一个减法电路对这个锯齿波进行减运算,使它的幅值尽可能大,这样后面晶体管的输出特性曲线比较完整清晰。
图4.LF353作为放大和减法器的电路图
调整电路时调R10时,会改变锯齿波的幅度,同时也会调整锯齿波的直流分量,当调试过程中,调R13的效果不理想时,可以调R10,注意调的过程中不是R10越大越好,应为R10过大,会使输出信号无法通过反馈电路回到输入端,会使波形失真,这点调试的时候要注意,同时,锯齿波的最低点电压值最好为0V,这样扫描出的NPN输出特性曲线0点部分才会清晰,同时锯齿波的幅度不够大时,可能会影响到输出特性曲线的条数。
这个电路与积分电路相比,电路更加简单,幅度上调整的余地也比较大。 六、实现功能说明:
(1)基本功能
NPN输出特性曲线功能说明:
输出特性曲线是指在基极电流不变的情况下,输出电压Uce和输出电流Ic的关系曲线,用Y轴表示测得的电压Ue可以表示Ic的大小,用X轴测得的电压Uc可以表示Uce的大小。当电压Uce反复扫描时,示波器显示Uce和Ic的关系,就会呈现一条稳定不动的输出特性曲线。改变基极电流Ib值,再重复扫描一个周期,就可以得到另一条输出特性曲线。因为要求能够同时显示出一簇输出特性曲线,所以用一个阶梯电压作为基极电压的输入。每扫描阶梯波的一阶,得到一条输出特性曲线。每扫描一次完整的阶梯波,得到一组稳定的输出特性曲线
图5.NPN输出特性曲线测量电路图
(3)主要测试数据
锯齿波的峰峰值为5.81V,阶梯波的频率787.4Hz,峰峰值为5.11V。主要波形如下:
图7锯齿波波形
图8 阶梯波波形
图9NPN输出特性曲 (4)测试方法
需要说明的是,这里调整电路时调R10时,会改变锯齿波的幅度,同时也会调整锯齿波的直流分量,当调试过程中,调R13的效果不理想时,可以调R10,注意调的过程中不是R10越大越好,应为R10过大,会使输出信号无法通过反馈电路回到输入端,会使波形失真,这点调试的时候要注意,同时,锯齿波的最低点电压值最好为0V(NPN时),这样扫描出的NPN输出特性曲线0点部分才会清晰,同时锯齿波的幅度不够大时,可能会影响到输出特性曲线的条数。
七、故障及问题分析
1.三角波幅值过小,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.示波器上最开始输出了不正常的三角波和阶梯波的波形,经过检查与分析,将三角波和阶梯波的输出端分别与三极管的集电极和基极断开,再接入示波器,可得到正常的波形。
八、总结和结论
结论:
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:
通过这次实验,理解了555定时器的工作原理,基本应用得到了初步的掌握,学会了利用 74169计数器和CD4051设计阶梯波,学习到了如何自己设计一个电路。本次试验通过自己对相关资料的查询,以及向其他同学的请教、相互间的讨论,基本顺利地完成了实验,能够实现简易晶体管图示仪。电路仿真跟实际电路搭建有区别,所以直接用仿真的参数搭建实际电路时不一定能出正确的结果,得耐心调试。对一个大电路的调试,可以分块调试,然后合起来调试,增强系统概念。
九、Multisim仿真原理图和波形图
三角波波形
锯齿波波形
十、所用元器件及测试仪表清单
十一、参考文献 1.百度文库
2.《电子电路基础》