简易晶体管图示仪的设计与实现
实验报告
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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：
○1、设计一个阶梯波发生器，f≥500Hz ，Uopp≥3V ，阶数 N=6；。

○2、设计一个三角波发生器，三角波Vopp≥2V；
○3、设计保护电路，实现对三极管输出特性的测试；
2、提高要求：
○1、可以识别NPN，PNP 管，并正确测试不同性质三极管；
○2、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β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：
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。

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
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
○1、阶梯波发生器，f=1.4250kHz ，Uopp=3.534V ，阶数 N=8；
○2、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。

、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。

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
图10 实验中测得输出特性曲线组
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
十一、参考文献
1．《电子电路基础》北京邮电大学出版社2. 《数字电路与逻辑设计》北京邮电大学出版社。