新型晶體管特性圖示儀掃描信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)

引 言

晶體管特性圖示儀是電子測(cè)量常用儀器之一，日前通用的晶體管特性圖示儀的掃描信號(hào)和階梯信號(hào)由50 Hz工頻市電變換而來，掃描頻率低，顯示的特性曲線閃爍嚴(yán)重，穩(wěn)定性差;X軸掃描為正弦脈沖，線性度差，在顯示晶體管特性曲線時(shí)亮度不均勻(前亮后暗)，而且波形變換電路復(fù)雜。本文介紹一種基于555定時(shí)器的晶體管特性圖示儀掃描信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方法。通過555定時(shí)器產(chǎn)生同步的X軸掃描鋸齒波和Y軸掃描階梯波，其掃描頻率不受工頻市電限制，掃描信號(hào)同步性能好，顯示波形穩(wěn)定。

1 掃描信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1.1 晶體管特性測(cè)量原理

圖1為晶體管輸出特性測(cè)量原理，需測(cè)量的2個(gè)物理量是晶體管的集電極電流Ic和集電極電壓Uce。待測(cè)管的集電極和基極分別接入鋸齒波和階梯波掃描信號(hào)。集電極輸出接示波管X軸輸入，發(fā)射極輸出接示波管Y軸輸入，Rc為集電極功耗限制電阻，Re為集電極電流取樣電阻。

1.2 鋸齒波產(chǎn)生電路

圖1中由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器同時(shí)產(chǎn)生鋸齒波和階梯波的觸發(fā)脈沖，以保證鋸齒波和階梯波的同步。圖1中由電阻R1、R2構(gòu)成電容C1的充電回路，其中R2略大于2R1，由

555定時(shí)器內(nèi)置的放電三極管構(gòu)成電容的放電回路。接通電源時(shí)，電源通過R1、R2對(duì)電容C1充電，電容C1兩端電壓線性上升，當(dāng)充電至555定時(shí)器2、6腳的電壓大于2/3Vcc時(shí)，555定時(shí)器3腳由“1”躍變?yōu)?ldquo;0”，同時(shí)555定時(shí)器內(nèi)置的放電三極管導(dǎo)通，電容通過三極管迅速放電至0 V。由于R2略大于2R1，此時(shí)555定時(shí)器2、6腳的電壓略小于1/3Vcc，555定時(shí)器3腳由“0”躍變?yōu)?ldquo;1”，同時(shí)555定時(shí)器內(nèi)置的放電三極管截止，電容C1進(jìn)入下一個(gè)充、放電周期，555定時(shí)器7腳獲得鋸齒波，3腳獲得占空比接近1的同步方波。鋸齒波的幅值由式(1)計(jì)算，得：

則其頻率可由式(2)計(jì)算，得：

可見該鋸齒波的輸出電壓幅值為1/2cc，大于一般555多諧振蕩器的1/3Vcc，且波形線性度優(yōu)于一般555多諧振蕩器，電容從0 V開始充電至1/2Vcc，起始掃描電壓滿足掃描信號(hào)的要求。該鋸齒波通過電壓跟隨器U1輸入到同相比例運(yùn)算放大器U2進(jìn)行電壓放大，調(diào)節(jié)Rp3可以改變鋸齒波幅度，通過后置功率放大后輸入到待測(cè)晶體管集電極。同時(shí)，該信號(hào)作為X軸掃描信號(hào)輸入到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

1.3 階梯波產(chǎn)生電路

555定時(shí)器3腳輸出的方波作為計(jì)數(shù)器CD4518的計(jì)數(shù)脈沖接入CD4518的CP端，計(jì)數(shù)輸出端Q1～Q4分別接到由運(yùn)算放大器U1構(gòu)成的反相加法器的輸入端，反相加法器的輸入電阻R3：R4：R5：R6=8：4：2：1，則反相加法器的輸出電壓可由式(3)表示為：

式中：A=Rp1/R3

可見，當(dāng)計(jì)數(shù)輸出端Q1～Q4以4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式從0～9依次遞增時(shí)，從反相加法器的輸出端uo可以得到反向遞增的階梯波。該反向階梯波經(jīng)運(yùn)算放大器U2進(jìn)行反相比例運(yùn)算得到正向的階梯波，調(diào)節(jié)Rp1可以改變鋸齒波的級(jí)數(shù)，調(diào)節(jié)Rp2可以改變鋸齒波的級(jí)高。電容C3用于階梯波的高頻干擾信號(hào)，該階梯波通過后置功率放大后輸入到待測(cè)晶體管基極。集電極電流經(jīng)取樣電阻Re取樣后，輸入到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2為掃描信號(hào)發(fā)生器的階梯波和鋸齒波，鋸齒波上升沿近乎直線，線性度良好。鋸齒波下降沿與階梯波上升嚴(yán)格同步。

基于圖1電路原理，以數(shù)字示波器為顯示終端測(cè)試NPN晶體管的輸出特性曲線，如圖3所示，波形顯示穩(wěn)定。作為參照，以CRT示波器為顯示終端顯示波形，與通用晶體管特性圖示儀(SAKO HZ4832型晶體管特性圖示儀)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 波形顯示亮度均勻：這是由于該電路的水平掃描電壓為線性度良好的鋸齒波;

(2) 波形沒有閃爍現(xiàn)象：由于該電路的水平掃描頻率達(dá)到1 700 Hz，而對(duì)照的通用晶體管特性圖示儀的水平掃描頻率僅為100 Hz，顯示波形存在閃爍現(xiàn)象，當(dāng)顯示的Ic級(jí)數(shù)較多時(shí)尤為明顯。

(3)波形沒有抖動(dòng)：由于該電路鋸齒波和階梯波均由同一個(gè)555多諧振蕩器產(chǎn)生，存在嚴(yán)格的同步關(guān)系，而對(duì)照的通用晶體管特性圖示儀的階梯波由水平掃描的正弦脈沖觸發(fā)產(chǎn)生，觸發(fā)電壓存在一定誤差，使顯示波形存在一定的抖動(dòng)現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

由于掃描信號(hào)采用555定時(shí)器同時(shí)作為階梯波和鋸齒波發(fā)生器，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信號(hào)同步性能好，掃描頻率可按需要設(shè)置，在掃描系統(tǒng)加裝必要的轉(zhuǎn)換開關(guān)及波段開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的二極管、三極管的各種性能指標(biāo)的測(cè)量。