基于通用示波器的双簇型晶体三极管输出特性图示电路

1基于通用示波器的双簇型晶体三极管输出特性图示电路宋卫星（陕西理工学院物理与电子信息工程学院陕西汉中723001）摘要：用矩形波发生器、锯齿波发生器、二－十进制计数器、阶梯波发生器、模拟开关、差分放大器、反相比例求和电路构成的双簇型晶体三极管输出特性图示电路，与通用示波器相结合能够实现两只三极管输出特性的同时测试，通过测试可以方便地比较两只三极管输出特性的异同。在缺少专用测试设备的条件下，采用上述方法对双三极管输出特性的异同进行测试仍是一种方便、实用的方法。关键词：三极管输出特性；阶梯信号；锯齿波信号；示波器中图分类号：TN32文献标识码：B文章编号：TwoTransistorsOutputCharacteristicsGraphicCircuitBasedonGeneralOscilloscopeSONGWei-xing(ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,723001,China)Abstract:Thesimultaneoustestontwotransistorsoutputcharacteristicscouldberealizedbycombinationofthegeneraloscilloscopeandthetwotransistorsoutputcharacteristicsgraphiccircuitcomposedofrectanglewavegenerator,sawtoothwavegenerator,thebinary-decimalcounter,ladderwaveformgenerator,analogswitch,differentialamplifiersandummingamplifier,bywhichcanconvenientlycomparethesimilaritiesanddifferencesbetweentwoTransistorsoutputcharacteristics.Undertheconditionsoflackofspecialtestingequipments,adoptingthismethodisalsoaconvenientandpracticalwaytotestthethesimilaritiesanddifferencesbetweentwoTransistorsoutputcharacteristics.Keywords:Transistorsoutputcharacteristics;stairstepsingal;sawtoothsignal;oscilloscope晶体三极管的集电极电流Ic－集射极电压Uce的关系曲线称为输出特性曲线。这一特性曲线虽然可以利用专用的晶体管特性图示仪测得，但在缺少专用测试设备的条件下，借助通用示波器，结合特定组合的数模电子电路进行测试仍是一种方便、实用的方法[1]。1双簇型晶体三极管输出特性图示电路的构成双簇型晶体三极管输出特性图示电路与示波器相结合既可以单独测试单只三极管的输出特性曲线，又可以同时测试两只三极管的输出特性曲线。为了测试三极管的输出特性，必须分别给每只三极管提供相互同步的基极阶梯电流及集射极扫描电压，并同时将三极管的集电极电流及集射极电压送至示波器Y通道与X通道进行显示；借助电子模拟开关交替地将两只三极管的集电极电流、集射极电压信号送至示波器的Y、X通道，便能使两只三极管的输出特性的在示波器屏幕上交替显示[2]。双簇型晶体三极管输出特性图示电路主要由矩形波与锯齿波产生、锯齿波放大与输出、十进制计数与分频、十阶梯产生与放大、T触发器、模拟开关、Ic取样放大、Uce放大与平移、Uce平移电压等电路组成，其构成如图1所示[3]。2在图1中，矩形波与锯齿波产生电路产生同步的矩形波与锯齿波信号，锯齿波电压经放大输出级直接作为被测三极管的集射极扫描电压；矩形波则送至十进制计数器，计数器的二－十进制输出信号经加法运算后输出阶梯波，并以此作为被测三极管的基极驱动信号；计数器的预置脉冲即矩形波的10分频信号则作用于T触发器，T触发器输出信号又驱动电子开关按每10个阶梯转换一次，使两只被测三极管的输出特性按每十个阶梯交替一次的时序进行显示；双三极管输出特性曲线交替显示的关键是三极管集射极电压的显示必须在水平方向错开。在显示过程中，一三极管集射极电压的显示起点必须比另一三极管高出一定数值的电压，此电压可称为“Uce平移电压”，Uce平移电压产生电路则是为此而设置；Uce平移与放大电路用于三极管集射极电压的平移与放大；Ic取样放大电路用于三极管集电极电流的取样与放大；电子开关用于控制两只三极管的交替接入、三极管集电极电流Ic的取样、Uce平移电压的作用[4]。2电路原理与设计双簇型晶体三极管输出特性图示电路如图2所示，其中Q5、Q6为被测晶体三极管。2.1矩形波与锯齿波产生电路矩形波与锯齿波产生电路由U1、定时电容C3、恒流管Q1等元器件构成。电路结构采用555定时器的无稳态多谐振荡形式，由Q1构成的恒流源对电容C3充电，其放电经电阻R1、555定时器7脚到地，因此电容C3两端的电压为线性度良好的正向锯齿波。由于定时电容C3充电时间长放电时间短，故555定时器3脚输出占空比接近于1的矩形波。矩形波与锯齿波同由555定时器产生，所以两者在时序上能够严格地同步[5]。矩形波与锯齿波的频率由7CCBECC34783()()RUUfUCRRR确定，它决定所显示的特性曲线是否稳定[6]。2.2十阶梯信号产生电路图1双簇型晶体三极管输出特性图示电路的构成Ic取样放大SW1开关SW2开关SW3开关SW4开关SW5开关T'触发器QUce平移与放大Rc6Rc5Q6Q5阶梯信号放大十阶梯波产生十进制计数及分频锯齿波放大锯齿波输出矩形脉冲与锯齿波产生电源直流去各电路电压平移Q－去示波器IC5,C6X通道UC5,C6去示波器Y通道Uce测试管测试管3十阶梯信号产生电路由U6二进制计数器LS161、反相加法器U7、反相比例放大器U8等构成[7]。555定时器3脚输出的矩形波作为计数脉冲接入计数器LS161的CLK端，LS161接成二－十进制形式，其输出端Q1～Q4分别接到由运算放大器U7构成的反相加法器输入端，反相加法器的输入电阻R29:R28:R27:R26=8:4:2:1，则反相加法器的输出电压为：24242424oQ1Q2Q3Q429282726Q1Q2Q3Q4(248)RRRRuuuuuRRRRAuuuu其中：A=－R24／R29。这里uQ1～uQ4为计数器LS161输出端Q1～Q4的输出电压，大小为0或5V。当Q1～Q4以4位二进制计数方式从0～9依次递增时，从反相加法器U7的输出端可以得到反向递增的阶梯波uo[8,6]。此反向阶梯波经运放U8进行反相放大后得到正向的阶梯波，调节R33可以改变锯齿波的级高。电容C5用于消除阶梯波的高频干扰信号，该阶梯波通过射极输出器Q4缓冲后作为基极阶梯信号输出。计数器LS161的预置信号即为555定时器3脚输出脉冲波的十分频结果，以此作为U11A构成的T触发器的触发信号，555定时器每输出10个脉冲，T触发器翻转一次[8]。2.3锯齿波放大与输出电路锯齿波放大与输出电路由反相比例放大器U2、U3、射极输出器Q3等构成。正向锯齿波经U2、U3两次反相放大，再经射极输出器缓冲后送至被测三极管的集电极，电阻R30、R31为锯齿波信号提供补偿，以保证Q3能输出以0V为起点的锯齿波电压。2.4电子开关与Uce平移电压电路电子开关电路由接成T触发器的D触发器U11A(LS74)、四双向模拟开关U12、U13(CD4066)构成；Uce平移电压电路由R37～R39组成。GNDGNDGNDGNDGNDGND+5VR2615kR2730kR2860kR29120kR2530kR2430k+15V-15VR221MGNDR42.2kR71.2kR83k+15V-15VR407.5kR3220kR4110kGND+15V-15VR9200kR5100k+9VR150+15V-15VR10200kR6100kR3451kR31110kR250R352MR36100R2315k+15VQ5,6为被测管R1951kR1651kR1551kR1751k+15V-15VR30750k+15V+15VTRIG2OUT34CVOLT5THOLD6DISCHG781RESETVCCGNDU1UA555CLR1CLK2P13P24P35P46PE7LD9TE10Q411Q312Q213Q114CO15U6LS161A.ICIC10VD2Q5Q6CLK341PRECLRU11ALS74+5VR39160kR3711k+15V-15VR1451kR1151kR1251k-15VR2051kR1851kR1351k+15V-15VR2151kGNDGNDR350IO1IO4IO8IO11CTRLA13CTRLB5CTRLC6CTRLD12IO2IO3IO9IO10VSS7VDD14U13CD4066GND-15V+15VGNDIO1IO4IO8IO11CTRLA13CTRLB5CTRLC6CTRLD12IO2IO3IO9IO10VSS7VDD14U12CD4066uox+5VQ5Q6Q5,Q6SC30.047uC20.01uC10.047uC4110PC5110PGND123U10ALS002374615U7UA7412374615U8UA7412374615U9UA7412374615U4UA7412374615U5UA7412374615U2UA7412374615U3UA741Q12N2904Q22N2904Q32N930Q42N930Q52N930Q62N930R38135kuoyuoR3315k图2双簇型晶体三极管输出特性图示电路4D触发器U11A的Q端输出信号驱动SW1～SW3(U12:3,4脚；U13:3,4脚；8,9脚)，SW1～SW3分别控制Uce平移电压、Q5基极阶梯信号的接入以及集射极Uce的输出，Uce平移电压由R37～R39构成的分压器产生，在U12的控制下可使两被测三极管集电极扫描电压的显示起点错开，调节R38的大小可改变错开的尺度；D触发器的Q端输出信号驱动SW4、SW5(U13:10,11脚；1,2脚)，SW4、SW5分别控制Q6基极阶梯信号的接入、集射极Uce的输出。2.5IC取样放大电路IC取样放大电路由差分放大器U9等构成。通过电子开关(U13的8,9脚与2,1脚)将被测三极管集电极限流电阻的两端接至差分放大器的输入端，电子开关交替地将被测管Q5、Q6的集电极接至差分放大器的反相输入端即可完成对被测管集电极电流的取样放大[9]。2.6Uce平移与放大电路被测三极管集射极电压Uce显示起点的平移与放大电路由反相求和电路U4与反相比例放大器U5构成。电子开关(U13的8,9脚与2,1脚)交替地将被测管Q5、Q6的集射极电压接至反相求和电路U4与Uce平移电压相加，从而确保两只三极管输出特性曲线在示波器屏幕水平方向上错开[9]。双簇型晶体三极管输出特性图示电路的工作过程是，计数器LS161的预置脉冲使T触发器U11A按每10个阶梯转换一次，模拟开关SW1～SW3、SW4～SW5轮流接通。当D触发器Q端为高电压时，SW4、SW5断开，被测三极管Q6则处于截止状态，SW1～SW3(U12:3,4脚；U13:3,4脚；8,9脚)分别接通，Uce平移电压为低电平，被测三极管Q5基极接入阶梯信号，低Uce平移电压与Q5集射极电压Uce经U4、U5求和放大并送至示波器X通道，Q5集电极电流则由U9差分放大后送至示波器Y的通道，Q5的输出特性曲线显示在示波器屏幕的左边；当D触发器Q端为高电压时，SW1～SW3断开，Uce平移电压为高电平，被测管Q5则处于截止状态，SW4、SW5(U13:10,11脚；1,2脚)分别接通，被测管