新型晶體管特性圖示儀掃描信號發(fā)生器

作者：時間：2008-05-23 來源：網(wǎng)絡

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　　引言

　　晶體管特性圖示儀是電子測量常用儀器之一，日前通用的晶體管特性圖示儀的掃描信號和階梯信號由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亮度不均勻(前亮后暗)，而且波形變換電路復雜。本文介紹一種基于555定時器的晶體管特性圖示儀掃描信號發(fā)生器設計方法。通過555定時器產(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，掃描信號同步性能好，顯示波形穩(wěn)定。

　　1 掃描信號發(fā)生器設計

　　1.1 晶體管特性測量原理

　　圖1為晶體管輸出特性測量原理，需測量的2個物理量是晶體管的集電極電流Ic和集電極電壓Uce。待測管的集電極和基極分別接入鋸齒波和階梯波掃描信號。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定時器組成的多諧振蕩器同時產(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構成電容C1的充電回路，其中R2略大于2R1，由555定時器內(nèi)置的放電三極管構成電容的放電回路。接通電源時，電源通過R1、R2對電容C1充電，電容C1兩端電壓線性上升，當充電至555定時器2、6腳的電壓大于2/3Vcc時，555定時器3腳由“1”躍變?yōu)椤?”，同時555定時器內(nèi)置的放電三極管導通，電容通過三極管迅速放電至0 V。由于R2略大于2R1，此時555定時器2、6腳的電壓略小于1/3Vcc，555定時器3腳由“0”躍變?yōu)椤?”，同時555定時器內(nèi)置的放電三極管截止，電容C1進入下一個充、放電周期，555定時器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)計算，得：

　　則其頻率可由式(2)計算，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的要求。該鋸齒波通過電壓跟隨器U1輸入到同相比例運算放大器U2進行電壓放大，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晶體管集電極。同時，該信號作為X軸掃描信號輸入到示波管的X軸偏轉系統(tǒng)。

　　1.3 階梯波產(chǎn)生電路

　　555定時器3腳輸出的方波作為計數(shù)器CD4518的計數(shù)脈沖接入CD4518的CP端，計數(shù)輸出端Q1～Q4分別接到由運算放大器U1構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，當計數(shù)輸出端Q1～Q4以4位二進制計數(shù)方式從0～9依次遞增時，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)運算放大器U2進行反相比例運算得到正向的階梯波，調(diào)節(jié)Rp1可以改變鋸齒波的級數(shù)，調(diào)節(jié)Rp2可以改變鋸齒波的級高。電容C3用于階梯波的高頻干擾信號，該階梯波通過后置功率放大后輸入到待測晶體管基極。集電極電流經(jīng)取樣電阻Re取樣后，輸入到示波管的Y軸偏轉系統(tǒng)。

　　2 實驗結果及分析

　　圖2為掃描信號發(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格同步。