晶体管输入输出特性曲线测试电路实验报告

实验题目：晶体管输入输出特性曲线测试电路的设计
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一、实验目的
1. 了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理与方法
2. 熟悉脉冲波形的产生和波形变换的原理与方法
3. 熟悉各单元电路的设计方法
二、实验电路图及其说明
晶体管共发射极输出特性曲线如图所示，它是由函数i c=f (v CE)|i B=常数，表示的一簇曲线。

它既反映了基极电流i B对集电极电流i C 的控制作用，同时也反映出集电极和发射极之间的电压v CE对集电极电流i C的影响。

如使示波器显示图那样的曲线，则应将集电极电流i C取样，加至示波器的Y轴输入端，将电压v CE加至示波器的X轴输入端。

若要显示i B为不同值时的一簇曲线，基极电流应为逐级增加的阶梯波形。

通常晶体管的集电极电压是从零开始增加，达到某一数值后又回到零值的扫描波形，本次实验采用锯齿波。

测量晶体管输出特性曲线的一种参考电路框图如图所示。

矩形波震荡电路产生矩形脉冲输出电压v O1。

该电路一方面经锯齿波形成电路变换成锯齿波v O2，作为晶体管集电极的扫描电压；另一方面经阶梯波形成电路，通过隔离电阻送至晶体管的基极，作为积极驱动电流i B，波形见图3的第三个图（波形不完整，没有下降）。

电阻R C将集电极电流取样，经电压变换电路转换成与电流i C成正比的对地电压V O3,加至示波器的Y轴输入端，则示波器的屏幕上便会显示出晶体管输出特性曲线。

需要注意，锯齿波的周期与基极阶梯波每一级的时间要完全同步（用同一矩形脉冲
产生的锯齿波和阶梯波可以很好的满足这个条件）。

阶梯波有多少级就会显示出多少条输出特性曲线。

另外，每一整幅图形的显示频率不能太低，否则波形会闪烁。

选作：晶体管特性曲线数目可调：
主要设计指标和要求：
1、矩形波电压（V O1）的频率f大于500Hz,误差为±10Hz，占空比为4%~6%，电压幅度
峰峰值大约为20V。

2、晶体管基极阶梯波V O3的起始值为0，级数为10级，每极电压0.5V~1V。

3、晶体管集电极扫描电压V O2的起始电压为0V，幅度大约为10V。

三、预习
理论计算：电路设计与仿真：
1.矩形波电路：仿真图如下：
2.锯齿波产生电路：仿真图如下：
波形如下：
3.阶梯波产生电路：仿真如下：
波形如下：
4．电压电流转换电路：
电压相减电路：
实验总体电路：
示波器波形仿真结果：
四、实验数据整理与分析
1.三种波形：
矩形波：
锯齿波：
阶梯波：
老师签字：
2.输入输出特性曲线：
选作：
5条：
10条：
五、实验总结
1.本次实验为模拟电路的综合设计实验，但是，虽然为综合性实验，其本质还是以分块设计的小电路为主，比如矩形波发生电路、锯齿波发生电路、阶梯波发生电路、电压变换电路等等。

所谓的综合性是以实现各个分立电路的功能为基础的。

比如：锯齿波和阶梯波都必须依赖于矩形脉冲波的输入，首先矩形脉冲波的幅度和占空比必须符合要求，其次才能使其它电路满足要求。

同时整个电路的完成又是靠各个分立电路的协调匹配来实现的。

如果某个电路出现问题，势必会影响到其它电路和整个测试电路。

2.虽然各个分立电路对整体电路起着至关重要的作用，但是即使每个分立电路独力工作正常，整个电路也未必会工作正常，因为这里面还涉及到电路间的匹配和连接，如果某个电路的允许输入阻抗和另一个电路的输出阻抗之间差异太大，则会严重影响分立电路的功能。

比如本次实验中，阶梯波与晶体管的基极输入端之间的连接电阻，对晶体管的直流工作点调节起着至关重要的作用，如果该电阻阻值选取不当，则会造成很多影响（比如输出特性曲线成为贴在一起的竖直一簇）。

3.实验过程中，如何合理的安排面包板上电路布局和如何插线是非常值得注意的。

可以充分利用导线的颜色来区分节点，比如：正向电源接红色导线、反向电源接黑色导线、接地端接白色导线、输出端接绿色导线等等。

4.检查电路时要注意对电路原理的理解，否则电路排错将无从下手，此外，注意更换二极管，确保二极管输出波形正常。

六、书后思考题解答
（1）在图3.38所示电路中，被测晶体管发射结的压降不同对测量结果会不会产生影响？如果要求测量以发射结电压vBE为参变量的输出特性曲线，电路应如何修改？
解：由于电压—电流转换电路可视为恒流源，恒流输出，因此发射结的压降vBE 不同不会影响基极电流IB，即对测量结果不会产生影响。

如果要求测量以发射结电压vBE为参变量的输出特性曲线，应在发射结加阶梯电压，即将阶梯波产生电路直接接在晶体管基极上。

（2）在图3.38所示的电路中，使用一个矩形波振荡电路产生矩形脉冲，分别经锯齿波形成电路和阶梯波形成电路产生锯齿扫描电压和阶梯基极电流，这是为什么？如果用锯齿波振荡电路和阶梯波振荡电路分别产生锯齿扫描电压和阶梯基极电流，这样设计可以吗？为什么？
解：使用一个矩形波振荡电路激发产生锯齿波和阶梯波是为了使锯齿波和阶梯波的频率配合严格一致。

由于阶梯波控制基极电流，锯齿波控制集电极电压，锯齿波经过一个周期时阶梯波应提高一级阶梯，这样才能在示波器上显示清晰稳定的输出特性曲线。

如果产生锯齿扫描电压和阶梯基极电流，两者的频率很难严格配合，即使稍有差别输出特性曲线波形也会不稳定。

因此不能分别产生。

（3）在图3.38所示的电路中，RC为集电极电流的取样电阻，也是被测管的集电
极负载电阻，应如何选取的RC阻值？
解：由于RC为集电极电流的取样电阻，为了在示波器上显示足够宽的波形，应使RC上电压较大，因此应使RC较大；又由于RC是被测管的集电极负载电阻，如果RC太大，在比较小的IB时ICRC已经很大，使晶体管饱和，输出特性曲线的条数太少。

因此，RC的选取应兼顾以上两方面，选取适中的阻值。

（4）在实验中发现示波器在显示晶体管输出特性曲线的图形时有回扫线，这是什么原因？应如何解决？
解：回扫线是由于锯齿波的下降段时间过长导致的，具体说来是由于锯齿波产生电路中电容放电不够快造成的。

可以通过减小放电回路的等效电阻阻值来减小放电时间常数，从而加快放电，使锯齿波的下降段时间减小，消除回扫线。

七、课件思考题解答
1.为何要求矩形波频率不能太低，占空比不能太大？
解：矩形波频率太低，容易造成波形闪烁，不能看到稳定的波形；占空比太大，容易造成锯齿波的波形不明显，容易造成输出普通三角波的情况。

2. 锯齿波产生电路中R2阻值远小于R1为什么？
解：电容通过R2支路充电，通过R1支路放电，由于是反相输入，充电时Vo是下降的，只有在R2阻值远小于R1时，才能使电容充电时间远小于放电时间，从而产生锯齿波。

3. 电压相减电路中为了测量的晶体管输出特性曲线的条数足够多，RC不可过大为什么？
解：由于RC是被测管的集电极负载电阻，如果RC太大，在比较小的IB时IC*RC 已经很大，使晶体管饱和，使输出特性曲线的条数太少。

4. 由于晶体管的输出电阻rce很大，为了最大限度地减小测试电路对所测特性曲线的影响，应尽量加大电压相减电路的输入电阻为什么？
解：电压相减电路的输入电阻越大，则ic能更多的流入到该电阻，使输出特性曲线斜率不会过大。