数字电子技术实验1-4

第三部分：数字电子技术实验

实验一晶体管开关特性限幅器与箝位器

一、实验目的

1、观察晶体管的开关特性，熟悉外电路参数对晶体管开关特性的影响。

2、掌握现现限幅器的基本工作原理。

3、掌握箝位器的基本工作原理。

二、实验原理

1、二极管的开关过程是结电容充、放电和存贮电荷建立与消散的过程。二级管的开启和关断不可能在瞬间完成。如图3-1-1所示，当加在二级管上的电压突然由正向偏置变为反向偏置时，二级管的截止过程存在反向恢复时间t R=t S+t F,其中t S称为存贮时间，t F称为下降时间。t S和t F值的大小取决于二级管的结构，同时也与外电路的参数有关。二级管正向电流越大，t S值越大；所加截止偏压越大，t S值越小。由于t R的存在，限制了开关速度的提高，所以应合理地选择电路元件参数以减小二极管的开关时间，限制了开关速度的提高，所以应合理地选择电路元件参数以减小二极管的开关时间，提高开关速度。

图3-1-1二级管开关特性图3-1-2晶体管开关特性

1、晶体管的开关过程主要与晶体管内部存贮电荷（主要是基区存贮电荷）的建立和消

散过程有关，因此晶体管从截止到饱和与从饱和到截止状态的转换都需要时间。晶体管的开关特性如图3-1-2所示，其中开启时间t on=t d（延迟时间）＋t r（上升时间）；关闭时间t off=t s （存贮时间）＋t f（下降时间）。与二级管的开关参数一样，这些差数也主要取决于晶体管的内部结构，同时与外电路的参数有关。例如，加大基极正向驱动电流可以减小t r，但同时加深了晶体管的饱和程度，t c也随之增加；而若加大反向驱动电流，t s和t f都将减小，但截止程度也相应加深，对减小t d不利。开关时间的存在使晶体管开关速度受到限制，为了减小开关时间，应选择合适的负载电阻R c，减小输出电容C o，此外，在基极串联电阻上并联一个加速电容，或在集电极接入限幅二极管D，都可以使输出波形的边沿得到明显的改善。

2、限幅器是一种波形交换电路，可以用二级管和晶体管等非线性器件构成。二级管限幅器是利用二极管导通和截止时呈现的阻抗不同来实现限幅的，其限幅电平由外接偏压决定。晶体管限幅使输出波形出现平顶，饱和限幅使输出波形出现平底，如同时利用这两个特性，可以实现双向限幅。若使晶体管的静态工作点处于负载线线性区的中点，则能实现上下对称的线幅。

3、箝位的目的是将脉冲波形的顶部或底部箝制在一定的电平上，从而避免脉冲信号通过阻容耦合电路时产生的波形渐移现象。利用二级管和晶体管的非线性特性均可实现对波形的箝位。通常在阻容耦合电路后面并联一个二级管，并加上适当偏压，可以将输出波形的顶部（或底部）箝制在所需的电平上，这种箝位称位顶部（或底部）箝位。

三、实验设备与器件

l、函数发生器2、双踪示波器

3、晶体管直流稳压电源

4、数字万用表

5、数字电子技术试验箱

6、器材：2AK2、2CP22、3DG6A、3DK2

四、实验内容

l、二级管反向恢复时间的观察

按图3-1-3（a）连接电路，其中二极管选用2cp22

将XC－13型脉冲信号发生器输出得矩形脉冲信号加到实验电路的输入端。信号发生器的频率调至100kz，延迟和上升、下降沿调到最小，脉宽调节到5μs左右，调节幅度旋钮使V≈3V，极性开关置于一倒置位置，偏移旋钮顺时旋到底（即偏移为＋1V）。观察实验电路输出信号V0的波形，改变偏移大小，观察波形的t s与t f的变化规律。

（a）（b）

图3-1-3观察二级管反向恢复时间的实验电路

如果所使用的脉冲信号发生器的输出直流电平不可调，则可按图3-1-3（b）连接

电路，用改变偏压E（由0V变化到2V）的方法观察输出信号V0波形的ts与t f的变化

规律。

记录观察结果，并进行分析。

2、晶体管开关特性的观察

实验电路如图3-1-4所示，其中晶体管选用3DG6A。输入信号V i为周期T＝10μs、幅度V p-p≈3V的方波信号。

（1）将B点接至负电源－E b。调节负电源使－E b在0V～－4V内变化，观察并纪录输出信号V0波形的t d，t r，t s，t f的变化规律。

本项实验结束时，将B点接地。

（2）在R b1上并接加速电容C b＝30pf，观察并记录输出波形的变化情况。将C b更换为300pf，观察并记录输出波形的变化情况。

本项实验结束时，将并接的加速电容去掉。

（3）在电路的输出端接入负载电容C b＝30pf，观察并记录输出波形的变化情况。

本项实验结束时，C b保留在电路上。

（4）在电路的输出端接入负载电阻R b＝1kΩ，观察并纪录输出波形的变化情况。

本项实验结束时，将R b去掉。

图3-1-4 晶体管开关特性实验电图

3、二级管限幅器

实验电路如图3-1-5所示。输入信号Vi为f＝10KHz、V p-p＝4V的正弦波。按表3-1-1的要求改变E的数值，观察输出信号V o的波形，并纪录于表中。

表3-1-1 限幅器输出波形

E（V）＋2 ＋1 0 1

输出信号V0波

形

按图3-1-6连接电路。输入T＝10μs、V p-p≈3V的方波信号。按表3-1-2的要求改变E 的数值，观察输出信号V0的波形，并记录于表中。

图3-1-5 二极管限幅器图3-1-6 二级管箝位器

表3-1-2 箝位器输出波形

E（V）＋2 ＋1 0 1

输出信号V0波

形

五、实验预习要求

1、复习二级管与晶体管的开关特性

2、复习限幅器的工作原理，熟悉实验电路。

3、复习箝位器的工作原理，熟悉实验电路。

4、拟定各实验任务中使用示波器测试的测试方法。

六、实验报告

1、实验测得的波形必须画在方格纸上，并对它们进行分析与讨论。

2、根据对晶体管开关特性的观察结果，总结外电路元件参数对晶体管开关特性的影响。