一、系統(tǒng)框圖及測量原理

　　三極管輸出特性曲線描述的是在基極電流IB不變情況下，UCE與lC之間的關(guān)系曲線。由于示波器是一種電壓測量儀器，集電極電流只有轉(zhuǎn)化為電壓才能由示波器顯示。CH2通道測量采樣電阻上的壓降作為示波器的Y軸輸入（IC），CHl通道測量集電極電壓作為X軸輸入（UCE），示波器工作在X-Y模式可測得三極管的特性曲線。

　　當(dāng)基極電流IB為某一恒流時（本設(shè)計將實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電流源為：25、50、75、100、125、150、175、200uA共八個步進(jìn)值），在集電極施加同步的鋸齒波，即可觀測到晶體管的輸出特性曲線。圖1為系統(tǒng)框圖，主要由同步信號、步進(jìn)電流源電路、鋸齒波電路等組成；圖2為用示波器擴(kuò)展為晶體管特性圖示儀的原理示意圖。

圖1系統(tǒng)框圖

圖2晶體管特性圖示儀

　　二、系統(tǒng)電路原理圖

　　1.同步信號產(chǎn)生電路

　　圖3中的ICl（555）及外圍器件組成多諧振蕩電路。設(shè)RWl及R10的等效電阻為R10.則ICl的Q輸出端高電平時間為t1=0.7R10×C1（因為此時的充電回路是：

　　+5V→RWl→R10→D1→C1→GND）。 其寬度約為幾十微秒，Q輸出端低電平時間為t2=0.7R11×C1≈1mS（因為此時的放電回路是：C1→R11→D2→555的7腳內(nèi)部三極管→GND）。該多諧振蕩電路作為步進(jìn)電流源電路和鋸齒波電路的同步信號。

圖3系統(tǒng)電路原理圖

　　2.鋸齒波電路的設(shè)計

　　圖3中的T1、T2、T3、ICl及外圍器件組成鋸齒波電路。設(shè)RW2及R17的等效電阻為R17,流過T1發(fā)射極電流i1=0.7V,R17是一恒電流，當(dāng)T2截止時，這一恒電流對電容C1充電，使得電容兩端的電壓線性增加。通過同步信號產(chǎn)生電路輸出同步脈沖控制三極管T2的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)三極管T2截止時。恒流源對電容C1充電；當(dāng)T2導(dǎo)通時，電容C1對三極管T2快速放電；從而產(chǎn)生線性鋸齒波。

　　為了提高電路的帶載能力。在輸出端接一個射極跟隨器T3.

　　參數(shù)計算：由于同步信號的周期為1mS,所以鋸齒波電路的周期也為1mS,設(shè)鋸齒波的峰值電壓為10V,則充電電流，式中，C1=O.1uF.△U=10V,△t-1mS,計算得I=1mA≈il,所以RW2及R17的等效電阻約為700Ω。

　　3.步進(jìn)電流源電路的設(shè)計

　　圖3中的IC4A及外圍器件組成電流源電路，設(shè)RW3及R21的等效電阻為R.流過R的電流為i2.i2=（U1-U2）/R.由圖中可知。U+=（Uin+U2）/2,U-=U1/2,因為U+=U-,所以U1-U2=Uin,即i2=Uin/R.是一個電流源電路。改變Uin大小可改變電流源大小。i2=25~200 u A,取R=10k,那么Uin應(yīng)取25~2000mV,步進(jìn)為25mV,那么如何實(shí)現(xiàn)Uin的取值呢？

　　TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω。圖3中由R12及ZDl（TL431）產(chǎn)生2.500V的基準(zhǔn)電壓源。然后由R1~R9分壓，其中XO-X7分別輸出25~2000mV,步進(jìn)為25mV.當(dāng)然實(shí)際制作時，R1~R9要輔以微調(diào)電位器。

　　將R1~R9的分壓輸出X0~X7分別接到8選1模擬開關(guān)IC3（CD4051）的X0~X7.將二進(jìn)制計數(shù)器IC2（74LSl61）構(gòu)成8進(jìn)制計數(shù)器，由同步信號輸出Q作為IC2的時鐘信號，那么IC2的Q2、Q1、Q0分別送出000~111八個狀態(tài)，每種狀態(tài)的切換時間1mS.將Q2、Q1、QO分別接到模擬開關(guān)IC3的地址選擇信號CBA.這樣由IC3的X端可輸出25~2000mY的階梯波，步進(jìn)為25mV,每一臺階的穩(wěn)定時間也為1mS.

　　參數(shù)計算：設(shè)待測三極管9013的基極電流為200uA,其放大倍數(shù)為200,則流過9013的集電極電流為40mA,因為鋸齒波的峰值電壓為10V,設(shè)降在集電極電阻R22兩端的電壓為8V,則R22=200Q.功率為0.32W,實(shí)際設(shè)計時取2W,R22取100Ω進(jìn)行測試。

　　如圖4為同步信號、階梯電壓及鋸齒波信號波形圖。

圖4同步信號、階梯電壓及鋸齒波信號

　　三、測試的方法和步驟

　　1.鋸齒波的測試

　　用雙蹤示波器觀測。CHI通道接TIPl22的射極端，CH2通道接同步信號輸出端Q.測得的波形如圖4所示，如果鋸齒波出現(xiàn)削頂（充飽）狀態(tài)，可調(diào)節(jié)RWl改變Q的高電平時間，也可配合調(diào)節(jié)RW2改變對C1充電電流的大小，直至獲得線性鋸齒波。

　　2.階梯電壓的測試

　　用雙蹤示波器觀測。CH2通道接同步信號輸出端Q,CHl通道接模擬開關(guān)CD4051的輸出端X.

　　測得的波形如圖所示，如果不能達(dá)到要求，請檢查74LSl61的接法是否正確。

　　3測試結(jié)果

　　將雙蹤示波器的CHl通道的正極接地，負(fù)極接被待測測晶體管9013的集電極；CH2通道的正極接在TIPl22的射極。負(fù)極可不接，選用INV（反相輸入方式）因為雙蹤示波器的地是共地的，選擇X-Y模式，即可測得三極管特性曲線。其波形圖如圖5所示。

　　四、討論

　　（1）步進(jìn)恒流源：1mS步進(jìn)一階，每階電流增量25uA,共8階。按同樣的方法可進(jìn)行減少或增加階數(shù)便于觀測特性，12V的工作電源可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。測NMOS管時，在BE間加一個40kΩ的電阻，就可以實(shí)現(xiàn)每階1V的輸入階梯波。

　?。?）線性鋸齒波和同步信號周期均為1mS,線性鋸齒波外接達(dá)林頓管TIPl22后，有較強(qiáng)的負(fù)載能力。用555多諧振蕩電路作為同步信號是本設(shè)計的技巧，也使得晶體管輸入輸出特性曲線簡潔、直觀。

　　（3）如示波器的公共地線接到待測管C極引起干擾，可以將采樣電阻移至發(fā)射極，示波器的公共地線接電源地，由干晶體管Ic與le相差不大，不會影響演示效果的。