简易晶体管特性图示仪详细解（含设计计算，逐步添加）

qzlbwang

逐步讲解一个图示仪的设计计算过程。
先上图，有兴趣者先自行分析。

HQPOS

准备听老师讲课，同时做好笔记。

qzlbwang

2、阶梯波产生电路
阶梯波产生电路由R-2R电阻网络和运放U2B阻成。U2B的同相输入端（5脚）通过R9接地，根据运放的“虚地”概念（其实就是运放的开环放大倍数很大，对于084来说典型的是20万倍，最小也有1.5万倍。在其线性放大范围内，两输入端之间的压差很小，可以认为相等。对于084来说除了失调电压外，最大输出时两输入端的压差小于1mV）,可以认为其反相输入端的电位也是“地”电位（实际上是运放的高开环放大倍数的结果，使得输出发生变化后通过反馈电阻R10来改变反相输入端的电压，趋使其电压逼近同相输入端的电压---误差很微小基本可以认为相等）。而运放的输入阻抗非常高（“虚断”的概念），可以认为开路，那么从R-2R电阻网络流入的电流都要经过R10。R-2R电阻网络的输入来自于4060的输出端Q8、Q9、Q10，其中Q10是25Hz的方波，Q9是50Hz的方波，Q8是100Hz的方波。可以看作Q8、Q9、Q10输出的是3位二进制数（对应于十进制数0—7），且周而复始。Q10的“权”是4 ，Q9 的“权”是2， Q8的“权”是1。对于R-2R电阻网络，我们可以计算获得下列结果：
Q10单独作用时（输出VCC---电源电压，本例中4060用+12V供电。其余脚输出0V）电阻网络输出的电流：12V/30K=0.4mA
Q9单独作用时电阻网络输出的电流：12V/2/30K=0.2mA
Q8单独作用时电阻网络输出的电流：12V/2/2/30K=0.1mA
根据叠加定理，对于线性网络，多个输入端作用后输出的结果是各个输入端单独输入时输出的代数和。那么就对应于输入（对应于十进制数）0输出0，输入1输出0.1mA，输入2输出0.2mA,…….输入7输出0.7mA（呵呵……这些属于电工基础的内容，多啰嗦了）。对应于U2B的输出（7脚）的电位就是0V、-1.2V、-2.4V、…….、-8.7V。也就是产生了7级（共8个状态）台阶（每个台阶的时间为5ms）为1.2V的负向阶梯波。（调整R10的大小可以调整阶梯波的幅度）阶梯波的频率为25Hz。
R9的选择主要考虑运放的两个输入端的电阻平衡（这样有利于减少失调），R-2R电阻网络的等效电阻是15K，那么反相输入端的等效电阻就是15K和12K并联，所以R9=15K//12K≈6.67K   取6.8K。
U2A及其相关电阻组成1:1的反相器（R13：R12=1:1），将负向阶梯波转换为正向阶梯波。R11=R12//R13=10K
（未完待续）

fhs7623

好，早有这个就少走很多弯路

jackyytche

聆听老师讲觧

locky_z

市面上的图示仪很少用功率管将直流电压变成斜波电压形式来驱动被测管的集电极，
因为商业图示仪最大扫描电压500V，最大电流50A，如果用功率管来做这个斜波电压发生器的话，功率管会承受非常大的电压或者电流。允许这么大电流范围这个宽电流范围的功率放大器没办法做。


所以绝大部分商业图示仪都是直接用变压器次级整流出来的脉动正弦半波直接驱动被测管集电极。
我现在的图示仪主要也是受限于这个功率放大器输出，所以只能输出36V 3A而已。

qzlbwang

传统的晶体管特性图示仪一般有以下几部分组成（用单片机技术，测试晶体管的n组数据，然后用电脑显示或打印各种特性曲线是个很好的方法，可以生成的曲线更多。例如坛友locky_z的作品，做得挺好。不过这不在本话题讨论之内。这里讨论的是非程序的实现方式）：
一、        集电极电压扫描部分：
要显示输出特性曲线，集电极电压扫描是必不可少的。只有扫描集电极电压（X轴），然后对应的测量显示出对应的集电极电流，才能构成一条对应于特定基极电流下的输出特性曲线。
集电极扫描电压可以用工频整流（半波或者全波），也可以用锯齿波或三角波等。只要在需要的范围内是连续变化的就可以。用工频整流波形进行集电极电压扫描的方式好处是：①线路简单②实现大电流和高电压测试比较容易。但缺点也是明显的：由于扫描频率比较低（半波：50Hz,全波：100Hz）,如果要扫描8条输出特性曲线的话，那么整个曲线族的更新频率就是扫描频率的1/8，也就是说只有6.25Hz和12.5Hz，显示就会闪烁得比较厉害。而用电子电路产生的锯齿波、三角波或其他波形的话，优缺点正好和上面相反：线路相对复杂，大电流和高电压测试更不易些。但扫描频率可以按我们的需要设计，显示稳定不闪烁。本例中选用三角波扫描方式，扫描电压范围：0-300V，最大集电极电流：400mA。
（未完待续）

qzlbwang

回复 5# locky_z


    说得对，所以本设计并不追求电流电压这么大。但是为了能测一般大功率管，考虑功耗不过分大，所以也就做到300V0.4A。且大功率管需要充分考虑散热问题。

qzlbwang

二、基极电流扫描部分：
输出特性曲线族是由若干条输出特性曲线组成。每条曲线对应于一个基极电流。对其信号的要求是：①与集电极扫描信号同步。②在集电极扫描信号的一个扫描周期内，基极信号保持不变。③在集电极扫描信号的两个扫描周期交界处快速变化到下一个基极电流幅度上。④每两个基极电流的变化幅度相等。⑤整个n条曲线扫描完成后快速地回到起点（基极电流=0）。⑥基极电流稳定，减少其他因素的影响（比如说被测管硅管、锗管以及达林顿管等）。也就是说需要一个和集电极扫描同步的阶梯波信号，且阶梯“顶”平“沿”陡，各“台阶”大小相等，对被测管驱动电流稳定，受其他因素影响小等。
本例中用R-2R电阻网络和运放组成阶梯波形成电路。驱动信号和集电极电压扫描电路一样都来自同一时钟信号的控制。同步好、阶梯顶平沿陡、各台阶一致性好。同时驱动被测管时采用可控电流源驱动。对不同类型被测管来说基极电流受影响很微小。
三、测量显示部分：
这部分的作用是根据被测管的电流电压参数显示出对应的曲线图形。对于简易型的晶体管特性图示仪来说一般不单独设置，而是与示波器配合，利用示波器来显示。本例中正是利用了示波器的显示和量程开关改变集电极电流和集电极电压的量程。
四、电源部分：
提供电路各部分的工作电源。这部分比较简单。是电子爱好者的拿手好戏，这里就不多说了。
           （未完待续）

qzlbwang

本例电路由时钟电路、阶梯波产生电路、基极电流驱动电路、三角波产生电路、集电极驱动电路、测量电路和电源构成。下面分别说明和进行设计计算。
1、时钟电路
    时钟电路由CMOS集成电路4060、R1、R2、C1构成。4060是一个包含振荡和14级2进制分频的集成电路。振荡部分其实就是两个反相器，外接电阻电容决定了它的振荡频率。对应的输出脚上输出经过n次分频的信号。
    ①时钟频率的选择：
    考虑到显示的不“闪”，选取整个曲线族的显示频率为25Hz,则时钟振荡频率为：f0=25Hz×2^10=25.6kHz
      ②R2、C1选取：
    R2C1=1/（2ln2×f0）=1/(2ln2×51.2kHz)=28.18μs   
      取C1为1000pF，则 R2=14.09μs/1000pF≈28.18K  取27K
    （注：电路图上C1、R2参数有误）
   R1一般取30K---100K之间。对电路影响很小。
   (未完待续)

supercctv

记得初中的时候，兴趣小组有台很大的图示仪。

这东西，现在还有用么？

newstudent

记得初中的时候，兴趣小组有台很大的图示仪。

这东西，现在还有用么？
supercctv 发表于 2011-9-16 14:15

    那个很大的是电子管的，我十年前还用过，半年前看到收破烂的板车里有一个，考虑到体积太大家里无处摆放所以没收。

奥德沃

早期很大的一般是JT-1，有一台现在还能用，十多年前用得多点，期间修过几次（电子管失效及电阻开路居多），记得是47.5公斤，从一楼弄上二楼累得够呛，留在老家了。后来又添了台QT2，现在性能还不错，也不轻，有30公斤，带合肥来了，家里不好放，就一直放在公司一个小维修实验间里。

我很简单

没有图示仪，看了也没用。

HQPOS

等着听电压电流转换（可控电流源）部份，这部分比较与众不同。