关于晶体管的输出特性

关于晶体管的输出特性晶体管输出特性测试电路一、实验任务设计一个测量 NPN型晶体管共发射极输出特性曲线的电路，示波器屏幕上显示出被测晶体管的共发射极输出特性曲线。二、实验内容基本内容：完成窄脉冲、锯齿波、阶梯波、电压电流转换电路；提高内容 1：在基本内容的基础上加装电路，能够测量双极型晶体管的输出特性；提高内容 2：选做内容 1的基础上实测晶体管，测量误差...

晶体管输出特性测试电路一、实验任务设计一个测量 NPN型晶体管共发射极输出特性曲线的电路，示波器屏幕上显示出被测晶体管的共发射极输出特性曲线。二、实验内容基本内容：完成窄脉冲、锯齿波、阶梯波、电压电流转换电路；提高内容 1：在基本内容的基础上加装电路，能够测量双极型晶体管的输出特性；提高内容 2：选做内容 1的基础上实测晶体管，测量误差小于 10%；改进电路，使其能测量 PNP型晶体管。研究内容：如果是用电阻网络形成的阶梯波，希望做成阶梯数可调。三、验收要求 1．四个波形： a. 窄脉冲； b. 锯齿波； c. 阶梯波（阶梯波电压 0.5V/阶）； d. 电压-电流转换电路（1µA /阶）（在输出处对地接一 10kΩ 电阻，测得对地电压为每一阶梯 10mV即为电流的每一阶梯为 1µA）； 2．晶体管特性曲线（集电极负载电阻为 5kΩ）。四、实验原理原理电路框图如图 4.2所示。首先产生矩形波（窄脉冲），一方面经过变换产生锯齿波，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变换成阶梯波，再经电压—电流转换变成阶梯电流，通过隔离电阻送至晶体管的基极，作为基极驱动电流。电阻 RC将集电极电流 iC取样，经减法电路转换成与电流 iC成正比的对地电压 VCC-VCE。将 VCC-VCE和 VCE加至示波器的 X、Y 轴，则示波器上便会显示出晶体管输出特性曲线。下面分别说明各电路单元。 1．矩形波产生电路矩形波产生电路如图 4.3所示。电路由 555定时元件和外加电容、电阻、二极管构成。二极管保证了输出高低电平时的时间不同，且 T1< 题（1）在图 4.2 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，如下图（2）在图 4.2 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 4.5所示电路中，在运放正端与地之间加一个阻值等于 2R的电阻，试推导该节点电压 vP与计数器的输出 Q3Q2Q1Q0的关系。解：电路如右图所示。由节点电压法，对 P、2、1、0三点，有 3 P 2 P P 2 2 1 2 P 2 0 11 1 2 1 0 0 1 0 0 Q 2 2 Q 0 2 Q 0 2 Q 2 2 v v v v R R R v v v v v R R R v vv v v R R R v v v v R R R                    解得 3 2 1P 8Q 4Q 2Q Q 24 v 0   （4）参见图 4.1，放大区特性曲线的斜率很小，表明晶体管的输出电阻 rce很大。为了真实地反映 rce的大小，即最大限度地减小测试电路对所测特性曲线斜率的影响，应如何设计图 4.2电路中的电压变换电路？解：为了减小对大电阻 rce的影响，并联在 ce端的电压变换电路的输入电阻应该很大， Ri>>rce。否则输入电阻 Ri与 rce并联，会降低 ce间的总电阻，使输出特性曲线的斜率增大。为了达到这一要求，可使用运放构成的减法器，且输入电阻 Ri>>rce。（5）在图 4.2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。（6）如果要求设计测量 PNP型晶体管输出特性曲线的电路，图 4.2所示的电路应进行哪些修改？解：如下图所示，需要在原电路的基础上进行改装。首先要将电压—电流转换电路的输出电流方向改成如图方向；其次要将晶体管的 CE互换，将 E接锯齿波（高电位）；最后示波器的 CH1、CH2的接法也要相应修改，如下图。（7）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。

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