新型晶体管特性图示仪扫描信号发生器电路设计
引 言
晶体管特性图示仪是电子测量常用仪器之一，日前通用的晶体管特性图示仪的扫描信号和阶梯信号由50 Hz工频市电变换而来，扫描频率低，显示的特性曲线闪烁严重，稳定性差;X轴扫描为正弦脉冲，线性度差，在显示晶体管特性曲线时亮度不均匀(前亮后暗)，而且波形变换电路复杂。本文介绍一种基于555定时器的晶体管特性图示仪扫描信号发生器设计方法。通过555定时器产生同步的X轴扫描锯齿波和Y轴扫描阶梯波，其扫描频率不受工频市电限制，扫描信号同步性能好，显示波形稳定。 1 扫描信号发生器设计 1.1 晶体管特性测量原理
图1为晶体管输出特性测量原理，需测量的2个物理量是晶体管的集电极电流Ic和集电极电压Uce。待测管的集电极和基极分别接入锯齿波和阶梯波扫描信号。集电极输出接示波管X轴输入，发射极输出接示波管Y轴输入，Rc为集电极功耗限制电阻，Re为集电极电流取样电阻。
图 1 原理电路 1.2 锯齿波产生电路
图1中由555定时器组成的多谐振荡器同时产生锯齿波和阶梯波的触发脉冲，以保证锯齿波和阶梯波的同步。图1中由电阻R1、R2构成电容C1的充电回路，其中R2略大于2R1，由555定时器内置的放电三极管构成电容的放电回路。接通电源时，电源通过R1、R2对电容C1充电，电容C1两端电压线性上升，当充电至555定时器2、6脚的电压大于2/3Vcc时，555定时器3脚由“1”跃变为“0”，同时555定时器内置的放电三极管导通，电容通过三极管迅速放电至0 V。由于R2略大于2R1，此时555定时器2、6脚的电压略小于1/3Vcc，555定时器3脚由“0”跃变为“1”，同时555定时器内置的放电三极管截止，电容C1进入下一个充、放电周期，555定时器7脚获得锯齿波，3脚获得占空比接近1的同步方波。锯齿波的幅值由式(1)计算，得：
则其频率可由式(2)计算，得：
可见该锯齿波的输出电压幅值为1/2cc，大于一般555多谐振荡器的1/3Vcc，
且波形线性度优于一般555多谐振荡器，电容从0 V开始充电至1/2Vcc，起始扫描电压满足扫描信号的要求。该锯齿波通过电压跟随器U1输入到同相比例运算放大器U2进行电压放大，调节Rp3可以改变锯齿波幅度，通过后置功率放大后输入到待测晶体管集电极。同时，该信号作为X轴扫描信号输入到示波管的X轴偏转系统。 1.3 阶梯波产生电路
555定时器3脚输出的方波作为计数器CD4518的计数脉冲接入CD4518的CP端，计数输出端Q1～Q4分别接到由运算放大器U1构成的反相加法器的输入端，反相加法器的输入电阻R3：R4：R5：R6=8：4：2：1，则反相加法器的输出电压可由式(3)表示为：
式中：A=Rp1/R3
可见，当计数输出端Q1～Q4以4位二进制计数方式从0～9依次递增时，从反相加法器的输出端uo可以得到反向递增的阶梯波。该反向阶梯波经运算放大器U2进行反相比例运算得到正向的阶梯波，调节Rp1可以改变锯齿波的级数，调节Rp2可以改变锯齿波的级高。电容C3用于阶梯波的高频干扰信号，该阶梯波通过后置功率放大后输入到待测晶体管基极。集电极电流经取样电阻Re取样后，输入到示波管的Y轴偏转系统。 2 实验结果及分析
图2为扫描信号发生器的阶梯波和锯齿波，锯齿波上升沿近乎直线，线性度良好。锯齿波下降沿与阶梯波上升严格同步。