数字电子技术实验指导书 - 泉州理工学院

《数字电子技术实验指导书 - 泉州理工学院》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、实验一　晶体管开关特性、限幅器与钳位器104　　一、实验目的　　1、观察晶体二极管、三极管的开关特性，了解外电路参数变化对晶体管开关特性的影响。　　2、掌握限幅器和钳位器的基本工作原理。　　二、实验原理1、晶体二极管的开关特性　　由于晶体二极管具有单向导电性，故其开关特性表现在正向导通与反向截止两种不同状态的转换过程。如图1－1电路，输入端施加一方波激励信号vi，由于二极管结电容的存在，因而有充电、放电和存贮电荷的建立与消散的过程。因此当加在二极管上的电压突然由正向偏置(+V1)变为反向偏置(-V2)时，二极管并不立即截止，而是

2、出现一个较大的反向电流，并维持一段时间ts（称为存贮时间）后，电流才开始减小，再经tf（称为下降时间）后，反向电流才等于静态特性上的反向电流I0，将trr＝ts＋tf叫做反向恢复时间，trr与二极管的结构有关，PN结面积小，结电容小，存贮电荷就少，ts就短，同时也与正向导通电流和反向电流有关。当管子选定后，减小正向导通电流和增大反向驱动电流，可加速电路的转换过程。　　2、晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性是指它从截止到饱和导通，或从饱和导通到截止的转换过程，而且这种转换都需要一定的时间才能完成。如图1－2电路的输入端，施加

3、一个足够幅度（在－V2和+V1之间变化）的矩形脉冲电压vi激励信号，就能使晶体管从截止状态进入饱和导通，再从饱和进入截止。可见晶体管T的集电极电流ic和输出电压vo的波形已不是一个理想的矩形波，其起始部分和平顶部分都延迟了一段时间，其上升沿和下降沿都变得缓慢了，如图1－2波形所示，从vi开始跃升到iC上升到0.1ICS104，所需时间定义为延迟时间td，而iC从0.1ICS增长到0.9ICS的时间为上升时间tr，从vi开始跃降到iC下降到0.9ICS的时间为存贮时间tS,而iC从0.9ICS下降到0.1ICS的时间为下降时间tf

4、，通常称ton＝td＋tr为三极管开关的“接通时间”，toff＝tS＋tf称为“断开时间”，形成上述开关特性的主要原因乃是晶体管结电容之故。图1－1晶体二极管的开关特性图1－2晶极三极管的开关特性改善晶体三极管开关特性的方法是采用加速电容Cb和在晶体管的集电极加二极管D箝位，如图1－3所示。Cb是一个近百PF的小电容，当vi正跃变期间，由于Cb的存在，Rb1相当于被短路，vi几乎全部加到基极上，使T迅速进入饱和，td和tr大大缩短。当vi负跃变时，Rb1再次被短路，使T迅速截止，也大大缩短了ts和tf，可见Cb仅在瞬态过程中才起

5、作用，稳态时相当于开路，对电路没有影响。Cb104既加速了晶体管的接通过程又加速了断开过程，故称之为加速电容，这是一种经济有效的方法，在脉冲电路中得到广泛应用。箝位二极管D的作用是当管子T由饱和进入截止时，随着电源对分布电容和负截电容的充电，vO逐渐上升。因为VCC＞EC，当vO超过EC后，二极管D导通，使vO的最高值被箝位在EC，从而缩短vO波形的上升边沿，而且上升边的起始部分又比较陡，所以大大缩短了输出波形的上升时间tr。3、利用二极管与三极管的非线性特性，可构成限幅器和箝位器。它们均是一种波形变换电路，在实际中均有广泛的应

6、用。二极管限幅器是利用二极管导通时和截止时呈现的阻抗不同来实现限幅，其限幅电平由外接偏压决定。三极管则利用其截止和饱和特性实现限幅。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。图1－3改善三极管开关特性的电路图1－4二极管开关特性实验电路　三、实验设备与器件仔细查看数字电路实验装置的结构：直流稳压电源、信号源、逻辑开关，逻辑电平显示器，元器件位置的布局及使用方法。1、±5V、+15V直流电源2、双踪示波器3、续脉冲源4、音频信号源5、直流数字电压表6、IN4007、3DG6、3DK2、2AK2及R、C元件若干　　四、实

7、验内容104　　在实验装置合适位置放置元件，然后接线。　　1、二极管反向恢复时间的观察按图1－4接线，E为偏置电压（0～2V可调）(1)输入信号vi为频率f＝100KHz、幅值Vm=3V方波信号，E调至0V，用双踪示波器观察和记录输入信号vi和输出信号vO的波形，并读出存贮时间tS和下降时间tf的值。(2)改变偏值电压E（由0变到2V），观察输出波形vO的ts和tf的变化规律，记录结果进行分析。2、三极管开关特性的观察按图1－5接线，输入vi为100KHz方波信号，晶体管选用3DG6A。(1)将B点接至负电源－Eb，使－Eb在0

8、～－4V内变化。观察并记录输出信号vO波形的td、tr、ts和tf变化规律。(2)将B点换接在接地点，在Rb1上并－30PF的加速电容Cb，观察Cb对输出波形的影响，然后将Cb更换成300PF，观察并记录输出波形的变化情况。图1－5三极管开关特性实验电路图1－6