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1、实验一晶体管开关特性、限幅器与钳位器一、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V"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（+VJ变为反向偏置（-岖）时，二极管并不立即截止，而是出现一个较大的反向电流-彳，并维持一段时间ts（称为存贮时间）后,电流才开始减小，再
2、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Io,将trr=ts+tf叫做反向恢复时间，切与二极管的结构有关,PN结面积小，结电容小，存贮电荷就少，仁就短，同时也与正向导通电流和反向电流有关。当管子选定后，减小止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，施加一个足够幅度（在一览和+仏之间变化）的矩形脉冲电压Vi激励信号，就能使品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
3、流汇和输岀电压*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w开始跃升到直上升到0.II.,所需时间定义为延迟时间td,而B从0.lb增长到0.9R的时间为上升时间tr,从Vi开始跃降到ic下降到0.9B的时间为存贮时间ts,而ic从0.9k下降到0.Ik的时间为下降时间tf,通常称3=口+匕.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休管结电容之故。改善晶体三极管开关特性的方法是采用加速电容G和在晶体管的集电极加二极管D箝位，如图1—3所示。G,
4、是一个近百PF的小电容，当w正跃变期间，由于G,的存在，乩相当于被短路，W儿乎全部加到基极上，使T迅速进入饱和，td和t「大大缩短。当Vi负跃变时，也再次被短路，使T迅速截止，也大大缩短了J和tf,可见G仅在瞬态过程中才起作用，稳态时相当于开路，对电路没有影响。G既加速了晶体管的接通过程乂加速了断开过程，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，V。逐渐上升。因为Vcc>Ec,当v。超过氏后，二极管D导通，使％的最高值被箝位在从而缩短％波形的上升边沿，而且上升边的起始部分
5、乂比较陡，所以大大缩短了输出波形的上升时间tro图1—3改善三极管开关特性的电路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。D°~H——!——IN4007IJTTLr
6、]300Q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、
7、±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、实验内容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)输入信号百为频率f=100KHz、幅值人二3V方波信号，E调至0U,用双踪示波器观察和记录输入信号百和输岀信号v°的波形，并读出存贮时间ts和下降时间的值。(2)改变偏值电压E(由0变到2V),观察输出波形％的匚和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w为lOOKHz方波
8、信号，晶体管选用3DG6AO(1)将B点接至负电源一氐，使一Eb在0〜一4V内变化。观察并记录输出信号V。波形的td、tr>ts和口变化规律。(2)将B点换接在接地点，在闊上并一30PF的加速电容G,,观察G,对输出波形的影响，然后将G,更换成300PF,观察并记录输出波形的变化情况。1KE2AK2D乂图1—5三极管开关特性实验电路图1—6二极管限幅器⑶去掉G,在输出端接入负载电容C,=30PF,观察并记录输出波形的变化情况。(4)在输出端再并接一负载电阻R=IKQ,观察并记录输出波形的变化
