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階梯信號產生器的製作

  在整個晶體特性描繪器中,階梯信號產生器的製作是一個比較需要正確(未必是精密)核校的工作,所以最好能先借到一部簡單的示波器,以備在裝製中,隨時檢驗是否正常之用。

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  整個階梯信號產生器的線路,如圖15所示。本來類似這樣的線路,在國內外書刊雜誌都有介紹,但都沒有做完整的安排和運用,甚或有些許疏忽而未發現。如果您以前曾經「照圖試製」碰到問題時,本文或者能夠使您發現癥結所在,重拿焊鎗,繼續完成。

電路購成

  全部線路計分為穩壓電源階梯波產生換阻輸出等三部份。

  由於本機是一「儀器」,更由於本機在階梯逐級上升時,耗電隨同函次增加,特別需要電壓穩定的低內阻直流電源供給,此部份由D1~4構成整流及Q10Q11構成的穩壓電路所組成。嚴格地說,這整個電源電路,其反紋波的要求,比穩壓更為重要,因為全部線路的階梯週期是和電源同步的,如果電路中因負載(輸出電路之耗電)變化,而致直流供給含有紋波成份時,將會使接近最高階層的階梯波形,發生彎曲現象。所以C5這個電容不能漏接。

  D5~D8接於24伏AC,構成橋式整流,但並不經濾波,因此在R1下端的波形,仍一同掃描電壓之120Hz 100%脈動直流形狀。峯值當然是24伏的1.41倍。此電壓經R1及R2分壓後,在R1的上端約僅得26伏的峯值,亦即此處電壓是按120Hz的週期,由0~26伏在變化的。當此電壓高過於Q1的基極電壓(電源電壓經47K及150K分壓之值約18伏)約1.2伏(Q1基射電壓加上D9導通電壓)時,便使D9開始導通,隨之使Q1及Q2都導通,於是Q2集極電壓驟然下降,這時Q3亦導通,使C1下端電壓急降。但當R1上端電壓低於Q1電壓時,Q1~3又不導通了,此時,R5可能把C1下端電壓再次提升。於是乎在C1上端便產生了極尖銳的脈衝。可以使Q4導電一次,而Q4每導電一次,便使C2充一次電,因為C2並沒有洩放電路,所以每充電一次(極其快速的)電壓便提升一次,在其兩端形成函級上升的電壓波形,但當電壓上升到一定的高度後,由D10 Q5 Q6所組成的電路(與D9 Q1 Q2相同)立即導通,使C2上積存的電壓,一下子洩放完畢,於是乎,在C2的上端便形成一級一級上升,然後驟然下降,再一級一級上升的所謂階梯波了。

  由於C2的容量僅0.22uF,如果在其上端直接取得階梯信號來使用時,可能使C2上造成洩放,使每一階梯電壓都向下彎曲,最重時,還會變成略向上升的鋸齒波。為了使C2盡可能地沒有負載洩放,最好是將C2的輸出送給FET將阻抗降低,但在此電路中,為了簡化起見,僅用了三隻晶體作成三級射極隨耦器,以使其輸入阻抗變得極高,輸出則正合我們之需。

動作分析

  檢討以上線路,我們可以發現:

  變更R1及R2的比值,可能影響觸發(階梯上升)的時間。而觸發的時間,可能影響什麼呢?我們必須知道,本描繪器的工作原理,乃是利用60Hz電源做全波整流後的120Hz脈動電壓做為掃描電壓的,Vc每向右掃一次,即應當使Ib增加一級,亦即需要一個階梯。但不是Ic自0伏開始向右掃的同時,就正好是一級Ib電流的開始呢!從電路上分析得知,那是不一定的。這時就必須注意到C2充電正好是在什麼時候?那應當是在D9開始不導通的剎那,亦即在C1上造成負脈衝的時候。換句話說,變更R1 R2的比例,可以調整Ib的跳升在Ic增加的某一部位。從線路設計上,我們可以算出,Ib的跳升,一定是在Ic上升到接近最大值時。有時,由於比例分配的不當,觸發太早時,可能會再接近每根掃描線的接近中點部位,因Ib之跳升而造成中斷現象。當然此中斷現象的產生,還是由於C2有明顯的洩放作用(階梯傾斜),才會變得很明顯,不過理論上,我們還是希望觸發時間,盡可能調整到每根掃描線的末端。

  同理,R3 R4的比例也可能影響觸發時間的提前或落後。

  調整VR1的結果,可以變更Q4承受脈衝電壓的強度,亦即可以調整C2每上升一個階梯正好是多少電壓。

  VR2是調整D10 Q5 Q6在承受多少電壓是立即導通的,如果12伏的電壓,經由D10可以使Q5 Q6導通,則當C2每上升一個階梯為1伏時,到了第十二個階梯,就被洩放又開始由0伏1伏2伏......開始了。

  如果我們把以上整個線路「獨立」起來,以B為輸出接地點,A之輸出當然是函級上升的電壓。可是由於這個電路的「獨立」,我們也可以A為輸出接地點,此時B之輸出,將是函級下降的電壓了。這個觀念,對於將來組合成NPN-PNP變換測試的理解非常重要,為了維持電路的獨立,第一電源(AC)要獨立(不能與掃描電壓共用),第二線路板不可以接地,這樣才能變更為以A或B為輸出的方式。

零件選擇及裝機

  本機之零件選擇要求並不嚴格,且所有零件在市上均能買到:

  D1~4 D5~8為整流二極體,電流一安以下即可,如能用橋式二極體,焊接當更方便。

  D9 D10一般矽質偏壓用二極體均可使用。ZD為18V之穩壓二極體,最好在0.5瓦以上。

  Q1~8及Q11可用最廉價的CS9012/9013或2N4355/3569,但CE漏電應挑愈小愈好,HFE則愈大愈好。Q9 Q10要用中功率管,如TIP29等比較合宜。電阻器除R12用1W者外,餘均用½¼瓦,C1及C2之漏電應極微。

  零件如能按以上要領選擇,線路裝成後,應百分之百沒有問題才對。其中VR1及VR2以使用半固定為宜,校準後就不再動它,以後使用時,定時校調一下,比裝於面板上,經常旋動,使用上要方便得多了。

試機和校調

  線路板裝成後,可將之接上24伏1A左右的電源試機。

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  首先量量整流及穩壓輸出電壓是否正常,接著將A點輸出接於示波器的垂直輸入,看看有無階梯波形出現,如果有,表示線路工作正常,如果沒有應當檢查Q1~4各級電路,看晶體是否有損壞,或零件數值不對等。

  校調本機的方法是,先校調示波器的垂直輸入靈敏度為每伏1公分之高度,再將本機A、B兩點接入。此時可先調整VR2使大概出現6~8個階梯,接著調整VR1使每個階梯正好為1伏。如果調整中發現有任何問題時,請參考「動作分析」的說明設法解決。

轉載音響技術第2期 FEB. 1976 一部完整的晶體曲線描繪器(二)/范 迪

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