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標題: 晶體管圖示儀制作分享(開源所有設(shè)計資料） [打印本頁]

作者: yhtuse 時間: 2026-1-25 16:40
標題: 晶體管圖示儀制作分享(開源所有設(shè)計資料）
擁有一臺能測量電子元器件特性曲線的設(shè)備，是每位電子愛好者尤其是音響發(fā)燒友的夢想。多年來執(zhí)念自制晶體管圖示儀，卻因瑣事纏身遲遲未能開工，如今已研讀國內(nèi)外技術(shù)帖，徹底吃透工作原理與制作方法，2026 年必定完成該項目！制作全程會同步分享關(guān)鍵步驟、核心資料，對本項目感興趣的壇友歡迎回帖交流，若需相關(guān)資料我也會竭誠提供。后續(xù)還會將制作過程剪輯成視頻，發(fā)布在 B 站、抖音、等平臺，我的 ID 統(tǒng)一為 musicphograph（音樂留聲機），歡迎關(guān)注跟進。
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方案一：工頻市電降壓整流方案
工頻市電降壓至 2×16.5V，經(jīng)三極管過零檢測電路生成 100Hz 脈沖信號；再通過 CD4011 完成倍頻與脈寬拓寬，得到 200Hz、脈寬約 5ms 的觸發(fā)信號；觸發(fā)信號輸入 CD4017 十位計數(shù)芯片，輸出 Q1~Q9 交替輪動脈沖；最后經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)與運算放大器差分放大電路，最終生成階梯波，具體詳見原理圖及PCB結(jié)構(gòu)圖。

方案二：NE555 方波發(fā)生器方案
與方案一相比，核心差異在于觸發(fā)信號由 NE555 時基芯片生成，階梯波生成后的后續(xù)波形轉(zhuǎn)換電路完全一致。

兩個階梯波電路gerber文件詳見附件。

NE555 CD4017_PCB2_1_2026-01-25.zip

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CD4011 CDCO17_PCB2_2_2026-01-25.zip

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作者: 蛋進涼絕 時間: 2026-1-25 20:30

作者: keemee 時間: 2026-1-26 08:41
如果MCU生成階梯波做不成，一個廉價的數(shù)字信號發(fā)生器加上后級問題不大吧，因為用的起示波器，其他應(yīng)該不難

作者: keemee 時間: 2026-1-26 08:51
晶體管圖示儀對于業(yè)余愛好者來說，比較難以突破的地方是中高電壓測量時，如何限流保證管子和設(shè)備安全

作者: yhtuse 時間: 2026-1-26 23:32

keemee 發(fā)表于 2026-1-26 08:41
如果MCU生成階梯波做不成，一個廉價的數(shù)字信號發(fā)生器加上后級問題不大吧，因為用的起示波器，其他應(yīng)該不難

單片機生成階梯波完全可行，不僅能簡化電路，程序?qū)崿F(xiàn)也并不復(fù)雜。但考慮到不少朋友缺乏單片機開發(fā)與調(diào)試能力，最終還是選用了純硬件方案，兼顧實用性和易上手性。
另外，雖然信號發(fā)生器能實現(xiàn)相關(guān)功能，但并非人人都有，且需要額外搭配使用，操作上不夠便捷，集成到整機里會更省心高效。

作者: yhtuse 時間: 2026-1-26 23:38

keemee 發(fā)表于 2026-1-26 08:51
晶體管圖示儀對于業(yè)余愛好者來說，比較難以突破的地方是中高電壓測量時，如何限流保證管子和設(shè)備安全

中高壓可以使用工頻變壓器變換為各種電壓，通過全橋（或全波）整流獲得100Hz饅頭波，依然可以滿足Uce、Ic掃描使用。
可參考元器件datasheet，找到最大耗散功率，確定好最大Uce（IC≈0A），Ic（Uce≈0V），Uce×I

作者: yhtuse 時間: 2026-1-26 23:51

keemee 發(fā)表于 2026-1-26 08:51
晶體管圖示儀對于業(yè)余愛好者來說，比較難以突破的地方是中高電壓測量時，如何限流保證管子和設(shè)備安全

業(yè)余做晶體管圖示儀，中高壓測量時的限流保護確實是核心難點，既要防被測管過流擊穿，也要避免設(shè)備自身損壞，核心思路是分級限流 + 冗余保護，分享幾個實操性強的方案：
主回路串接功率型精密限流電阻，按測量電壓檔位匹配阻值，比如幾十到幾百伏檔位，選幾 kΩ~ 幾十 kΩ、功率 5~10W 的金屬膜電阻，既能限制最大電流，也能減少溫漂影響精度；
增加恒流源限流支路，比單純串電阻更精準，業(yè)余可采用運放 + 功率管搭建簡易恒流電路，設(shè)定被測管的最大允許電流（如晶體管 mA 級、MOS 管適配對應(yīng)檔位），超過閾值自動鉗位電流，避免瞬間過流燒管；
加快速保護冗余，中高壓場景下串快速熔斷器，并聯(lián)瞬態(tài)抑制二極管（TVS），前者防持續(xù)過流燒設(shè)備，后者吸收高壓尖峰，避免擊穿核心采樣元件；
實操小技巧：中高壓檔位先從低電流量程起步，被測管先小范圍測試，確認無異常再逐步調(diào)參，避免一上來滿量程沖擊。

作者: TP802 時間: 2026-1-30 08:40
采用單片機+ADC+ADC+恒流源+上位機的方案可能更合適，似乎以前在礦壇或者是別的地方看到過有人發(fā)表過這樣的方案。使用上位機的好處是一次掃描讀取數(shù)據(jù)和顯示，不用周期性的重復(fù)掃描，這樣即使是大功率管，也不用加散熱器也可以測量了。
另一個角度來看，開關(guān)狀態(tài)應(yīng)用越來越多，線性狀態(tài)應(yīng)用越來越少，需要圖示儀的場合越來越少了。

作者: yhtuse 時間: 2026-1-31 23:23

yhtuse 發(fā)表于 2026-1-26 23:51
業(yè)余做晶體管圖示儀，中高壓測量時的限流保護確實是核心難點，既要防被測管過流擊穿，也要避免設(shè)備自身損 ...

三極管集電極回路接饅頭波（圖 a）、三角波（圖 b）、鋸齒波這類變化電流，依托 X-Y 李薩如原理就能完成 Vce-Ic 坐標繪圖。
器件保護：① 逼近法從小檔位逼近額定值，縮短測試時間防超耗散功率、防熱擊穿；② 加瞬態(tài)抑制二極管防硬擊穿，類似開關(guān)電源 CDR 吸收，可有效吸收尖峰能量。
階梯波電路為 Howland 電流源結(jié)構(gòu)，流控時等效內(nèi)阻變、階梯波電流不變；集電極回路由控制回路驅(qū)動，Vce 和 Ic 按對應(yīng)關(guān)系變化，無需恒流。

作者: yhtuse 時間: 2026-1-31 23:29

TP802 發(fā)表于 2026-1-30 08:40
采用單片機+ADC+ADC+恒流源+上位機的方案可能更合適，似乎以前在礦壇或者是別的地方看到過有人發(fā)表過這樣的 ...

前面已交代不用單片機的原因，這里就不展開討論了。
現(xiàn)代臺式示波器普遍具備上位機監(jiān)看、截圖及錄頻功能，能滿足測試過程中的觀測與數(shù)據(jù)留存需求。
的確，數(shù)字功放是當下發(fā)展趨勢，但線性（恒流）區(qū)仍有廣泛應(yīng)用場景，比如被動式電子負載，就十分依賴這一工作區(qū)域的穩(wěn)定特性。

作者: smartphone 時間: 2026-2-1 12:00
這個這么簡單嗎記得以前有個很復(fù)雜沒做完就放一邊了

作者: yhtuse 時間: 2026-2-2 23:38
本帖最后由 yhtuse 于 2026-2-3 21:53 編輯

特別提醒各位壇友：本人在某一個寶深圳某義某勝電子購入 3 片 CD4011、若干 CD4017，上機通電測試后，3 片 CD4011 全部損壞，CD4017 則正常工作，特此反饋供大家參考避坑～
這里介紹一下階梯波調(diào)試方法市電經(jīng)過零取樣獲得的窄脈沖波，經(jīng)CD4011處理為規(guī)則脈沖波，示波器測試4011第三腳或4017的第四十腳，調(diào)節(jié)板子上側(cè)電位器，調(diào)節(jié)波形寬度，讓其輸出穩(wěn)定的脈沖波。
附階梯波詳細調(diào)試步驟：
① 先處理脈沖波：市電零取樣生成的窄脈沖，經(jīng) CD4011 處理為規(guī)則脈沖；示波器測 CD4011 第 3 腳或 CD4017 第 14 腳，扭動板子上側(cè)電位器，調(diào)整波形寬度，直至輸出脈沖波穩(wěn)定。

② 再調(diào)峰峰值：示波器探頭接正極性輸出端，鑷子短接 “com” 和 “8” 點，調(diào)節(jié)板子下側(cè)電位器，使階梯波 Vpp=8Vpp 即可（可自定義數(shù)值；運放為 ±15V 供電，階梯波最大可放大到 14V 左右）。

作者: woaidpj 時間: 2026-2-5 09:16
不錯，期待測試效果。

作者: yhtuse 時間: 2026-2-13 00:44
前面做的工頻方案整體還是比較成功的，唯一問題就是存在頻閃。
現(xiàn)在重新設(shè)計了一套高頻方案，脈沖波和鋸齒波都可以調(diào)節(jié)，并且兩路信號相互隔離。目前已經(jīng)用面包板搭建調(diào)試完成，輸出波形正常。
目前比較棘手的點是鋸齒波放大：因為要兼容電子管測量，必須輸出250V 以上的鋸齒波。
在此請教各位壇友，有沒有成熟可靠的高壓鋸齒波放大方案，歡迎分享思路和電路，我這邊統(tǒng)一整理匯總。
原理圖：