晶體管圖示儀制作分享(開源所有設(shè)計(jì)資料）

ID:662060 · 發(fā)表于 2026-1-25 16:40

擁有一臺(tái)能測(cè)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(mèng)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(guó)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(xiàng)目！制作全程會(huì)同步分享關(guān)鍵步驟、核心資料，對(duì)本項(xiàng)目感興趣的壇友歡迎回帖交流，若需相關(guān)資料我也會(huì)竭誠(chéng)提供。后續(xù)還會(huì)將制作過程剪輯成視頻，發(fā)布在 B 站、抖音、等平臺(tái)，我的 ID 統(tǒng)一為 musicphograph（音樂留聲機(jī)），歡迎關(guān)注跟進(jìn)。
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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(cè)電路生成 100Hz 脈沖信號(hào)；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(hào)；觸發(fā)信號(hào)輸入 CD4017 十位計(jì)數(shù)芯片，輸出 Q1~Q9 交替輪動(dòng)脈沖；最后經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)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。
cd4011 cd4017.png

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(hào)由 NE555 時(shí)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。
NE555 CD4017.png

兩個(gè)階梯波電路gerber文件詳見附件。

ID:662060 · 發(fā)表于 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(gè)寶深圳某義某勝電子購入 3 片 CD4011、若干 CD4017，上機(jī)通電測(cè)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(cè)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(xì)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(cè) CD4011 第 3 腳或 CD4017 第 14 腳，扭動(dòng)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。

脈沖寬度調(diào)試.png

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(diǎn)，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(yùn)放為 ±15V 供電，階梯波最大可放大到 14V 左右）。
階梯波峰峰值調(diào)節(jié).png

ID:662060 · 發(fā)表于 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(jì)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(hào)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(diǎn)是鋸齒波放大：因?yàn)橐嫒蓦娮庸軠y(cè)量，必須輸出250V 以上的鋸齒波。
在此請(qǐng)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：
脈沖鋸齒波原理圖.png

PC3D：

ID:662060 · 發(fā)表于 2026-2-13 00:45

這是PCB出版文件，需要的探頭可自行下載使用。

ID:662060 · 發(fā)表于 2026-3-6 00:39

1、脈沖鋸齒波穩(wěn)壓供電電路（兩電源非共地、非共地、非共地）鋸齒波、脈沖波供電電路-1.png

2、脈沖波轉(zhuǎn)階梯波電路，注：右側(cè)紅框內(nèi)電路在主板之外，可搭棚焊接在波段開關(guān)上，直接安裝在面板上。
鋸齒波、脈沖波供電電路-2.png

3、鋸齒波高壓放大電路，本電路主要為電子管提供高壓回掃波形（和階梯波電電路非共地）
鋸齒波、脈沖波供電電路-3.png

4、下面是PCB結(jié)構(gòu)展示
主板正面.png

需要gerber文件的壇友可自行下載出版，特別提示：設(shè)計(jì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸本人所有，不可用于商業(yè)用途。

ID:1028227 · 發(fā)表于 2026-3-7 13:16

謝謝老師的分享

ID:662060 · 發(fā)表于 2026-2-17 15:22

changchieh 發(fā)表于 2026-2-14 11:29
到200v以上比較好

高壓電源部分打算使用 LLC 拓?fù)溟_關(guān)電源，電壓為±280V。功放部分參考典型運(yùn)放結(jié)構(gòu)，增加功率級(jí)。

ID:1107340 · 發(fā)表于 2026-2-14 11:29

到200v以上比較好

ID:66137 · 發(fā)表于 2026-2-5 09:16

不錯(cuò)，期待測(cè)試效果。

ID:53978 · 發(fā)表于 2026-2-1 12:00

這個(gè)這么簡(jiǎn)單嗎記得以前有個(gè)很復(fù)雜沒做完就放一邊了

ID:662060 · 發(fā)表于 2026-1-31 23:29

TP802 發(fā)表于 2026-1-30 08:40
采用單片機(jī)+ADC+ADC+恒流源+上位機(jī)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(jī)的原因，這里就不展開討論了。
現(xiàn)代臺(tái)式示波器普遍具備上位機(jī)監(jiān)看、截圖及錄頻功能，能滿足測(cè)試過程中的觀測(cè)與數(shù)據(jù)留存需求。
的確，數(shù)字功放是當(dāng)下發(fā)展趨勢(shì)，但線性（恒流）區(qū)仍有廣泛應(yīng)用場(chǎng)景，比如被動(dòng)式電子負(fù)載，就十分依賴這一工作區(qū)域的穩(wěn)定特性。

ID:662060 · 發(fā)表于 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(cè)量時(shí)的限流保護(hù)確實(shí)是核心難點(diǎn)，既要防被測(cè)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(biāo)繪圖。
器件保護(hù)：① 逼近法從小檔位逼近額定值，縮短測(cè)試時(shí)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(shí)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(dòng)，Vce 和 Ic 按對(duì)應(yīng)關(guān)系變化，無需恒流。
被測(cè)器件CE（MOS管對(duì)應(yīng)DS，電子管對(duì)應(yīng)AK）回路電源波形.png

被測(cè)器件CE（MOS管對(duì)應(yīng)DS，電子管對(duì)應(yīng)AK）回路電源波形.png

ID:1152330 · 發(fā)表于 2026-1-30 08:40

采用單片機(jī)+ADC+ADC+恒流源+上位機(jī)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(jī)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(cè)量了。
另一個(gè)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(chǎng)合越來越少了。

ID:662060 · 發(fā)表于 2026-1-26 23:51

keemee 發(fā)表于 2026-1-26 08:51
晶體管圖示儀對(duì)于業(yè)余愛好者來說，比較難以突破的地方是中高電壓測(cè)量時(shí)，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(cè)量時(shí)的限流保護(hù)確實(shí)是核心難點(diǎn)，既要防被測(cè)管過流擊穿，也要避免設(shè)備自身損壞，核心思路是分級(jí)限流 + 冗余保護(hù)，分享幾個(gè)實(shí)操性強(qiáng)的方案：
主回路串接功率型精密限流電阻，按測(cè)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(zhǔn)，業(yè)余可采用運(yùn)放 + 功率管搭建簡(jiǎn)易恒流電路，設(shè)定被測(cè)管的最大允許電流（如晶體管 mA 級(jí)、MOS 管適配對(duì)應(yīng)檔位），超過閾值自動(dòng)鉗位電流，避免瞬間過流燒管；
加快速保護(hù)冗余，中高壓場(chǎng)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(shí)操小技巧：中高壓檔位先從低電流量程起步，被測(cè)管先小范圍測(cè)試，確認(rèn)無異常再逐步調(diào)參，避免一上來滿量程沖擊。

ID:662060 · 發(fā)表于 2026-1-26 23:38

keemee 發(fā)表于 2026-1-26 08:51
晶體管圖示儀對(duì)于業(yè)余愛好者來說，比較難以突破的地方是中高電壓測(cè)量時(shí)，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

ID:662060 · 發(fā)表于 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(gè)廉價(jià)的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器加上后級(jí)問題不大吧，因?yàn)橛玫钠鹗静ㄆ鳎渌麘?yīng)該不難

單片機(jī)生成階梯波完全可行，不僅能簡(jiǎn)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(jī)開發(fā)與調(diào)試能力，最終還是選用了純硬件方案，兼顧實(shí)用性和易上手性。
另外，雖然信號(hào)發(fā)生器能實(shí)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(jī)里會(huì)更省心高效。

ID:1110477 · 發(fā)表于 2026-1-26 08:51

晶體管圖示儀對(duì)于業(yè)余愛好者來說，比較難以突破的地方是中高電壓測(cè)量時(shí)，如何限流保證管子和設(shè)備安全

ID:1110477 · 發(fā)表于 2026-1-26 08:41

如果MCU生成階梯波做不成，一個(gè)廉價(jià)的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器加上后級(jí)問題不大吧，因?yàn)橛玫钠鹗静ㄆ鳎渌麘?yīng)該不難

ID:61207 · 發(fā)表于 2026-1-25 20:30

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晶體管圖示儀制作分享(開源所有設(shè)計(jì)資料）

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