实验二 单级共射放大电路实验.docx

实验二 单级共射放大电路实验实验二 单级共射放大电路 一、实验目的 1、 学会放大电路静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大电路性能的影响。 2、 掌握放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验设备与器件 1、模拟电路实验装置 2、双踪示波器 3、交流毫伏表 4、万用表 三、实验原理 图21为电阻分压式工作点稳定单管共射放大电路实验原理图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大电路的静态工作点。当在放大电路的输入端加入输入信号ui后，在放大电路的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。 RP1 100K 47µF RB11 4.7K RC1 2K 47µF RB12 10K 510 RE1 51 C3 图21 共射极单管放大电路实验电路 在图21电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2 的电流远大于晶体管T 的 基极电流IB时，则它的静态工作点可用下式估算: UB»RB1UCC RB1+RB2U-UBE IE»B»ICRE UCEUCCIC 电压放大倍数 AV=-RC / RL rbe输入电阻 RiRB1 / RB2 / rbe 输出电阻 RORC 由于电子电路件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元电路件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大电路的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大电路，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大电路的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。 放大电路的测量和调试一般包括：放大电路静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大电路各项动态参数的测量与调试等。 1、放大电路静态工作点的测量与调试 1)静态工作点的测量 测量放大电路的静态工作点，应在输入信号ui0的情况下进行， 即将放大电路输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用 IC»IE=UEU-UC算出IC， RERC同时也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。 为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2)静态工作点的调试 放大电路静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC的调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大电路的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大电路在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图22(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶，如图22(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大电路的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。 (a) (b) 图22 静态工作点对uO波形失真的影响 改变电路参数UCC、RC、RB都会引起静态工作点的变化，如图23所示。但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。 图23 电路参数对静态工作点的影响 最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 放大电路动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压和通频带等。 1)电压放大倍数AV的测量 调整放大电路到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则: AV=U0 Ui 2)输入电阻Ri的测量 为了测量放大电路的输入电阻，按图24 电路在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大电路正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得： Ri=UiUiUi=R UIiUS-UiRR图24 输入、输出电阻测量电路 测量时应注意下列几点: 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压 UR时必须分别测出US和Ui，然后按URUSUi求出UR值。 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R12K。 3)输出电阻R0的测量 按图2-4电路，在放大电路正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据 UL=即可求出： RO=(UO-1)RL ULRLUO RO+RL 在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。 4)最大不失真输出电压UOPP的测量 如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大电路正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW，用示波电路观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO，则动态范围等于22U0。或用示波电路直接读出UOPP来。 图 25 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真 5)放大电路幅频特性的测量 放大电路的幅频特性是指放大电路的电压放大倍数AU与输入信号频率f 之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图26所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带 fBWfHfL 放大电路的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AU。为此，可采用前述测AU的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。 3DG 9011(NPN) 3CG 9012(PNP) 9013(NPN) 图 26 幅频特性曲线 图27晶体三极管管脚排列 四、实验内容 实验电路如图21所示。各电子仪器可按实验一中图11所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起。 1、调试静态工作点 接通直流电源前，先将RW调至最大， 函数信号发生电路输出旋钮旋至零。接通12V电源、调节Rp，使IC2.0mA， 用直流电压表测量UBE、UCE及用万用电表测量RB 值；分别用万用表测量IB、IC填入表21。 表2-1 IC2mA 测 量 值 计算数据 UB UE UC IB IC RB (K) 2、测量电压放大倍数 在放大电路输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生电路的输出旋钮使放大电路输入电压Ui»10mV，同时用示波电路观察放大电路输出电压uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波电路观察uO和ui的相位关系，记入表22。 表22 Ic2.0mA Ui10mV RL(K) 1 5.1 Uo(V) AV 观察记录一组uO和u1波形 3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响 置RL，Ui适量，调节RP，用示波电路监视输出电压波形，在uO不失真的条件下，测量五组数据IC和UO值，记入表23。 表23 RL Ui10mV IC(mA) UO(V) AV 2.0 测量IC时，要先将信号源输出旋钮旋至零。 4、观察静态工作点对输出波形失真的影响 置RL5.1K， ui0，调节Rp使IC2.0mA，测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u0 足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，分别增大和减小Rp，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表24中。每次测IC和UCE 值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。 表24 RL Ui10mV IC(mA) UCE(V) u0波形 失真情况 管子工作状态 2.0 5、测量最大不失真输出电压 置RL5.1K，按照实验原理2.4中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器Rp，用示波电路和交流毫伏表测量UOPP及UO值，记入表25。 表25 RL5.1K IC(mA) Uim(mV) Uom(V) UOPP(V) *6、测量输入电阻和输出电阻 置RL5.1K，IC2.0mA。输入f1KHz的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US，Ui和UL记入表2-6。 保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-6。 表2-6 Ic2mA RL5.1K US (mv) Ui (mv) Ri 测量值 计算值 ULUO R0 测量值 计算值 *7、测量幅频特性曲线 取IC2.0mA，RL5.1K。 保持输入信号ui的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压UO，记入表27。 表27 Ui10mV fL fo fn f UO AVUO/Ui 为了信号源频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围， 然后再仔细读数。 说明：本实验内容较多，其中6、7可作为选作内容。 五、实验总结 1、 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较，分析产生误差原因。 2、总结RC，RL及静态工作点对放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。 3、讨论静态工作点变化对放大电路输出波形的影响。 4、分析讨论在调试过程中出现的问题。 六、预习要求 1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。估算放大电路的静态工作点，电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO 2、能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE？ 为什么实验中要采用测UB、UE，再间接算出UBE的方法？ 3、怎样测量RB阻值？ 4、当调节偏置电阻RB2，使放大电路输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化？ 5、改变静态工作点对放大电路的输入电阻Ri有否影响？改变外接电阻RL对输出电阻RO有否影响？ 6、在测试AV，Ri和RO时怎样选择输入信号的大小和频率？ 为什么信号频率一般选1KHz，而不选100KHz或更高？ 7、测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位，将会出现什么问题？