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            模电实验三 晶体管共射极单管放大器


            实验三 晶体管共射极单管放大器
            一、实验目的 1、 学会放大器静态工作点的调试方法,分析静态工作点对放大器性能的影 响。 2、 掌握放大器电压放大倍数、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、实验原理 图 3-1 为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。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,以稳定放大器的静态工 作点。当在放大器的输入端加入输入信号 ui 后,在放大器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。

            图 3-1 共射极单管放大器实验电路

            在图 3-1 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(一般 5~10 倍) ,则它的静态工作点可用下式估算

            UB ≈

            R B1 U CC R B1 + R B2

            IE ≈

            U B ? U BE ≈ IC RE

            UCE=UCC-IC(RC+RE)

            电压放大倍数
            R // R L A V = ?β C rbe 输入电阻 Ri=RB1 / RB2 / rbe / / 输出电阻 RO≈RC 由于电子器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器件的参数,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器的静态工作点和各 项性能指标。 一个优质放大器, 必定是理论设计与实验调整相结合的产物。 因此, 除了学习放大器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。 放大器的测量和调试一般包括:放大器静态工作点的测量与调试,消除干扰 与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1、 放大器静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量

            测量放大器的静态工作点,应在输入信号 ui=0 的情况下进行, 即将放大 器输入端与地端短接,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

            I C ≈ IE =

            UE U ? UC 算出 IC(也可根据 IC = CC ,由 UC 确定 IC) , RE RC

            同时也能算出 UBE=UB-UE,UCE=UC-UE。 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

            放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流 I(或 UCE) 的调整与测试。 C 静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点 偏高,放大器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 3-2(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(一

            般截止失真不如饱和失真明显) ,如图 3-2(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,即在放大器的输入端 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 3-2 静态工作点对 uO 波形失真的影响

            改变电路参数 UCC、RC、RB(RB1、RB2)都会引起静态工作点的变化,如图 3-3 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 3-3 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。

            2、放大器动态指标测试 放大器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(动态范围)和通频带等。 1) 电压放大倍数 AV 的测量

            调整放大器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

            为了测量放大器的输入电阻,按图 3-4 电路在被测放大器的输入端与信号 源之间串入一已知电阻 R,在放大器正常工作的情况下, 用交流毫伏表测出 US 和 Ui,则根据输入电阻的定义可得 Ri = Ui Ui Ui = = R U R U S ? Ui Ii R

            图 3-4 输入、输出电阻测量电路

            测量时应注意下列几点: ① 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 UR=US-Ui 求出 UR 值。 ② 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 R=1~2KΩ。 3) 输出电阻 R0 的测量

            按图 3-4 电路,在放大器正常工作条件下,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 =

            RL UO RO + RL

            即可求出

            R O =(

            UO ? 1)R L UL

            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(最大动态范围)

            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。 为此在放大器正常工作情况下,逐步增大输入信号的幅度,并同时调节 RW(改变 静态工作点) ,用示波器观察 uO,当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图 3 -5)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(有效值) ,则动 态范围等于 2 2U 0 。或用示波器直接读出 UOPP 来。

            图 3-5 静态工作点正常,输入信号太大引起的失真

            三、实验设备与器件 1、+12V 直流电源 3、双踪示波器 5、万用表 四、实验内容 实验电路如图 3-1 所示。各电子仪器可按实验一中图 1-1 所示方式连接, 为防止干扰,各仪器的公共端必须连在一起,同时信号源、交流毫伏表和示波器 的引线应采用专用电缆线或屏蔽线,如使用屏蔽线,则屏蔽线的外包金属网应接 在公共接地端上。 2、函数信号发生器 4、交流毫伏表 6、模电实验箱

            1、调试静态工作点 接通直流电源前,先将 RW 调至最大, 函数信号发生器输出旋钮旋至零。接 通+12V 电源、调节 RW,使 UcE=6.0V, 用直流电压表测量 UB、UE、UC。记入表 3 -1。 表 3-1 测 UB(V) UE(V) 量 值 UC(V) 计 算 值

            RB2 (KΩ) UBE(V) UCE(V) IC(mA)

            2、测量电压放大倍数 在放大器输入端加入频率为 1KHz 的正弦信号 uS,调节函数信号发生器的输 出旋钮使放大器输入电压 Ui ≈ 10mV,同时用示波器观察放大器输出电压 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 波器观察 uO 和 ui 的相位关系,记入表 3-2。 表 3-2 RC(KΩ) RL(KΩ) 2.4 2.4 2.4 0 ∞ 10K Ic=2.0mA Uo(V) AV U i= mV 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 RC=2.4KΩ,RL=∞,Ui 适量,调节 RW,用示波器监视输出电压波形,在 uO 不失真的条件下,测量数组 IC 和 UO 值,记入表 2-3。 表 3-3 IC(mA) UO(V) AV 测量 IC 时,要先将信号源输出旋钮旋至零(即使 Ui=0) 。 4、观察静态工作点对输出波形失真的影响 RC=2.4KΩ RL=∞ U i= 2.0 mV

            置 RC=2.4KΩ,RL=10KΩ, ui=0,调节 RW 使 IC=2.0mA,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 RW,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 3-4 中。每次测 IC 和 UCE 值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。 表 3-4 IC(mA) RC=2.4KΩ UCE(V) RL=∞ u0 波形 U i= mV 失真情况 管子工作状态

            2.0

            5、测量输入电阻和输出电阻 置 RC=2.4KΩ,RL=10KΩ,IC=2.0mA。输入 f=1KHz 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 3-6。 保持 US 不变,断开 RL,测量输出电压 Uo,记入表 3-6。 表 3-6 US (mv) Ic=2mA Ui (mv) Rc=2.4KΩ Ri(KΩ) 测量值 计算值 RL=10KΩ UL UO (V) (V) R0(KΩ) 测量值 计算值

            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(取一组数据进行比较) ,分析产生误差原因。 2、总结 RC,RL 及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻 的影响。 3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。


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