低频电子线路硬件实验报告晶体管共射极放大器

大学实验报告学生姓名： 学 号： 专业班级： 实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期： 实验成绩： 实验三 晶体管共射极放大器 设计、测试一、实验目的1. 学会晶体管放大器的调整方法。2. 分析静态工作点对放大器性能的影响。3. 掌握放大器电压放大倍数。4. 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1. 共射极单管放大器电路图1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。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 1 共射极单管放大器实验电路2. 共射极单管放大器相关计算在图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510倍），则它的静态工作点可用下式估算：UCEUCCIC（RCRE）电压放大倍数：输入电阻 RiRB1 / RB2 / rbe输出电阻 RORC3. 放大器的测量和调试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 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ui0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：算出IC（也可根据 由UC确定IC）。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。 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IC（或UCE）的调整与测试。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。饱和失真：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2 (a)所示；截止失真：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)饱和失真 (b)截止失真图 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所示。通常采用调节偏置电阻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 电路参数对静态工作点的影响上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，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。4. 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 (2) 输入电阻Ri的测量为了测量放大器的输入电阻，按图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 ：图 4 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 即可求出在测试中应注意，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。或用示波器直接读出U0PP。图 5 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真(5) 放大器幅频特性的测量放大器的幅频特性：指放大器的电压放大倍数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6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放大器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。图 6 幅频特性曲线三、实验设备与器件1、12V直流电源2、函数信号发生器3、双踪示波器4、交流毫伏表5、直流电压表6、直流毫安表7、频率计8、万用电表9、晶体三极管3DG61(50100)或90111（管脚排列如图7所示）电阻器、电容器若干3DG 9011 (NPN)3CG 9012 (PNP) 9013 (NPN) 图 7 晶体三极管管脚排列四、实验内容实验电路如图1所示（实验模块虚线左半部分如图14）。各电子仪器可按图8所示方式连接，为防止干扰，各仪器与放大器的公共端（地线）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。图 8实验电路与各电子仪器的连接Multisim仿真图：图 9 仿真电路图1. 调试静态工作点实验步骤： 被测电路为图14左半部分，按图8接好电路； 放大器输入端Us对地短路； 将RF1短路(如图14)； 接通电源Vcc（12V）； 调节RW，使IC2.0mA（即URC4.8V）； 用数字万用表测量UB、UE、UC电压值及RB2阻值。（测量RB2阻值时必须将开关断开）表1 Ic2.0mA测 量 值计 算 值UB（V）UE（V）UC（V）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2.7892.0847.120.7055.0362.0842. 测量电压放大倍数实验步骤： uS加入频率为1KHz的正弦信号； 调节函数信号发生器幅度使Ui10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，不能让波形失真； 用交流毫伏表测量UO值，用示波器观察uO和ui的相位关系。表2 Ic2.0mA Ui 10 mVRC（K）RL(K)Uo(V)Av观察记录一组u1和uO波形2.41.431432.42.40.6666仿真波形：图 10 输入输出相位关系3. 观察静态工作点对电压放大倍数的影响实验步骤： 置RC2.4K，RL，Ui约10mV； 调节RW，用示波器监视输出电压波形； 在uO不失真的条件下，测量三组IC（Uc）和UO值。注意：测量IC时，应将输入信号短路（即使Ui0）。表3 RC2.4K RL Ui10mVIC(mA)1.02.02.4UO(V)0.8851.421.45AV88.51421454. 观察静态工作点对输出波形失真的影响实验步骤： 置RC2.4K，RL2.4K，ui0； 调节RW使IC2.0mA，测出UCE值； 再逐步加大输入信号，使输出电压u0 最大但不失真； 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。注意：每次测IC和UCE值时将输入端对地短路，使信号电压置零(Ui=0)。表24 RC2.4K RL UimVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情况管子工作状态2.72.68饱和失真饱和区2.05.0不失真放大区0.8259.08截止失真截止区仿真波形：图 11 Ic=2.7mA的Uo（饱和失真）图 12 Ic=2.0mA的Uo（不失真）图 13 Ic=0.825mA的Uo（截止失真）5. 测量输入电阻和输出电阻实验步骤： 置RC2.4K，RL2.4K，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。 保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo； 连接RL，测量输出电压UL。表6 IC2mA Rc2.4K RL2.4KUS（mv)Ui（mv)Ri（K）UO（V）UL(V)R0（K）测量计算值理论计算值测量计算值理论计算值50102.52.2117150.862.382.46. 测量幅频特性曲线实验步骤： 取IC2.0mA，RC2.4K，RL2.4K； 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。注意：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。表7 Ui 10 mVF FL Fo FHF(Hz) 8 500 1KUo(mV)307 440 311Av=Uo/Ui 30.7 44.0 31.1Multisim仿真值：FFL fo FHF（Hz）40 1M 2MUO（mV）594 838 592AV=UO/Ui59.4 83.8 59.2图 14 实验电路模块五、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。以静态工作点的误差为例，放大器静态工作点的调试就是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。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。失真情况中，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，失真波形还比较好判断，但当工作点偏低产生截止失真时，uO的正半周被缩顶，失真波形就不如饱和失真那么明显，这也是产生误差最大的地方。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。RL越大，UL越大，RL断开即时的Uo就越大，相应的Av也就越大。3. 讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。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；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）。4. 分析讨论在调试过程中出现的问题。见实验心得。六、实验心得实验调试过程中最艰难的一部分就是静态工作点的调试，饱和失真比较好看出来，但截止失真的变形很难判断。在后面测量幅频特性曲线的过程中，发现测量值和仿真值相差甚远，Ui太小时示波器显示不出波形，大了又可能产生失真，另外累积工作点的误差，这些都可能是产生幅频特性误差的原因。另外，有的数据需要测交流，有的要测直流，电压表有的时候会用乱。而且测交流时，毫伏表和示波器的测量值有比较大的差距，所以总结出经验，测数据的仪器要统一，要么都用毫伏表，要么都用示波器。