单管放大器实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖南工业大学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖南工业大学,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖南工业大学,*,Click to edit Master title style,湖南工业大学,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖南工业大学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,晶体管共射极单管放大器,湖南工业大学,戴圣伟,电气学院,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,2,1,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,R,B1,和,R,B2,组成的分压电路，并在发射极中接有电阻,R,E,，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,U,i,后，在放大器的输出端便可得到一个与,U,i,相位相反，幅值被放大了的输出信号,U,0,，从而实现了电压放大。,图,2,1,共射极单管放大器实验电路,在图,2,1,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,U,CE,U,CC,I,C,（,R,C,R,E,）,电压放大倍数,输入电阻,R,i,R,B1,/R,B2,/r,be,输出电阻,R,O,R,C,3,湖南工业大学,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 算出,IC,（也可根据 ，由,UC,确定,IC,），,同时也能算出,U,BE,U,B,U,E,，,U,CE,U,C,U,E,。,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。,4,2),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,C,（或,U,CE,）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。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,u,O,的负半周将被削底，如图,2,2(a),所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即,u,O,的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图,2,2(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,u,i,，检查输出电压,u,O,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,2,2,静态工作点对,u,O,波形失真的影响,5,湖南工业大学,改变电路参数,U,CC,、,R,C,、,R,B,（,R,B1,、,R,B2,）都会引起静态工作点的变化，如图,2,3,所示。但通常多采用调节偏置电阻,R,B2,的方法来改变静态工作点，如减小,R,B2,，则可使静态工作点提高等。,图,2,3,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。,6,2,、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,u,i,，在输出电压,u,O,不,失真的情况下，用交流毫伏表测出,u,i,和,u,o,的有效值,U,i,和,U,O,，则,2),输入电阻,Ri,的测量,为了测量放大器的输入电阻，按图,2,4,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,U,S,和,U,i,，则根据输入电阻的定义可得,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,U,R,时,必须分别测出,U,S,和,U,i,，然后按,U,R,U,S,U,i,求出,U,R,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,R,i,为同一数量级为好，本实验可取,R,1,2K,。,3),输出电阻,R,0,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,R,L,的,输出电压,U,O,和接入负载后的输出电压,U,L,，,根据,即可求出,在测试中应注意，必须保持,R,L,接入前后输入信号的大小不变。,图,2,4,输入、输出电阻测量电路,4),最大不失真输出电压,U,OPP,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,R,W,（改变静态工作点），用示波器观察,u,O,，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图,2,5,）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,U,O,（有效值），则动态范围等于 。或用示波器直接读出,U,OPP,来。,图,2,5,静态工作点正常，输入信号太大引起的失真,9,5),放大器幅频特性的测量,放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数,A,U,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,2,6,所示，,A,um,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,0.707A,um,所对应的频率分别称为下限频率,f,L,和上限频率,f,H,，则通频带,f,BW,f,H,f,L,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,A,U,。为此，可采用前述测,A,U,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。,6),干扰和自激振荡的消除,参考实验附录,图,2,6,幅频特性曲线,3DG 9011(NPN)3CG 9012(PNP),9013(NPN),图,2,7,晶体三极管管脚排列,10,三、实验设备与器件,1,、,THM-3,型模拟电路实验箱,2,、双踪示波器,3,、交流毫伏表,4,、直流电压表,5,、直流毫安表,6,、万用电表,7,、单管,/,负反馈两级放大电路固定线路板,四、实验内容,将单管,/,负反馈两极放大器固定线路板插入,THM-3,实验箱四个绿色固定插孔中，按实验电路图,2,1,接线。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。,11,湖南工业大学,1,、调试静态工作点,接通直流电源前，先将单管,/,负反馈两级放大器,R,W1,电位器调至最大，接入电流表，并将,THM-3,实验箱上函数信号发生器输出旋钮旋至零（暂不接入信号源）。将实验箱直流稳压电源,12V,用锁紧线对应接入固定线路板,+12V,电源插孔中，调节,R,W1,，使,I,C,2.0mA,（即,U,E,2.0V,），用直流电压表测量,U,B,、,U,E,、,U,C,及用万用电表测量,R,B2,值。记入表,2,1,。,表,2-1 I,C,2mA,测 量 值,计 算 值,U,B,（,V,）,U,E,（,V,）,U,C,（,V,）,R,B2,（,K,）,U,BE,（,V,）,U,CE,（,V,）,I,C,（,mA,）,12,湖南工业大学,2,、测量电压放大倍数,调节,THM-3,实验箱上函数信号发生器，在放大器输入端加入频率为,1KHz,的正弦信号,u,S,，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压,U,i,10mV,，同时用示波器观察放大器输出电压,u,O,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,U,O,值，并用双踪示波器观察,u,O,和,u,i,的相位关系，记入表,2,2,。,表,2,2 Ic,2.0mA U,i,mV,R,C,（,K,）,R,L,(K),U,o,(V),A,V,观察记录一组,u,O,和,u,1,波形,2.4,1.2,2.4,2.4,13,3、测量最大不失真输出电压,置,R,C,2.4K,，,R,L,2.4K,，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,RW,，用示波器和交流毫伏表测量,U,OPP,及,U,O,值，记入表,2,5,。,表,2,5 R,C,2.4K R,L,2.4K,I,C,(mA),U,im,(mV),U,om,(V),U,OPP,(V),14,湖南工业大学,4、测量输入电阻和输出电阻,置,R,C,2.4K,，,R,L,2.4K,，,I,C,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,U,S,，,U,i,和,U,L,记入表,2-6,。,保持,U,S,不变，断开,R,L,，测量输出电压,Uo,，记入表,2-6,。,表,2-6,Ic,2mA Rc,2.4K R,L,2.4K,U,S,(mv),U,i,(mv),R,i,（,K,）,U,L,（,V,）,U,O,（,V,）,R,0,（,K,）,测量值,计算值,测量值,计算值,