单管放大电路实验123版

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,*,*,2024/11/19,1,二,、,单管电压放大电路,2.2,、,元器件,： 三极管,9013,1,、,电容,10uF,3,、 电位器,10K,1,、,电阻,100,2,、,2K,2,、,5.1K,1,、,10K,2,、,100K,1,。,1,、,实验目的,1.1,、掌握单管放大电路,静态,工作点,的,调整,与,测试,方法。,1.2,、掌握单管放大电路的电压,放大倍数,A,V,、,输出,电阻,r,o,和,输入,电阻,r,i,的,测试,方法。学习,测量,最大,不失真,输出电压,V,O,Max,。,1.3,、学习,检查,三极管和,排除,放大,电路故障,的方法,。,2,、,实验仪器及器件,2.1,、,仪器设备,：示波器、函数发生器、稳压电源、万用表,C9013,H 706,E B C,三极管极性,E,：发射极,B,：基极,E,：集电极,2024/11/19,2,图,-1,单管,共射极,放大电路,3,、,实验原理,3.1,、,单管放大电路,的,工作原理,三极管,本,是,电流,控制,电流源,器件,(,I,C,=,I,B,),，本实验采用,单管,共射极,放大,电路,如,图,-1,所示。通过合理设置,静态,工作点,，实现对,信号电压,的,放大,。,基,极电压通过电阻,R,B1,R,B2,分压获取，,基,极串联,R2,接,分压可,减少,分压电阻对输入电阻,测量,的,影响,。,输入,交流,信号,通过,C1,直接,输入,基极,。,输出,交流,信号,通过,C2,输出。,C,E,为旁路电容。,V,CC,R,B1,10K,R,C,2K,R,B2,10K,R,E,100,GND,R,2,100K,V,i,C,1,10,uF,C,E,10uF,电路,主要,动态,参数,：,电压,放大倍数,A,v,:,(,A,v,=,-,*,R,L,/,r,be,=,V,o,I,V,i,),输入电阻,r,i,（,r,i,=,r,be,/,R,B,）,输出电阻,r,o,（,r,o,=,R,C,）,。,C,2,10,uF,V,o,2024/11/19,3,1,）,放大电路的静态工作点,静态,工作点,是指在电路,输入,信号为,零,时，电路中各支路,电流,和,各节点,的,电压值,。通常,直流负载线,与,交流负载线,的交点,Q,所对应的参数,I,BQ,、,I,CQ,、,V,CEQ,是主要观测对象,，如图,-2,所示。,3.2,、,电路,的,调试,与,测量原理,图,- 2,静态工作点,示意图,2024/11/19,4,2,）,静态工作点,的,设置,原则,在有负载的情况下，输入信号的变化使工作点沿交流负载线变化，从图,- 4,中,V,CE,的变化规律可以看出：在不考虑三极管的饱和压降时，,V,CE,向减小方向的变化幅度为,V,CEQ,，向增大方向的变化幅度为,I,CQ,R,L,，要获得最大的,不失真输出,幅度，则,:,V,CEQ,=,I,CQ,R,L,。,由于,V,CEQ,和,I,CQ,满足直流负载线方程,V,CEQ,=,V,CC,-,I,CQ,*,R,C,代入上式得：,V,CEQ,=,V,CC,*,R,L,/,(,R,C,+,2,R,L,),上式表明：,3,）,静态工作点,的,测量,方法,：,用,万用表测量,直流电压；,用,示波器测量直流电压,方法：,A,校正示波器,零电压基准,，将输入端短路，调整垂,零电压线,；,B,将示波器探头接入被测电路，,采用直流,DC,耦合输入测量,；,C,读取测量电压：,a,、用,数字,示波器：直接,读出,直流电压值,；,b,、用,模拟,示波器：,直流,电压,=,垂直,灵敏度,垂直偏转,格数,。,当,R,L,=,R,C,时：,V,CEQ,=,V,CC,/,3,时,获,得,最大,不失真,输出,电压。,当,R,L,=,时：,V,CEQ,=,V,CC,/,2,时,获,得,最大,不失真,输出,电压。,2024/11/19,5,3.3,、,放大电路,动态参数,的,测量,原理,1,）放大电路电压,放大倍数,A,V,的,测量：,A,V,=,V,O,/,V,i,ri,R,S,R,L,r,o,Vs,V,O,V,O,V,i,2,）放大电路,输入,电阻,r,i,与,输出,电阻,r,o,的,测量原理,单管,放大电路,的动态参数,测量电路,如,图,- 3,，其中的,虚框,部分为单管,放大电路,动态参数,的,等效电路,。,单管放大电路,电阻的测量采用串联电阻,的,间接,测量,法,：串联合适（阻值与输入电阻同数量级）的固定电阻，测量分压比，计算电阻：,输入,电阻,r,i,=,R,S,*,V,i,/,(,V,s,-,V,i,),输出,电阻,r,o,=,R,L,*,(,V,O,-,V,OL,),/,V,OL,3,）测量,注意,事项：信号源、示波器的,输入,与,输出,要,共地,。,图,-3,单管,放大电路,的动态参数,测量电路,2024/11/19,6,VO,R1,10K,R2,100k,RE,100,RC,2k,RL,2k,C1,10u,C2,10u,C3,10u,VC,VE,VCC,VALUE=12,4,0,%,RV1,10K,VO,Q,9013,SW2,A,B,C,D,示波器,+88.8,AC Volts,+88.8,AC mV,SW1,*1,）,单管放大电路,实时仿真,图,龙,AM,FM,+,-,信号发生器,+88.8,AC mV,44%,RV2,10k,f=1KHz,Vipp=100mV,SW3,单管,放大电路,静态,工作点,的,测量,SW1,接地,1,，,测,量,V,E,、,V,B,、,V,C,。,电压放大倍数,的,测量,SW1,接,3,，短接,R,S,，,测量,V,O,、,V,i,A,V,=,V,O,/,V,i,。,输入电阻,的,测量,SW1,空接,2,，,测,量,V,S,、,V,i,r,i,=,Rs,*,V,i,/,(,V,S,-,V,i,),输出电阻,的,测量,SW2,接通，,测量,V,OL,r,O,=,R,L,*,(,Vo,-,V,OL,),/,V,oL,。,VB,断开,SW3,，则,电流,串联,负反馈电阻,为,R,E,F,。,3.4,、,单管放大电路,的,仿真调试,信号频率,信号幅值,信号波形,电压,时间,同步触发,2024/11/19,7,Q,2N222,VB1,VALUE=1,VC1,VALUE=10,I,C,Q(B),三极管传输特性,将变量,IC,添加至图表中,变量设置：,VB1,：,起点：,0.0,终点：,5.0,横步数,:100,VC1,：,起点：,0.0,终点：,5.0,纵线数：,10,*,2,）,三极管,传输特性,与,放大电路,直流分析,龙,Y,轴标尺设置：,-10.0mA,180.0mA,Q1,9013,RC,2k,R1,10k,R3,X,RE,100R,R5,100k,VCC,VALUE=12V,VE,VC,R2,10k-X,静态工作点调试,放大电路直流扫描,扫变量：,X,起始：,0,终止：,10,K,步数：,100,横轴：电位器阻值,.,纵轴：,V,E,.V,B,.V,C,电压值,.,VB,2024/11/19,8,Vo,VO,Vs,R1,10K,R2,100k,RE,100,RC,2k,RL,2k,C1,10u,C2,10u,C3,10u,1,2,3,4,J1,SIL-156-04,VB,V=0.97304,VC,V=6.217,VE,V=0.290,5,VCC,VALUE=12V,Vs,AMP=30m,FREQ=1k,4,0,%,RV1,10K,Vi,V=-2.04352e-13,VO,V=-7.42803e-06,RS,3K,电路电压放大倍数,A,V,=,V,O,/,V,i,SW2,输出电阻,r,O,r,O,=,R,L,*,(,V,O,-,V,OL,),/,V,OL,输入电阻,r,i,r,i,=,R,S,*,V,i,/,(,V,S,-,V,i,),电路,频率分析,幅频,相频,曲线,(CE=10uF),SW1,电路,交流扫描,幅频,相频,曲线,(CE=100uF),Vs,V=-2.01095e-12,*3,）,单管,放大,电路,动态参数,测量,龙,电路,模拟,分析,电压,波形,相位,图,Q,9013,横轴：频率,左纵轴：幅度,右纵轴：相位,横轴：时间,纵轴：电压,左轴,:mV,；,右轴,:V,2024/11/19,9,1,）,先,用万用表,二极管,测量档,检查,并,判断,所用,三极管,的,好,坏,；,2,）按,图,- 4,电路构成单管放大电路。调节电位器,R,w1,，观察电压,V,CE,的变化范围，测量,V,CE,的,最大值,和,最小值，,记录在表,-1,中。,3,）对,放大电路,输入,f,=,1KHz,、,Vipp,=,100mV,的,正弦信号,，用示波器观测输出波形变化，最后使,V,CE,保持在正常的,位置,并记录相关电压值与波形，将测量结果填如表,-1,。,4,、,实验内容,与,实验步骤,4.1,、,静态工作点,的,调整,与,测量,表,-1,单管放大器,静态工作点,调试,测量表,V,CC,=,12V,V,CE,/V,V,B,/V,V,C,/V,Ic,/,mA,V,ipp,/,mv,输出,电路状态,V,opp,/,V,波形,(6),7.3,(1.5),1.0,100,正常范围,10,100,截止,失真,0.7,100,饱和,失真,参见,操作示意,图,-,4,2024/11/19,10,VF,=,-,*,R,L,/,(,r,be,+,*,R,F,),r,i,=,r,be,+,*,R,F,图,-4,单管,放大电路,实验,操作,步骤,示意图,在电路接线,前,，先,检测三极管：,用,万用表,二极管,测量,档,检查,PN,结,!,R,S,3K,Vs,信号,V,i,输入,示波器,CH1,示波器,CH2,信号,Vs,输入,示波器,CH2,测量,三极管两个,PN,结,正向电压应为,几百毫伏,(0.5-0.8V,为硅管,),。,确定,基极：,两次测量为几百毫伏时,接,同一表笔,的,管脚,是,基极,(,B,),。,确定,三极管的,结构,类型,：,红表笔,接,基极,的,管子,是,NPN,型,的,;,黑表笔,接,基极,的管子则是,PNP,型的。,判断,发射极,E,极,与集电极,C,极：,比较,2,个正向几百毫伏读数，,电压,稍小,的,PN,结,是,集电结,，对应的,集电极,C,。,V,i,V,OL,R,B2,10k,R,E,100,Vcc+12V,R,C,2k,C1,10u,C2,10u,C,E,47u,R,L,2k,R,B1,10,k,Q9013,V,B,V,E,V,C,V,O,GND,R,2,100K,1,、静态测量,V,B,=,？,V,C,=,？,V,CE,=,？,I,C,=,？,2,、电压放大倍数的测量,3,、输出电阻测量,4,、输入电阻测量,5,、,断开,射极,电容,C,E,，,重复,动态参数,测量,。,2024/11/19,11,4.2,、,测量,单管放大器,的,放大倍数,Au,：,从信号源输入,f,=,1khz,、,Vipp,=,100mV,正弦波，,(,万用表测量交流电压,有效值,U,34mV,),。,示波器,CH1,端测输入,V,i,；,CH2,端测输出,V,O,。,放大器,电压放大倍数,依据,测量值,计算：,A,V,=,V,O,/,V,i,。,观测输入,/,输出信号,Vi,/,Vo,波形,图。记录在表,-2,中。,4.3,、测量,输出电阻,r,o,：,分别,断开,与,接入,R,L,，,测量,输出,电压,V,O,与,V,o,L,。,计算输出电阻,r,o,=,R,L,*,(,V,O,-,V,O,L,),/,Vo,L,，,记录在表,-2,中。,4.4,、测量,输入电阻,r,i,:,将,输入信号,V,S,串联,电阻,R,S,以后，,再接入放大器,输入端，,分别测量,V,S,和,V,i,。,计算输入电阻,r,i,=,Rs,*,V,i,/,(,V,S,-,V,i,),。记录在表,-2,中。,4.5,、将实验中的,测量条件,、直接,测量,的,原始数据,、实验,计算公式,及,实验结果,，,分别记录在实验数据表,-2,中。,2024/11/19,12,表,-2,单管,放大电路,动态参数,测量表,测试条件,测量电压,(,V,),V,O,/,V,i,波形,A,V,r,i,r,o,R,S,=,2K,V,S,V,i,V,O,=,V,O,/,V,i,=,Rs,*,Vi,/(,Vs,Vi,),=,RL,*(,Vo,/,Vo,L,),1,C,E,开路,R,L,开路,R,L,=,2K,C,E,=,10uF,R,L,开路,R,L,=,2K,分析说明：接入射极电容,C,E,对电压放大倍数,A,V,的影响，对,输入,/,输出,波形相位,的影响。,在以上放大电路的动态参数测量中，都是以,测量数据,为依据,计算,实验,结果,的。,根据电路原理，可用,半压法,测量,电路的相关,动态参数,：,R,S,可用电位器,R,W,，调节,R,W,使,V,i,=,V,S,/,2,，,测出,R,W,，则,r,i,=,R,W,。,同理，可用,半压法,测量,r,o,。,2024/11/19,13,1,）断开负载电阻,R,L,，按表,-3,测试条件，先设置,V,CC,=,12V,；,2,）增大输入信号，观察输出信号波形变化，当出现饱和失真或截止失真时，再次,调整,工作点,，使,饱和失真,和,截止失真,同时出现，,回调,输入信号,大,小,，在饱和失真和截止失真,将,出现,之,前,的,输出电压,为,最大,不失真,输出电压,V,O,Max,。参见表,-1,。,3,）再将电源电压下调至,V,CC,=,9V,，再次测量放大电路,最大不失真,输出,电压,幅度。记录在表,- 3,中。,表,-3,最大,不失真,输出电压,测量表,测试条件,信号源,V,S,输入电压,V,i,输出电压,V,OMax,输入电阻,r,i,电压放大,倍数,A,V,V,CC,=,12V,V,CC,=,9V,分析说明：电源电压,V,CC,与,最大,不失真,输出,电压,V,OMax,的关系；,工作电压,V,CC,对输入电阻,r,i,及电压放大倍数,A,V,的影响。,4.6,、,最大,不失真,输出电压,V,O,Max,的,测量,2024/11/19,14,图,- 5,单管,放大电路,安装,参考图,+12V,GND,V,S,V,I,V,O,2024/11/19,15,6.1,、,静态工作点对输入电阻和放大倍数有影响吗？说明理由。,6.2,、单管,放大电路的,最大,不失真,输出电压,幅度和电路的,电源电压,V,CC,有关吗？,6.3,、,电路参数保持不变，提高,电源电压,V,CC,，放大电路的电压,放大倍数,A,v,将如何变化？,5.1,、,在无射极旁路电容,C,E,的条件下，测量发射极电阻为,50,、,100,时的放大电路特性参数，研究射极电阻对,A,v,、,r,i,、,r,o,的影响。,5.2,、,在有射极旁路电容,C,E,的条件下，测量,V,CEQ,等于,4,伏,、,6,伏、,9,伏,时的放大电路特性参数，研究,静态,工作点,对,A,v,、,r,i,、,r,o,的影响。,6,、,思考题,5,、,扩展,实验,内容,2024/11/19,16,7.1,、,负反馈,对,放大电路,的,影响,电路工作,原理,1,）,负反馈,放大电路的,电压放大倍数,将,下降,：,2,）,负反馈,放大电路增益的,稳定性,将,提高,；,4,）,负反馈,将,改变,放大电路,输入阻抗,与,输出电抗：,3,）,负反馈,放大电路的,通频带,将,拓宽,；,一般,并联,负反馈,能,降低,输入,阻抗,；,串联,负反馈,能,提高,输入,阻抗,；,电压,负反馈,使,输出,阻抗,降低 ,；,电流,负反馈,使,输出,阻抗,升高 ,。,7,、,扩展,实验,原理,与,实验,内容,补充,2024/11/19,17,7.2,、,负反馈放大电路,的,构成,V,i,VoL,R,B2,10k,R,E,100,Vcc+12v,R,C,2k,C1,10u,C2,10u,C,E,47u,R,L,2k,R,B1,10,k,Q9013,B,E,C,Vo,GND,R,2,100K,R,F,电路,的,电压放大倍数,为,：,VF,=,-,*,R,L,/,(,r,be,+,*,R,F,),将,图,-2,放大电路中的射极,串联,反馈,电阻,R,F,或者,断开旁路电容,，构成,电流,串联,负反馈,放大,电路，如图,-6,。,反馈系数,F,=,V,F,/,V,O,-,R,F,/,R,L,同理电路的,输入阻抗,r,i,为：,r,i,=,r,be,+,*,R,F,电路仿真与实测结果均能证明：,图,- 6,单管,负反馈,放大,电路,2024/11/19,18,*表,- 4,单管放大电路,通频带测量表,Vipp,=,100mV,Vo,V,O,1K,=,V,O,=,0.707,V,O,1K,=,C,E,10uF,100uF,f,1K,H,z,f,L,=,f,H,=,f,L,=,f,H,=,B,B=,f,H,-,f,L,=,B=,f,H,-,f,L,=,幅频曲线,3,）在单管放大电路中,改,取,电容,C,E,=,100uF,，再次,测量、记录,上限,下限,频率,f,H,与,f,L,，,计算,放大电路的,通频带,B,。,f,f,H,f,H,f,L,f,L,V,O1K,V,O,=,0.7,V,o,1K,f,增大,发射极旁路,电容,，则,下限频率,f,L,向下,拓,展！,V,O,7.3,、单管放大电路,通频带,的,测量,负反馈,放大电路的,通频带,将得到,拓展。,1,）在单管,电压放大电路,中，取,C,E,=,10uF,、输入,f,=,1kHz,，输入电压,Vipp,=,100mV,信号，测出输出电压,V,O,1K,。,2,）,保持输入电压,Vi,大小,不变,，分别,提高,(,或,降低,),频率,f,，使,V,o,=,0.7,V,O,1,K,，测量,对应,放大器,上限频率,f,H,(,或,下限频率,f,L,),。,