厦门大学电子技术实验四单级放大电路

1实验报告实验名称：实验四单级放大电路系别：班号：实验组别：实验者姓名：学号：实验日期：实验报告完成日期：指导教师意见：2目录一、实验目的................................................................................3二、实验原理................................................................................3三、实验仪器................................................................................6四、实验内容及数据....................................................................61、搭接实验电路：................................................................62、静态工作点的测量和调试：...........................................73、基本放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测量...........................................................................................94、放大器上限、下限频率的测量....................................115、电流串联负反馈放大器参数测量................................12五、结果分析...........................................................................14六、实验总结...........................................................................15七、思考题.................................................................................153一、实验目的1.学会在面包板上搭接电路的方法2.学习放大电路的调试方法3.掌握放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带测量方法4.研究负反馈对放大器性能的影响；了解设计输出器的基本性能5.了解静态工作点对输出波形的影响和负载对放大倍数的影响二、实验原理（一）单级低频放大器的模型和性能1、单级低频放大器的模型：单级低频放大器能将频率从几十Hz～几百kHz的低频信号进行不失真地放大，是放大器中最基本的放大器，单级低频放大器根据性能不同可分为基本放大器和负反馈放大器。从放大器的输出端取出信号电压（或电流）经过反馈网络得到反馈信号电压（或电流），送回放大器的输入端称为反馈。若反馈信号的极性与原输入信号的极性相反，则为负反馈。根据输出端的取样信号（电压或电流）与送回输入端的连接方式（串联或并联）的不同，一般可分为四种反馈类型——电压串联反馈、电流串联反馈、电压并联反馈和电流并联反馈。负反馈是改变放大器及其他电子系统特性的一种重要手段。负反馈使放大器的净输入信号减小，因此放大器的增益下降；同时改善了放大器的其他性能：提高了增益稳定性，展宽了通频带，减小了非线性失真，以及改变了放大器的输入阻抗和输出阻抗。负反馈对输入阻抗和输出阻抗的影响跟反馈类型有关。由于串联负反馈是在基本放大器的输入回路中串接了一个反馈电压，因而提高了输入阻抗，而并联负反馈是在输入回路上并联了一个反馈电流，从而降低了输入阻抗。凡是电压负反馈都有保持输出电压稳定的趋势，与此恒压相关的是输出阻抗减小；凡是电流负反馈都有保持输出电流稳定的趋势，与此恒4流相关的是输出阻抗增大。2、单级电流串联负反馈放大器与基本放大器的性能比较：电路图2是分压式偏置的共射基本放大电路，它未引入交流负反馈。电路图3是在图2的基础上，去掉射极旁路电容Ce，这样就引入了电流串联负反馈。3、射极输出器的性能：射极输出器是单级电压串联负反馈电路，由于它的交流输出电压VQ全部反馈回输入端，故其电压增益：1)1()1(vfLbeLRrRA输入电阻：Rif=Rb//[rbe+（1+β）RL’]，式中RL’=Rc//RL输出电阻：Rof=Re//[(Rb//Rs)+rbe]/(1+β)射极输出器由于电压放大倍数Avf≈1，故它具有电压跟随特性，且输入电阻高，输出电阻低的特点，在多级放大电路中常作为隔离器，起阻抗变换作用。（二）放大器参数及其测量方法1、静态工作点的选择：放大器要不失真地放大信号，必须设置合适的静态工作点Q。为获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线中点，若选得太高就容易饱和失真，太低容易截止失真。若放大器对小信号放大，由于输出交流幅度很小，非线性失真不是主要问题，故Q点不一定要选在交流负载线中点，一般前置放大器的工作点都选的低一点，5降低功耗和噪声，并提高输入阻抗。采用简单偏置的放大电路，其静态工作点将随温度变化而变化，若采用电流负反馈分压式偏置电路，具有自动稳定工作点的能力，获得广泛应用。2、静态工作点测量与调试：根据定义，静态工作点是指放大器不输入信号且输入端短路（接电路COM）时，三极管的电压和电流参数。静态工作点只测量三极管三级对电路COM的直流电压（VBQ、VEQ、VCQ），通过换算得出静态工作点的参数。VBEQ=VBQ-VEQ；VCEQ=VCQ-VEQ；ICQ=VEQ/RE3、单极放大电路的电压放大倍数Av低频放大器的电压放大倍数是指在输出不失真的条件下，输出交流电压与输入交流电压的比值：beLiVrRVVA0式中：RL’=Rc//RL，)()(26)1(mAImvrrEQbbbe；4、放大倍数的测量放大倍数按定义式进行测量，即输出交流电压与输入交流电压的比值。通常采用示波器比较测量法（适用于非正弦电压）和交流电压表测量（适用于正弦电压）。5、输入阻抗的测量放大器输入阻抗为从输入端向放大器看进去的等效电阻，即：Ri=Vi/Ii；该电阻为动态电阻，不能用万用表测量。为避免测量输入电路中电流，改为测电压进行换算。RVVVIVRRVVRVIisiiiiisRi，则：6、输出阻抗测量放大器输出阻抗为从输出端向放大器看进去的等效电阻，即：Ro=Vo/Io；该电阻为动态电阻，不能用万用表测量。若输出回路不并接负载RL，则输出测量值为：Vo∞；若输出回路并接负载RL，则输出测量值为：VoL，则：6LOLLOLOLOOLRVVRVVVIVVR1/00007、放大器幅频特性放大器幅频特性是指放大器的电压放大倍数与频率的关系曲线。在中频段，电压放大倍数为最大值Av=Avm。在低频段和高频段，由于上述各种因素的影响不可忽略，使电压放大倍数下降。通常将电压放大倍数下降到中频段Avm的0.707倍时所对应的频率，称为放大器的上限频率fH和下限频率fL，fH与fL之差称为放大器的通频带，即Δf0.7=fH-fL。在保证输入Vi不变的情况下，改变输入信号频率（升高、下降），使输出Vo下降为中频时的0.707倍，则对应的频率即为fH、fL。三、实验仪器1、示波器1台2、函数信号发生器1台3、直流稳压电源1台4、数字万用表1台5、多功能电路试验箱1台6、交流毫伏表1台四、实验内容及数据1、搭接实验电路：按电路图10在实验箱搭接实验电路（或参照连接图11）。检查电路连接无误后，方可将+12V直流电源接入电路。7仿真：2、静态工作点的测量和调试：按静态工作点测试方法进行测量与调试，要求ICQ≈1.3mA，测量值填入表2。表2静态工作点测量静态工作点测量值VEQ（V）VBQ（V）VCQ（V）测量计算ICQ（mA）VBEQ（V）VCEQ（V）41/2数字表（DCV）1.31.92355.3171.30.62354.0178仿真：VBQ：VCQ:93、基本放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测量外加输入信号从放大器Vs端输入信号：频率f=2kHz的正弦信号，R=1k，使Vip-p=30mV。在空载情况下，用示波器同时观察输入和输出波形（Vi和Vo），若输出波形失真，应适当减小输入信号。表3电压放大倍数、输入电阻、输出电阻测量测量（41/2数字表ACV）计算Vs（mv）Vi（mv）VoVOLAVAVLRiRo13.3810.321.72811.0720167.5103.93.373kΩ3.121kΩ仿真：10测Vs测Vi11测Vo测VOL4、放大器上限、下限频率的测量保持输入信号Vp-p=30mV不变，当f=2kHz时，用示波器观察并测量输出电压VOL。当频率从2kHz向高端增大时，使输出电压下降到0.707VOL时，记下此时信号发生器的频率，即为上限频率fH；同理，当频率向低端减小时，使输出电压下降到0.707VOL时，记下此时信号发生器的频率，即为下限频率fL；测量过程应12保持Vi不变和波形不失真。表4放大器上、下限频率的测量fHfLB=fH-fL364kHz242Hz122kHz仿真电路：5、电流串联负反馈放大器参数测量将Ce去掉，R改为10k，使Vip-p=300mV，重复实验3步骤。表5负反馈放大器参数测量测量（41/2数字表ACV）计算Vs（mv）Vi（mv）Vo(V)VOL(V)AVAVLRiRo193.05106.700.52030.26184.8762.45412.357KΩ5.036KΩ测Vs13测Vi测Vo14测VOL五、结果分析1、实验中误差产生的原因：（1）可能是信号发生器产生的信号频率不稳定。（2）实验仪器本身存在的系统误差。（3）实验中所用的电阻阻值、电容大小等存在误差。15（4）受到桌面振动的影响等。2、处理实验数据所用的公式：（1）计算VBEQ,VCEQ,ICQ:VBEQ=VBQ-VEQ；VCEQ=VCQ-VEQ；ICQ=VEQ/RE（2）计算Ri所用的公式：RVVVIVRRVVRVIisiiiiisRi，则：（3）计算Ro所用公式：LOLLOLOLOOLRVVRVVVIVVR1/00003、通过对实验所得数据与用仿真软件实验所得数据进行比较，发现实验存在一定误差，但是在一定范围内可以接受。六、实验总结1、在进行实验时，一开始发现总是无法将VE调到1.3V，经过检查发现是将51kΩ的电阻和15kΩ的电阻接反了，实验时一定要细心，否则会浪费大量的时间和精力。2、而且输入信号不可无限制增大，当输入信号达到一定程度后输出信号会产生失真。3、三极管的静态工作点应符合VCQVBQVEQ。4、铝电解电容器接入电路时要注意区分正负极，靠近三极管的一侧均接正极。七、思考题1、如何根据静态工作点判别电路是否在放大状态?由测得的数据计算UCEQ，若UCEQ≈UE/2，电路处于放大状态，若UCE约等于UE，则处在截止状态，若UCE≤0.1（PNP锗管）或0.3（NPN硅管），则处在饱和状态。2、按实验电路10，若输入信号增大到100mV，输出电压=？是否满足Vo=Av*Vi，试说明原因。仿真电路：16输出电压为2.713V，并不满足Vo=Av*Vi，通过观察波形我们发现，此时波形已经发生了明显的截止失真。因为输入信号电压过大，导致静态工作点位置太低，晶体管进入截止区工作，输出电压的正半周被削平。这是由于晶体管的截止而引起的。