模电实验单级共射放大电路

单极共射放大电路一、实验目的（1）掌握用Multisim13仿真软件分析单极放大电路主要性能指标的方法。（2）熟悉掌握常用电子仪器的使用方法，熟悉基本电子元器件的作用。（3）学会并熟悉“先静态后动态”的电子线路的基本调试方法。（4）分析静态工作点对放大器性能的影响，学会调试放大器的静态工作点。（5）掌握放大器的放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。（5）测量放大电路的频率特性。二、实验原理1.基本电路电路在接通直流电源CCV而未加入输入信号时（通过隔直流电容1C将输入端接地），电路中产生的电流、电压为直流量，记为BEQV，CEQV，BQI，CQI，由它们确定了电路的一个工作点，称为静态工作的Q。三极管的静态工作点可用下式近似估算：)7.0~6.0(BEQVV硅管；（0.2~0.3）V锗管ecCQCCCEQRRIVVCCPBQVRRRRV212EBEQBQEQCQRVVIICQBQII2.静态工作点的选择放大器静态工作点的选择是指对三极管集电极电流CI（或CEV）的调整与测试。在晶体管低频放大电路中，静态工作点的选择及稳定具有举足轻重的作用，直接关系到放大电路能否正常可靠地工作。若工作点偏高（CI放大），则放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时输出信号ou的负半周将被削底；若工作点偏低，则易产生截止失真，即ou的正半周被削顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。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，即在放大电路的输入端加入一定的输入电压iu，并检查输出电压ou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。还应说明的是，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。若输入信号幅度很小，则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。若须满足较大信号幅度的要求，则静态工作点最好尽量靠近输出特性曲线上交流负载线的中点，如图Q点，使静态CEV大致等于电源电压的一半。这样可使交流信号输入时，工作点Q沿着交流负载线向上或向下移动较大范围，使得输出电压的动态范围大致在2CEQV范围内变化，从而获得较大的输出电压幅度，且波形上下对称。实际工作中往往通过调节基极偏置电阻的大小，观察输出波形的变化。当输入电阻逐渐放大时，若要输出波形正、负同时出现削波现象，即表明此时放大电路的静态工作点选择合适，此时放大电路动态范围最大。按照图连好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点具体的调节步骤如下：实验现象无失真出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现操作方法加大输入信号减小pR增大pR减小输入信号据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。直到输入信号略微增大，两种失真同时出现；输入信号略微减小，两种失真同时消失时，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点。去掉输入信号，测量BEQV，CEQV，BQI，CQI，就得到了该电路的最佳静态工作点。3.电压放大倍数的测量电压放大倍数是指输出电压oV和输入电压iV之比，其值与负载LR有关，是衡量放大电路放大能力的指标。ioVVVA4.输入电阻和输出电阻的测量（1）输入电阻。输入电阻是指从放大器输入端看进去的等效电阻，它表明放大器对信号源的影响程度。一般采用间接法进行测量。当被测电路的输入电阻不太高时（与毫伏级电压表内阻相比），采用如图的电路进行测量。在信号源与被测放大器的输入端之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下（保证输出电压不失真），用交流毫伏表测出sV和iV，根据输入电阻的定义可得：RVVVRVVIVRisiRiiii测量时应注意，电阻R值不宜取得过大，易引入干扰；但也不宜取得过小，否则测量误差较大。通常取与iR为同一数量级比较合适，本实验取R=1~2kΩ。（2）输出电阻。输出电阻是指从放大器输出端看进去信号源的等效电阻，用来描述信号输出方式和带负载的能力。输出电阻也用间接法测量，原理如图，根据戴维南定理，放大器的输出端可以等效为一个理想的电压源和输出电阻oR相串联。实验中可以通过测量放大器空载时的输出电压oV和加上已知负载后的输出电压LV，根据式子测试其输出电阻oR。oLoLLVRRRV由此可求输出电阻LLooRVVR1（LR为阻值已知的电阻，一般情况下为数千欧）。5.幅频特性的测量放大器放大的实际信号由不同的谐波组成，只有当放大器对不同频率信号的放大能力相同时，放大信号才能不失真。但实际上，放大器的交流放大电路含有耦合电容、旁路电容、分布电容和晶体管极间电容等电抗元件，使得放大倍数与信号的频率有关，此关系即为放大器的频率特性。放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数VA与输入信号频率if之间的关系曲线，如图。在一个较宽的频率范围内，曲线平坦，放大倍数不随频率而变，这一段频率范围称为中频段。在中频段以外，随着频率的减小或增大，放大倍数都将下降。当放大倍数降为中频段放大倍数的0.707时，相对应的低频频率和高频频率分别称为下限频率Lf和上限频率Hf。通频带BWf定义为LHBWfff三、实验内容及步骤（一）仿真分析1.静态工作点的调整（1）用示波器同时观察图所示电路的输入和输出波形。输入信号设为正弦波、频率kHzfi1、信号电压峰值mVvip100。（2）进行仿真分析。双击示波器XSC1图标，打开示波器面板，观察放大电路的输入、输出信号波形。（3）逐渐增大输入信号的幅度，使放大电路的输出信号略有失真（饱和失真或截止失真），调节电位器pR，消除失真。（4）重复步骤（3），直到略微增大输入信号幅值，输出信号同时出现饱和和截止失真；再略微减小输入信号的幅值，输出信号的失真现象同时消失。此时得到的输出信号电压，即为最大不失真输出电压。2.静态工作点测量用万用表测量。将万用表接入电路，单击仿真开关，进行电路分析。此时，万用表显示的数值即为放大电路的静态工作点。3.放大电路的动态指标测试（1）电压放大倍数测量。调整放大器到合适的静态工作点，在图示电路中，闭合开关1J，2J，调整输入电压mVvip100，频率kHzfi1。单击仿真开关进行仿真，打开示波器，观察输入、输出电压波形。在输出波形不失真的情况下，用万用表测出iv和ov的有效值iV和oV，根据式子计算电压放大倍数。（2）输入电阻测量。在图示电路中，断开开关1J，闭合开关2J，调整输入电压mVvip100，频率kHzfi1。单击仿真开关进行仿真，打开示波器，观察输入、输出电压波形。在输出波形不失真的情况下，用万用表测出电阻R两端电压sv，iv的有效值sV和iV，根据式子计算输入电阻iR。（3）输出电阻测量。在图示电路中，闭合开关1J，调整输入电压mVvip100，频率kHzfi1。单击仿真开关进行仿真，打开示波器，观察输入、输出电压波形。在输出波形不失真的情况下，用万用表测出开关2J打开和闭合两种情况下电压ov，Lv的有效值oV和LV，根据式子计算输出电阻oR。（4）放大电路的幅频特性测量。直接测量法。将波特图仪连接在电路中。双击波特图仪，设置其参数：垂直F=100MHz，I=1Hz，水平F=100dB，I=-100dB，单击仿真开关进行仿真。放大电路的幅频响应和相频响应分别如图。（二）实验室操作1.静态工作点的测量（1）按照实验原理图连接电路，布线要整齐、均匀、便于检查，经检查无误接通12V直流电源。（2）在放大电路的输入端加入1kHz、峰值为100mV的正弦波，将放大电路的输出端接示波器。调节电位器，使示波器所显示的输出波形最大不失真。关掉函数信号发生器电源，使输入电压0iv，用万用表分别测量三极管三个级对地的电压（BQV，CQV，EQV），CEQV和CQI。并将测量结果记录于表，与估算值进行比较。3.静态工作点对输出波形的影响将频率为1kHz的正弦波信号加到放大器的输入端、调节输入信号幅值，使输出波形不失真的正弦波。（1）将电位器pR的阻值调为最大，此时静态电流CQI下降，用示波器观察输出波形是否出现失真，并画下此时的波形。若失真不够明显，可适当增大输入信号幅值。（2）将电位器pR的阻值调为最小，此时静态电流CQI增大，观察输出波形的变化情况，画下此时的波形，并将相应结果记录于表。4.电压放大倍数测量（1）打开函数信号发生器电源，输入1kHz，峰值为100mV的正弦波信号。当输出开路（LR）时，测量输入输出电压iv输和ov的有效值iV和oV的大小，并根据式子计算电压放大倍数。（2）放大电路输出端接入kRL2的负载电阻，保持输入电压iv不变，测量输出电压ov，计算此时的电压放大倍数，并分析负载对放大电路电压放大倍数的影响。（3）用双踪示波器观察iv和ov的波形，比较两波形之间的相位关系。5.输入电阻和输出电阻测量（1)按照实验原理图连接电路，断开1J，用示波器分别测出电阻R两端电压sv，iv的有效值sV和iV，根据式子计算该放大电路输入电阻iR。（2)闭合1J，测量负载开路（2J断开）时的输出电压oV和接上2kΩ负载（2J闭合）时的输出电压LV，根据式子计算该放大电路的输出电阻oR。将步骤4和5的测试结果记录整理，填入表中，并对实验结果进行讨论。6.幅频特性的测量（1）打开函数信号发生器的电源，输入1kHz，峰值为100mV的正弦波信号，输出端接k2负载电阻LR，用示波器分别测量iV，oV的大小，计算电压放大倍数。（2）保持输入信号电压iV的幅度不变，分别增大和减小信号的频率，再测量放大器的输出电压oV。当输出电压降到中频值的21时，对应的频率即为放大器是上限截止频率Hf或下限截止频率Lf，计算BW。将上述测量结果记录整理后填入表中，并对实验结果进行讨论。四、实验设备（1）双路直流稳压电源一台。（2）函数信号发生器一台。（3）示波器一台。（4）毫伏表一台。（5）万用表一块。（6）三极管一个。（7）电容三个。（8）电阻六个。五、实验数据及结果分析1.静态工作点的调整和测量（1）仿真电路（2）实验得最大不失真，电位器位置为63%（3）撤掉信号发生器，用万用表进行测量静态工作点（仿真）VBQVCQVEQVCEQICQ1.509V10.508V827.5mV9.681V744.294uA2.静态工作点对输出波形的影响（1）Rp最大（2）Rp最小ICQVCEQ放大器输出波形波形失真类型Rp增大353.5uA10.9V正半周削顶截止失真Rp减小3.744mA48.561mV负半周削顶饱和失真3.电压放大倍数测量（1）Vi=70.7mVVo=978.2mVAu=13.8（2）Vi=70.7mVVo=489.8mVAu=6.9负载电阻太小，会使放大器输出电流过载，放大倍数出现衰减（3）相位相差T/2个周期4输入电阻与输出电阻测量（1）Vs=70.7mVVi=55.22mVRi=3.579kΩ（2）Vs=70.7mVVi=55.24mVRi=3.573kΩ仿真值参数ViVoAuRiRo负载开路70.7mV978.2mV13.83.579kΩ无穷RL=2kΩ70.7mV489.8mV6.93.573kΩ1.994kΩ5幅频特性测量仿真值参数fLfHRL=2kΩ13.307kHz18.822kHz