晶体管共射极单管放大电路实验报告

1广州大学学生实验报告院（系）名称班别姓名专业名称学号实验课程名称模拟电路实验实验项目名称晶体管共射极单管放大电路实验时间实验地点实验成绩指导老师签名【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。【实验仪器与材料】1.EL-ELA-IV的模拟电路实验箱2.函数信号发生器3.双踪示波器4.交流毫伏表5.万用电表6.连接线若干【实验内容与原理】查阅资料可知实验箱中的三极管ß≈30-35,rbb,≈200Ω图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RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，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。在右图电路中，当流过基极偏置电阻的电流远大于晶体管的基极电流时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算:CCB2B1B1BURRRUUCE＝UCC－IC（RC＋RE）电压放大倍数:beLCVrRRβA//输入电阻:Ri＝RB1//RB2//rbe输出电阻：RO≈RC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CEBEBEIRUUI图12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EEECRUII算出IC（也可根据CCCCCRUUI，由UC确定IC），同时也能算出：UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。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。(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。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(a)所示；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(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)(b)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。但通常多采用调节偏置电阻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。32、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，单独只用用交流毫伏表或者示波器测出ui和uo的有效值Ui和UO，则i0VUUA(2)输入电阻Ri的测量为了测量放大器的输入电阻，按图3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，单独只用交流毫伏表或者示波器测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得RUUURUUIURiSiRiiii图4输入、输出电阻测量电路测量时应注意下列几点:①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UR＝US－Ui求出UR值。②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R＝1～2KΩ。(3)输出电阻R0的测量按图3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OLOLLURRRU即可求出LLOO1)RUU(R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4）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0U22。或用示波器直接读出UOPP来。4【实验步骤】1.调试静态工作点在实验箱上按电路图连接好电路，接通直流电源前，先将RW调至最大，不接入函数信号发生器。接通＋12V电源、调节RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。记录于表一中。2.测量电压放大倍数在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，在示波器的输出端接入交流毫伏表，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO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UO值，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，记录于表二中。3.测量放大电路输入电阻和输出电阻（1）置Rc=2.4kΩ，RL=2.4KΩ，Ic＝2.0mA。输入f=1kHz的正弦信号电压ui≈10mV，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，记录于表三中。（2）保持us不变，断开RL，测量输出电压uo，记录于表三中。【实验数据整理】表一IC＝2mA测量值计算值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（KΩ）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2.662.007.6668.00.675.202.00表二Ic＝2.0mAUi＝10mV序号RC（KΩ）RL(KΩ)Uo(V)AV观察记录一组uO和u1波形12.4∞0.20020.021.2∞0.11711.732.42.40.12312.3表三【实验结果与分析】一．表一测量结果中：UB-UE=2.66V-2.00V=0.66V=UBEUC-UE=7.76V-2.00V=5.76V=UCE实测的静态工作点与理论值基本一致，相差并不大，说明电路理论值与计算值接近，是较为理想的工作状态。实测UBE＝UB－UE＝0.66V，而理论为0.70V，产生误差的原因可能是UB、UE的值接近，这种接近的两个量相减的间接测量，则合成相对误差就比较大了,因电路实验模型老化等次数us／mVui／mVRi(kΩ)uo／mVuL／mVRo(kΩ)119.110.0测量值计算值196100测量值计算值217.69.60.9430.87519096.75.214.89320.510.4212104平均19.110.0199.3100.25各种原因、电路中各个原件参数与标注参数有偏差、导致计算理论值与实际测量值有一些误差、在可接受范围内可认为测量值有效。产生误差的原因主要有以下几点：(1)实验连线有一定的阻值导致误差存在；(2)静态工作点调试不准确，没调到正确的静态工作点。(3)温度影响实验器材的阻值；(4)信号不稳定，测量时信号过大导致静态工作点失真；(5)在测量时没有去掉输入信号，导致测量存在误差。二．查阅资料可知实验箱中的三极管ß≈30-35,rbb,≈200Ω表二中：取ß=33，rbe=rbb,+(1+ß)26mA∕IEQ=200Ω+(1+33)×26÷2Ω=642Ω对于测量电压放大倍数理论值中,但实验过程中无法直接得出；而在实际放大倍数中，序号1，2,3的电压放大倍数分别为为20.0,11.7,12.3倍。看出接入电路的负载对实际放大倍数有影响，与空载时的放大倍数相比，影响较大。晶体管共射极单管放大器中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:Rc越大，电压放大倍数越大、输入电阻不受影响、输出电阻越大。Ri越大，电压放大倍数越小、输入电阻越小、输出电阻不受影响。静态工作点中电流越大，电压放大倍数越大、输入电阻越小、输出电阻不受影响。但静态工作太大或太小容易导致三极管进入饱和或截止。三．表三中：计算输入电阻公式：beWBBIrRRRR//)//(21根据定义：输入电阻SiSiiiiRuuuIuR输出电阻LLORuuR）（103.1放大电路直流工作点主要参数包括BQI、CQI、CEQU，与电路元件参数CCV、CR、BR、ER及晶体管的均有关，在实际工作中一般通过上偏置电阻1BR来调节静态工作点。放大电路主要性能参数中，静态参数主要借助万用表直接或间接测量，动态参数则主要借助示波器测量。单管放大电路中直流工作点的设置会影响动态参数如电压增益、输入电阻、频带宽度等。发射极负反馈电阻会对放大电路的动态特性造成影响，如减小电压增益，展宽频带等，但会稳定静态工作点。四．讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。答：静态工作点要选择适合。若不适合的话，放大器输出波形会失真。放大器的功能就是在不失真的情况下放大信号，失真了得放大信号是没有意义的。具体来讲：(1)静态工作点在特性曲线的位置如果上升（变大），那么Q点会达到饱和区，会出现饱和失真，也就是正弦波信号上半部分会缺失；(2)静态工作点在特性曲线的位置如果下降（变小），那么Q点会达到截止区，会出现截止失真，也就是正弦波信号下半部分会缺失。6五．分析讨论在调试过程中出现的问题。我在调试中主要出现以下问题：(1)起初电源正负极接反了，导致表1、表2、表3出现奇怪数据，当时没发现。做实验时不管怎么调静态工作点，输出放大信号不会失真，此时检查电路才发现。此类错误由粗心所造，以后应避免。(2)负载电阻插座接触不良，可以对实验仪器进行改造，负载电阻RL可以采用夹住的方法连接方可减少避免接触不良问题。(3)实验引出的测量线生锈，可能对实验会造成较大的测量误差。(4)RB2没有调到合适阻值导致在调输入信号时候正弦波在最大不失真情况下没有达到上下同时失真。六．分析静态工作点对放大器性能的影响。答：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。的负半周将被削底；如工作点偏低则易产生截止，即u。的正半周被缩顶(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测试，即在放大器的输入端加入一定的ui，以检查输出电压u。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。七．怎样测量RB2阻值？答：测量在线电阻时，要确认被测电路没有并联支路并且被测电路所有电源已关断及所有电容已完全放电时，才可进行；因此本实验测量RB2时要将开关K断开。测量前先将开关转到电阻X1K档，然后把红、黑表笔短路，调整“0