单管放大电路实验报告—王剑晓

王剑晓单管放大电路实验报告电03王剑晓2010010929王剑晓单管放大电路报告一、实验目的(1)掌握放大电路直流工作点的调整与测量方法；(2)掌握放大电路主要性能指标的测量方法；(3)了解直流工作点对放大电路动态特性的影响；(4)掌握发射极负反馈电阻对放大电路动态特性的影响；(5)掌握信号源内阻RS对放大电路频带（上下截止频率）的影响；二、实验电路与实验原理实验电路如课本P77所示。图中可变电阻RW是为调节晶体管静态工作点而设置的。（1）静态工作点的估算与调整；将图中基极偏置电路VCC、RB1、RB2用戴维南定理等效成电压源，得到直流通路，如下图1.2所示。其开路电压VBB和内阻RB分别为：VBB=RB2/(RB1+RB2)*VCC;RB=RB1//RB2;所以由输入特性可得：VBB=RBIBQ+UBEQ+(RE1+RE2)(1+Β)IBQ;即：IBQ=（VBB-UBEQ）/[Β(RE1+RE2)+RB];因此，由晶体管特性可知：ICQ=ΒIBQ；由输出回路知：VCC=RCICQ+UCEQ+(RE1+RE2)IEQ;整理得：UCEQ=VCC-(RE1+RE2+RC)ICQ；分析：当Rw变化（以下以增大为例）时，RB1增大，RB增大，IBQ减小；ICQ减小；UCEQ增大，但需要防止出现顶部失真；若Rw减小变化相反，需要考虑底部失真（截止失真）；（2）放大电路的电压增益、输入电阻和输出电阻做出电路的交流微变等效模型：则：电压增益Ai=UO/Ui=-ß（RC//RL）/rbe;输入电阻Ri=RB1//RB2//rbe；输出电阻RO=RC;其中rbe=rbb’+(1+ß)UT/IEQ,体现了直流工作点对动态特性的影响；分析：当RC、RL选定后，电压增益主要决定于rbe，受到IEQ，即直流工作点的影响。由上面对直流工作点的分析可知，Rw变化（以下以增大为例）时ICQ减小，那么rbe增大，电压增益Ai减小，输入电阻Ri增大，输出电阻RO基本不变，与直王剑晓流无关；如果将发射极旁路电容CE改为与RE2并联，RE1成为交流负反馈电阻，电路的动态参数分别变为电压增益Ai=UO/Ui=-ß（RC//RL）/[rbe+(1+ß)RE1];输入电阻Ri=RB1//RB2/[rbe+(1+ß)RE1]；输出电阻RO=RC;分析：此时电压增益Ai减小（RE1影响了放大倍数），此时如果有rbe(1+ß)RE1，则Ai=（RC//RL）/RE1，实现了稳定；输入电阻Ri增大（使得更多的输入信号被放大），输出电阻RO基本不变；Rw变化（以下以增大为例）时ICQ减小，那么rbe增大，电压增益Ai仍然减小，输入电阻Ri增大，输出电阻RO基本不变，与直流无关；（3）放大电路电压增益的幅频特性和频带放大电路一般含有电抗，使得电路对不同频率的信号具有不同的放大能力，即电压增益是频率的函数。电压增益的大小与频率的函数关系即是幅频特性。需要注意的是：测量放大电路的动态指标必须在波形不失真的条件下进行，因此输入信号不能太大，实验中一般使用示波器监视输出信号的波形。三、实验内容与扩展内容（1）工作点的调整；调节Rw，分别使ICQ=1mA和2mA，测量VCEQ的值；（2）工作点对放大电路的动态特性的影响；在ICQ=1mA和2mA时，测量电压放大倍数、幅频特性（只测上下截止频率）、输入电阻、输出电阻。其中输入正弦电压信号Vi的幅度为5mV，频率为1kHz。（3）射极负反馈电阻对动态特性的影响；（扩展内容）如果将发射极旁路电容CE改为与RE2并联，RE1成为交流负反馈电阻，在ICQ=1mA时，测量电压放大倍数、幅频特性（只测上下截止频率）、输入电阻、输出电阻，总结射极负反馈电阻对电路动态特性的影响；四、注意事项：（1）实验中要将直流电源、信号源、示波器等电子仪器和实验线路接地，以免引起干扰；（2）电路性能指标的测试要在输出电压波形不失真和没有明显干扰的情况下进行；五、仿真（仿真报告请见文档“仿真报告”）1）仿真电路图见《电子电路实验》p77图3.1“单管共发射极放大电路”。其中RS＝0，为实验室所用王剑晓信号发生器的内阻。与器件盒中的器件参数相匹配。2）Multisim7中的元件选择三极管选用实际元件，型号为MRF9011L，将模型参数中的β（即BF）改为212；其它元件都选用虚拟器件。2）仿真内容a.静态工作点在ICQ=1mA和2mA时，测量VCEQ的值，并记录RB1的值。RB1可选用Multisim中的“VirtualLinearPotentiometer”元件。b.动态特性仿真在ICQ=1mA和2mA时，测量电压放大倍数和幅频特性。其中输入正弦电压信号Vi的幅度为5mV，频率为1kHz。六、仿真心得：1）在仿真进行过程中，应保持RW的值不变；2）RW的量程要为100kΩ；3）新接入万用表后，对电流和电压是有影响的，也就是会产生误差；4）看清楚要对谁测量，提前做好测量准备，以免测量时出现遗漏或差错；（一）预习报告1、预习计算晶体管的主要参数为：B=260，VBE=0.7V，rbb’=10欧，fT=300MHz,Cb’c=1pF,计算实验地那路的主要性能指标，以备与实验测试结果进行分析比较。（1）首先计算直流状态下的ICQ、UCEQ以及此时的Rw：IBQ=(VBB-UBEQ)/(RB+(I+ß)(RE1+RE2))UCEQ=VCC-ICQ(RC+RE1+RE2)ICQ=1mA时，IBQ=ICQ/ß=1/260mA;带入，解得RB1=77.170kΩ;此时，UCEQ=7.495VICQ=2mA时，IBQ=ICQ/ß=2/260mA;带入，解得RB1=41.357kΩ;此时，UCEQ=2.991V（2）其次，计算各交流量：电压放大倍数AU、输入电阻Ri、输出电阻RO：1ICQ=1mA时,RB1=77.170KΩ；此时rbe=rbb’+UT/IBQ=0.010+26*0.26=6.86KΩ；王剑晓电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC//RL)/rbe=-75.94;输入电阻Ri=RB1//RB2//rbe=4.44kΩ;输出电阻RO=RC=3.3kΩ;2ICQ=2mA时,RB1=41.357KΩ；此时rbe=rbb’+UT/IBQ=0.01+26*0.26/2=3.39KΩ；电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC//RL)/rbe=-153.666;输入电阻Ri=RB1//RB2//rbe=2.59kΩ;输出电阻RO=RC=3.3kΩ;2、主要实验步骤a)实验数据表格（1）测量直流工作点ICQmARw/ΩUCEQ/V12（2）测量计算电压放大倍数ICQ/mARw/ΩUi/VUO/VAU12（3）测量计算输入电阻RiICQ/mAUo/V（断开R1）Uo’/V（接入R1）Ri=Uo’/(Uo-Uo’)/Ω12（4）测量计算输出电阻ROICQ/mA开路时UOC/V接通时UOC’/VRO/V12（5）测量频带ICQ/mAUoUo/√2上限fH/Hz下限fL/Hz12王剑晓(6)提高要求——有负反馈的情况（只测当ICQ=1.0mA的情况）ICQ/mAUCEQ/VUO/VUI/VAURO/ΩRI/ΩfH/HzfL/Hzb)主要实验步骤：（1）测量ß：（2）测量直流工作点：用万用表测量集电极对地电压使之为8.4V（ICQ=1mA时，UC=12V-3.6V=8.4V）和4.8V（ICQ=2mA时，UC=12V-3.6V*2=4.8V）；记录下此时的Rw；并测量UCEQ；（3）测量动态特性：电压放大倍数：将输入电压、输出电压分别加在示波器两输入端，调节Rw的值分别为上步骤中记录的值，测量Ui、UO的峰值，相比后得到AU；测量输入电阻Ri：在输入端串联R1=3.6kΩ，调节Rw的值分别为上步骤中记录的值，测量输出电压Uo、Uo’；由公式Ri=Uo’/(Uo-Uo’)即可计算Ri；测量输出电阻RO:在输出端串联R2=4.7kΩ，调节Rw的值分别为上步骤中记录的值，测量输出电压Uo、Uo’；由公式RO=（UOC/UOC’-1）*R2即可计算RO；测量频带：调节Rw的值分别为上步骤中记录的值，保持输入电压为近似5mV不变，分别向上、向下调节函数信号发生器的频率，测量输出电压的幅值使之为5mV*AU/√2，读取此时的频率，记录。（二）终结报告1、实验数据记录、处理及分析1）数据记录、处理（1）测量β值实验中利用学习机和示波器测得MRF9011L的输出特性曲线，测得β=∆ic∆iB=王剑晓212，小与理论值的260。（2）测量直流工作点ICQmARw/ΩUCEQ/V150.9k7.38222.1k2.88（3）测量计算电压放大倍数ICQ/mARw/ΩUi/VUO/VAU158.5k5.00m0.343168.62219.2k5.00m0.6532130.65（4）测量计算输入电阻RiICQ/mAUo/V（断开R1）Uo’/V（接入R1）Ri=Uo’/(Uo-Uo’)/Ω15.00m4.01m4.05k25.00m3.63m2.65k（5）测量计算输出电阻RO（实际输出端串联电阻为5.1kΩ）ICQ/mA开路时UOC/V接通时UOC’/VRO/V10.63800.4042.95k21.11220.7022.98k（6）测量频带ICQ/mAUo/VUo/√2/V上限fH/Hz下限fL/Hz10.4100.30001.8730M134.220.7080.50061.3560M224.4（7）提高要求——有负反馈的情况（只测当ICQ=1.0mA的情况）ICQ/mAUCEQ/VUO/VUI/VAURO/ΩRI/ΩfH/HzfL/Hz17.3845.40m5.00m-9.083.28k10.79k25.43.214M注：该提高要求是由王剑晓同学在课堂上完成，但由于当时未能完成全部的数据处理，因此未经任老师批准，只将部分处理好的数据以及原始数据交给助教老师过目。2）数据分析通过理论估算与仿真结果，我们来进行实验结果的对比分析。（1）理论计算根据测量结果，ß=212王剑晓首先计算直流状态下的ICQ、UCEQ以及此时的RwIBQ=(VBB-UBEQ)/(RB+(I+ß)(RE1+RE2))UCEQ=VCC-ICQ(RC+RE1+RE2)ICQ=1mA时，IBQ=ICQ/ß=1/212mA;带入解得RB1=79.74kΩ;此时，UCEQ=7.50V.ICQ=2mA时，IBQ=ICQ/ß=2/212mA;带入解得RB1=43.07kΩ;此时，UCEQ=3.00V.其次，计算各交流量：电压放大倍数AU、输入电阻Ri、输出电阻RO：ICQ=1mA时,RB1=79.74KΩ；此时rbe=rbb’+UT/IBQ=10+26*212=5.52KΩ；电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC//RL)/rbe=-76.95;输入电阻Ri=RB1//RB2//rbe=3.84kΩ;输出电阻RO=RC=3.3kΩ;ICQ=2mA时,RB1=43.07KΩ；此时rbe=rbb’+UT/IBQ=10+26*212/2=2.77KΩ；电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC//RL)/rbe=-153.34;输入电阻Ri=RB1//RB2//rbe=2.22kΩ;输出电阻RO=RC=3.3kΩ;提高要求：（ICQ=1mA）此时RB1=79.74KΩ，rbe=5.52KΩ；电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC//RL)/（（1+ß）*RE1+rbe）=-8.83输入电阻Ri=RB1//RB2//（rbe+（1+ß）*RE1）=10.00KΩ；输出电阻RO=RC=3.3kΩ;（2）理论值、仿真值、实验值的对比表格如下①ICQ=1mA时：Rw/kΩUCEQ/VAURi/kΩRO/kΩfL/HZfH/HZ理论值59.77.50-76.953.843.30\\仿真值55.07.53-71.884.543.09130.881.3M实验值58.57.38-68.624.052.95134.21.873M王剑晓②IC