模电实验

实验一单级交流放大电路一、实验目的为了方便示波器观察，本书内所写参考值均用峰值，此电路为共射放大电路1.熟悉电子元器件和模拟电路实验箱，2.掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响。3.学习测量放大电路Q点，AV，ri，ro的方法，了解共射极电路特性。4.学习放大电路的动态性能。二、实验仪器1.示波器2.信号发生器3.数字万用表三、预习要求1.三极管及单管放大电路工作原理。2.放大电路静态和动态测量方法。四、实验内容及步骤1.装接电路与简单测量图1.l基本放大电路如三极管为3DG6，放大倍数β一般是25—45；如为9013，一般在150以上(1)用万用表判断实验箱上三极管V的极性和好坏，电解电容C的极性和好坏。测三极管B、C和B、E极间正反向导通电压，可以判断好坏；测电解电容的好坏必须使用指针万用表，通过测正反向电阻。三极管导通电压UBE=0.7V、UBC=0.7V，反向导通电压无穷大。(2)按图1.1所示，连接电路(注意：接线前先测量+12V电源，关断电源后再连线)，将RP的阻值调到最大位置。2.静态测量与调整(1)接线完毕仔细检查，确定无误后接通电源。改变RP，记录IC分别为0.5mA、1mA、1.5mA时三极管V的β值（其值较低）。参考值：IC=0.5mA时，IB=25µA，β=20;IC=1mA时，IB=40.2µA，β=24.9;IC=1.5mA时，IB=54.5µA，β=27.5;注意：Ib和Ic的测量和计算方法①测Ib和Ic一般可用间接测量法，即通过测Vc和Vb，Rc和Rb计算出Ib和Ic(注意：图1.2中Ib为支路电流)。此法虽不直观，但操作较简单，建议初学者采用。②直接测量法，即将微安表和毫安表直接串联在基极和集电极中测量。此法直观，但操作不当容易损坏器件和仪表。不建议初学者采用。(2)按图1.2接线，调整RP使VE=2.2V，计算并填表1.1。图1.2工作点稳定的放大电路为稳定工作点，在电路中引入负反馈电阻Re，用于稳定静态工作点，即当环境温度变化时，保持静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。依靠于下列反馈关系：T↑—β↑—ICQ↑—UE↑—UBE↓—IBQ↓—ICQ↓，反过程也一样,其中Rb2的引入是为了稳定Ub。但此类工作电路的放大倍数由于引入负反馈而减小了，而输入电阻ri变大了，输出电阻ro不变。ebeLcuRrRRA)1()(，))1((21ebebbiRrRRr，coRr由以上公式可知，当β很大时，放大倍数uA约等于eLcRRR，不受β值变化的影响。表1.1实测实测计算VBE(V)VCE(V)Rb(KΩ)IB(μA)IC(mA)0.73.75544.641.233.动态研究(1)按图1.3所示电路接线。(2)将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为500mV，接至放大电路的A点，经过R1、R2衰减（100倍），Vi点得到5mV的小信号，观察Vi和VO端波形，并比较相位。图1.3所示电路中，R1、R2为分压衰减电路，除R1、R2以外的电路为放大电路。之所以采取这种结构，是由于一般信号源在输出信号小到几毫伏时，会不可避免的受到电源纹波影响出现失真，而大信号时电源纹波几乎无影响，所以采取大信号加R1、R2衰减形式。此外，观察输出波形时要调节Rb1，使输出波形最大且不失真时开始测量。输入输出波形两者反相，相差180度。(3)信号源频率不变，逐渐加大信号源幅度，观察VO不失真时的最大值并填表1.2。分析图1.3的交流等效电路模型，由下述几个公式进行计算：EbeImVr26)1(200，bececLVrrRRA，cceobebbiRrrrRRr,2合适状态时：UB=0.7，UE=0，UC=3.36，Rb=135.4kΩIB=56µA，IC=1.72mA，β=30.7，rbe=674Ω表1.2RL=∞实测实测计算估算Vi(mV)VO(V)AVAV51.28256231.5102.6260231.5123250231.5图1.3小信号放大电路(4)保持Vi=5mV不变，放大器接入负载RL，在改变RC数值情况下测量，并将计算结果填表1.3。当RC=2K时，IB=56.7µA，IC=1.90mA，β=33.5，rbe=667Ω当RC=5K1时，IB=56.6µA，IC=1.76mA，β=31.1，rbe=671.5Ω表1.3给定参数实测实测计算估算RCRLVi(mV)VO(V)AVAV2K5K150.448872.152K2K250.336652.65K15K150.7140118.15K12K250.438671.2(5)Vi=5mV，RC=5K1，不加RL时，如电位器RP调节范围不够，可改变Rb1(51K或150K)，增大和减小RP，观察VO波形变化，若失真观察不明显可增大Vi幅值（＞10mV），并重测，将测量结果填入表1.4。加Vi=10mV以上，调整RP到适合位置，可观察到截止失真（波形上半周平顶失真）表1.4RPVbVcVe输出波形情况最大0.2812.110完全截止，无输出合适0.713.3602.6V无失真波形最小0.7260.2210饱和失真（波形下半周切割失真）4.测放大电路输入，输出电阻。(1)输入电阻测量所谓输入电阻，指的是放大电路的输入电阻，不包括R1、R2部分。在输入端串接一个5K1电阻如图1.4，测量VS与Vi，即可计算ri。图1.4输入电阻测量(2)输出电阻测量(见图1.5）图1.5输出电阻测量在输出端接入可调电阻作为负载，选择合适的RL值使放大电路输出不失真(接示波器监视)，测量带负载时VL和空载时的VO，即可计算出rO。将上述测量及计算结果填入表1.5中。用ccceobebbiRRrrrRRr,2公式进行估算表1.5测算输入电阻（设：RS=5K1）测算输出电阻实测测算估算实测测算估算VS(mV)Vi(mV)ririVORL=∞VORL=5K1RO(KΩ)RO(KΩ)10011．5662.7Ω650.2Ω1.310.674.875.1RVVVrisiiLLooRVVr)1(附加实验：分压式偏置共射放大电路前文提到引入负反馈的放大电路有稳定静态工作点、放大倍数稳定的优点，但由于负反馈使得放大倍数变小，因而实际使用时在图1.2中Re两端并联一个大电容Ce，其对交流信号近似短路，从而形成直流负反馈、交流无反馈的共射放大电路。其保留了稳定静态工作点、放大倍数稳定的优点，而放大倍数近似于一般共射放大电路，唯一的缺点是大电容的出现将引入相位差，这是由于电容在交流信号下的电抗引起的。工作电路与图1.3基本相同，只是在三极管E极与地之间串联了一个由Re=1K8、Ce=10µF组成的并联电路。1、静态工作点：调整电位器Rp使VE=2.2V，测量并计算数值填入下表。VEVBVCRBIBICβrbe2.2V2.9V6.0V55.5KΩ45.3μA1.20mA26.5781Ω2、动态研究：(1)将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为500mV，接至放大电路的A点，经过R1、R2衰减（100倍），Vi点得到5mV的小信号，观察Vi和VO端波形，调整电位器使输出波形幅值最大，并比较相位。分析交流等效电路模型，由下述几个公式进行计算：EbeImVr26)1(200，)1)(1(eebececLVCjRrrRRA，ccceoibbieebeiRRrrrRRrCjRrr,),1)(1(/2/将相关数值代入计算可得：KjKjKri0/2989.0433.078.0)10*1*2181)(5.261(78.0为一个复向量，同样放大倍数AV也为复向量00/15185.1512989.0155.26KrRRAicLV因而在示波器上可以观察到输入输出波形之间的明显相位差，输出波形超前输入波形大约150度左右。VS(V)Vi(mV)VO(V)AV0.550.7051411101.381382.5253.4136（2）保持Vi=5mV不变，放大器接入负载RL，在改变RC数值情况下测量。当RC=2K时，IB=43.6µA，IC=1.21mA，β=27.75，rbe=777Ω当RC=5K1时，IB=45.1µA，IC=1.19mA，β=26.39，rbe=779Ω给定参数实测实测计算估算RCRLVi(mV)VO(V)AVAV2K5K150.20841.644.82K2K250.15130.232.665K15K150.367275.615K12K250.21843.645.57(3)Vi=5mV，RC=5K1，不加RL时，调节电位器RP，观察VO波形变化，若失真观察不明显可增大Vi幅值，并重测，将测量结果填入表。加Vi=10mV时，调整RP难以看到失真现象，最后加Vi=24mVRPVbVcVe输出波形情况过大1.2410.50.58截止失真（波形上半周平顶）合适2.76.5423.4V无失真波形最小3.075.52.38饱和失真（波形下半周切割）3、测放大电路输入、输出电阻，测量方法与前面所述相同，用以下公式进行估算。ccceoibbieebeiRRrrrRRrCjRrr,),1)(1(/2/测算输入电阻（设：RS=5K1）测算输出电阻实测测算估算实测测算估算VS(mV)Vi(mV)ririVORL=∞VORL=5K1RO(KΩ)RO(KΩ)10016971Ω847Ω10.514.95.1五、实验报告：1.注明你所完成的实验内容和思考题，简述相应的基本结论。2.选择你在实验中感受最深的一个实验内容，写出较详细的报告。要求你能够使一个懂得电子电路原理但没有看过本实验指导书的人可以看懂你的实验报告，并相信你实验中得出的基本结论。实验五直流差动放大电路一、实验目的l.熟悉差动放大电路工作原理。2.掌握差动放大电路的基本测试方法。二、实验仪器1.双踪示波器2.数字万用表3.信号源三、预习要求1.计算图5.1的静态工作点(设rbc=3K，β=100)及电压放大倍数。2.在图5.1基础上画出单端输入和共模输入的电路。差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路，由典型的工作点稳定电路演变而来。为进一步减小零点漂移问题而使用了对称晶体管电路，以牺牲一个晶体管放大倍数为代价获取了低温飘的效果。它还具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号，由于不存在电容，可以不失真的放大各类非正弦信号如方波、三角波等等。差分放大电路有四种接法：双端输入单端输出、双端输入双端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。由于差分电路分析一般基于理想化（不考虑元件参数不对称），因而很难作出完全分析。为了进一步抑制温飘，提高共模抑制比，实验所用电路使用V3组成的恒流源电路来代替一般电路中的Re,它的等效电阻极大，从而在低电压下实现了很高的温漂抑制和共模抑制比。为了达到参数对称，因而提供了RP1来进行调节，称之为调零电位器。实际分析时，如认为恒流源内阻无穷大，那么共模放大倍数AC=0。分析其双端输入双端输出差模交流等效电路，分析时认为参数完全对称：设2,,1///2121PbebebeRRRrrr，因此有公式如下：),2(2),)1((21/1LcBodbeBidRRiuRriu差模放大倍数cOddbeLcidoddRRAARrRRuuA2,22)1(221/同理分析双端输入单端输出有：cObeLcdRRRrRRA,)1(21/单端输入时：其dA、OR由输出端是单端或是双端决定，与输入端无关。其输出必须考虑共模放大倍数：2icidOuAuAU无论何种输入输出方式，输入电阻不变：))1((2//Rrrbei四、实验内容及步骤实验电路如图5.1所示图5.1差动放大原理图图5.1有错误，两个510欧的电阻R对实验没有意义，应去掉。1.测量静态工作点，(1)调零将输入端短路并接地，