实验实训三 低频信号电压放大器文档格式.docx
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9、晶体三极管3DG6×
1(β=50~100)或9011×
1(管脚排列如图3.3.9所示)。
三、预习要求
1、复习《电子技术基础》相关内容,弄懂放大器静态工作点的调整方法、放大倍数的计算方法,以及失真问题。
2、复习示波器、低频信号发生器使用说明。
3、按图3.3.1所给数值估算其静态工作点(预习时测量所用晶体管的)。
4、掌握放大器的实验原理、步骤、仪器的连接及使用方法。
四、实验实训原理说明
设计放大器欲达到预期的指标,往往要经过计算、测量、调试等多次反复才能完成。
因此,掌握放大器的测量技术是很重要的。
放大器的一个基本任务是将输入信号进行不失真的放大。
这就要求晶体管放大器必须设置合适的静态工作点(否则就要出现截止失真或饱和失真)。
1、常用的偏置电路有分压式偏置和固定基流偏置,如图3.3.1和图3.3.2所示。
图3.3.1分压式稳定偏置放大器
图3.3.2固定基流偏置放大器
图中若忽略偏置电阻的分流影响,二者的源电压放大倍数是:
如果不考虑电源内阻的影响,则放大倍数是:
式中
由上分析可知,RL、RC、IC变化时,AV、AVS也随之变化。
2、图3.3.3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。
图3.3.3共射极单管放大器实验电路
在图3.3.3电路中,当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时(一般5~10倍),则它的静态工作点可用下式估算
UCE=UCC-IC(RC+RE)
电压放大倍数
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
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
算出IC。
(也可根据
,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3.3.4(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3.3.4(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3.3.4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3.3.5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3.3.5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。
2)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,用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO,则
②输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻,按图3.3.6电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一只电阻R,在放大器正常工作的情况下,用交流毫伏表测出US和Ui,则根据输入电阻的定义可得
图3.3.6输入、输出电阻测量电路
测量时应注意下列几点:
a.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。
b.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3.3.6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
即可求出
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3.3.7)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
。
或用示波器直接读出UOPP来。
图3.3.7静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
⑤放大器幅频特性的测量
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数AU与输入信号频率f之间的关系曲线。
单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图3.3.8所示,Aum为中频电压放大倍数,通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的
倍,即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH,则通频带fBW=fH-fL
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AU。
为此,可采用前述测AU的方法,每改变一个信号频率,测量其相应的电压放大倍数,测量时应注意取点要恰当,在低频段与高频段应多测几点,在中频段可以少测几点。
此外,在改变频率时,要保持输入信号的幅度不变,且输出波形不得失真。
⑥干扰和自激振荡的消除
参考实验附录
3DG9011(NPN)
3CG9012(PNP)
9013(NPN)
图3.3.8幅频特性曲线图3.3.9晶体三极管管脚排列
五、实验实训内容与步骤
1、按图3.3.1所给元件数值连接好电路,用万用表电阻挡来测量电路电源的进线端,看是否短路。
若有短路现象或电阻太小,则应查出故障,待排出故障后才能接通电源。
1)测量静态工作点
令RC=3KΩ,在无输入信号的情况下,调节上偏置可变电阻RP,使ICQ≈1mA然后用万用表分别测量VCEQ、VCQ、VBQ、EC和VEQ值。
记下Rb2、Rb1、Re阻值,并测出此时RP的阻值,记录在表3.3.1中。
表3.3.1
测量参数
EC(V)
ICQ(V)
VCEQ(V)
VCQ(V)
VBQ(V)
VEQ(V)
Rb1
(Ω)
Rb2
Rp
(Rp+Rb1)
Re
测量仪表
万用表
2)观察静态工作点变动对放大器输出波形的影响
①按图3.3.10电路连好测量仪器。
保持ICQ≈1mA、RC=3KΩ、RL=1.5KΩ,在放大器的输入端加入一个频率为lkHz的信号电压,同时用示波器观察放大器输出波形。
逐步增大输入信号幅度直到输出波形出现失真为止。
若出现上下波形失真、不对称,可调节RP使输出波形不失真。
继续加大输入信号幅度,直到再次出现不对称、失真为止。
于是再次调节RP,使失真消除,如此反复,达到最大不失真输出。
此时静态工作点已选择在动态特性曲线的中心点。
用毫伏表测量Vo,再用万用表测ICQ、VCEQ,从而用图解法在输出特性曲线上求出最大不失真输出的电压范围,与测量值比较。
图3.3.10观察波形和测量放大倍数的连接电路图
②调节RP,使ICQ≈2mA或IC≈0mA。
改变输入信号幅度,用示波器观测并绘下放大器输出波形的变化,分析失真的原因。
3)放大倍数的测量
①测量仪器与电路的连接仍如图3.3.10所示。
令图3.3.1电路中的RC=3kΩ、RL=1.5kΩ,调节RP,使IC=lmA,输入信号频率为1kHz、有效值为Vi=(10~20)mV。
在输出波形基本不失真情况下(以示波器监视),用毫伏表或示波器分别测出放大器输入电压Vi和输出电压Vo,求出AV。
②保持输入信号幅度不变,分别改变输入信号频率和电路参数,测量不同情况下的放大倍数。
具体参数变化量按表3.3.2要求进行。
表3.3.2
序号
测量条件
实验值
计算值
误差
输入信号频率(Hz)
RC
RL
ICQ
Vi(V)
Vo(V)
AV=Vo/Vi
AV=
-
R'
L/rbe
Rbe
1
1k
3k
1.5k
<
70
2
1000k
3
100k
.5k
4
1k
5
6.2k
70
6
③测量信号源内阻RS对放大倍数的影响。
图3.3.11测量AVS连接电路
令图3.3.1中RC=3kΩ、RL=1.5kΩ、IC=lmA,保持原输
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