模电实验BJT单管共射电压放大电路Word格式.docx
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3、进一步熟练常用电子仪器的使用。
二、实验原理
图1-1为射极偏置单管放大电路。
它由Rbl
和Rb2
组成分压电路,并在发射极中接有电阻Re,以稳定放大器的静态工作点。
当在放大电路的输入端加入输入信号Vi后,在放大电路的输出端便可得到一个与vi相位相反,幅值被放大了的输出信号vo,从而实现电压放大。
在设计和制作放大电路前,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。
实践表明,新安装的电路板,往往难于达到预期的效果。
这是因为在设计时,不可能周全地考虑到电子器件性能的分散性及元件值的误差、寄生参数等各种复杂的客观因素的影响等,此外,电路板安装中仍有可能存在没有被查出来的错误。
通过电路板的调整和测试,可发现利纠正设计方案的不足,并查出电路安装中的错误,然后采取措施加以纠正和改进,才能使之达到预定的技术要求。
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。
放大电路的测前和调试一般包括:
放大电路静态工作点的测量与调试,消除干扰与自激振荡及放大电路各项动态参数的测量与调试等。
放大电路的测量与调试
1.通电观察
对于新安装好的线路板,在确认安装正确无误后,才可把经过准确测量的电源电压接人路,电源接入电路之后,也不应急于测量数据,而应先观察有无异常现象,这包括电源输出是否正常(有无短路现象)、电路中有无冒烟、有无异常气味以及元器件是否发烫等。
如出现异常现象,则应立即切断电源,检查电路,排除故障,待故障排除后方可重新接通电源,然后再进行测试。
在今后的每个实验中,对于新安装的线路板,都必须遵循这一操作程序。
2.静态测试
(1)静态工作点的测量
测量放大电路的静态工作点,应在输入信号V=0
的情况下进行,即将放大电路输入端与地端短接,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VB、VC和VE。
一般实验中,为了避免断开集电极,所以采用测量电压VE或Vc,然后算出Ie的方法,例如,只要测出Ve,即可用算出Ic
(也可根据由VC确定Ie),
同时也能算出。
在实验过程中,要不断将测量值与理论估算值相比较。
若偏差不大,则可调整电路有关电阻,使电位值达到所需要的值;
若偏差太大或不正常,则应检查电路有没有故障,测量有没有错误,以及读数是否看错等。
(2)静态工作点的调试
放大电路静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic(或VCE)的调整与测试。
静态工作点是否合适,对放大电路的性能和输出波形都有很大影响。
如工作点偏高,放大电路在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时V0的负半周将被削底,如图1-2(a)所示;
如工作点偏低则易产生截止失真,即VO的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显),如图1一2(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,即在放大电路的输入端加入一定的输入交流信号电压Vi,检查输出电压VO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。
需要指出,上面所说的静态工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的,而是相对于信号的幅度来说的,如果输入信号幅度很小,即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。
只有在所设置的静态工作点不能满足信号幅度要求时才会出现失真。
显然,如果要求信号不失真输出幅度最大,静态工作点应该选在交流负载线的中点。
如果静态工作点已处于交流负载线的中点,而波形两头又出现失真,则表明在此时的电路条件已不能满足幅值要求,需要加大电源电压VCC并适当调整静态工作点才能解决。
3.动态指标测试
放大电路的动态调试应在静态调试已完成的基础上进行。
动态调试的目的是为了使放大电路增益、输出电压动态范围(最大不失真输出电压)、波形失真、输入、输出电阻、通频带等性能达到要求。
测试过程中,不能凭感觉和印象,要始终借助仪器仔细观察,要边测量,边记录,边分析,边解决问题。
(1)电压增益AV的测量
放大电路被调整到到合适的静态工作点后,加入输入交流信号电压vi,在输出电压v0不失真的情况下,用交流毫伏表测出vi和v。
的有效值Vi和Vo,则。
(2)输入电阻Ri的测量
用伏安法测量输入电阻,为了测得放大电路的输入电流,按图1-4电路在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一测量辅助电阻R,在放大电路正常工作的情况下,用交流毫伏表测出vs和vi,则根据输入电阻的定义可得
测量时应注意下列两点:
①由于电阻R两端没有电路公共接地点,而交流毫伏表是测量节点交流电压的,所以测量R两端电压VR时必须分别测出VS和Vi,然后按VR=Vs-Vi,求出VR值。
②R叫做测量辅助电阻,它的数值应选择适当,不宜太大或太小。
R太大,将使Vi的数值很小,容易受到干扰,从而加大Ri的测量误差;
R太小则Vs与Vi读数又十分接近,导致(Vs-Vi)的误差增大,故也使Ri测量误差加大。
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RO的测量
在放大电路正常工作条件下,测出输出端不接负载RL的输出电压V和接入负载后的输出电压Vo,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。
为此在放大电路正常工作情况下,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Vo,当输出波形同时出现削底和缩项现象时,说明静态工作点已调在交流负载线的中点,如图1-5所示。
然后反复调整输入信号,使波形输出幅度最大,无明显失真时,用交流毫伏表测出Vo
(有效值),则动态范围等于或用示波器直接读出来。
图1/5
(5)放大电路幅频特性的测量
放大电路的幅频特性是指放大电路的电压增益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特性曲线如图1-6所示,Avm为中频电压增益,通常规定电压增益随频率变化下降到中频电压增益的倍,即0.707Avm所对应的频率分别称为下线频率和上限频率,则通频带
放大电路的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压增益Au。
为此,可以采用前述测量Au的方法,每改变一个信号频率,测量其相对应的电压增益,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,且输出波形不能失真。
三、实验设备与器件
1.+12V直流稳压电源
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.频率计
7.晶体三极管3DG6*1(β=50~100)或9011*1,电阻器,电容器若干
四、实验内容
实验电路如图一所示。
为防止干扰,各电子仪器的公共端必须接在一起,同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线,如使用屏蔽线,则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。
1.调试静态工作点
接通直流电源前,先将Rw调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至0。
接通+12V电源,调节Rw,使Ic=2.0mA(UE=2.0V),测试获得以下数值:
Ic=2.0mA
测量值
理论计算值
UB/V
UE/V
UC/V
RB1/kΩ
UBE/V
UCE/V
IC/mA
2.625
2.001
7.435
60.361
0.625
6
2
表1-1
理论计算值通过获得其直流通路所得:
2.测量电压放大倍数
在放大电路输入端加入频率为1000Hz的正弦信号Us,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大电路的输出电压Ui≈5mV,同时用示波器观察放大电路输出电压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:
Ic=2.0mAUi=5.003mV
Rc/kΩ
RL/kΩ
Uo/V
Ui/V
∞
0.676
135.12
1
0.348
69.56
0.335
66.96
表1-2
Ui-tUo-t
3.观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置Rc=2kΩ,RL=∞(即将输出端短路),Ui适量,调节Rw,用示波器监视输出电压波形,在Uo不失真的条件下测量数组Ic和Uo值:
Rc=2kΩRL=∞Ui=4.865mV
Ic/mA
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
0.587
0.633
0.677
0.718
0.755
Au
121
130
139
148
155
表1-3
测量Ic时,要先将信号源输出调节至0(Ui=0)。
4.观察静态工作点对输出波形失真的影响
置Rc=2kΩ,RL=2kΩ,Ui=0,调节Rw使Ic=2.0mA,测出UCE的值(4.185V),再逐步加大输入信号,使输出电压Uo足够大但不失真。
然后保持输入信号不变,分别增大和减小Rw,使波形出现失真,绘出Uo的波形,并测出失真情况下的Ic和UCE值:
每次测Ic和UCE值时都要将信号源的输出旋钮至0。
Rc=2kΩRL=2kΩUi=5.050mV
Uo波形
失真情况
管子工作状态
1.1
0.466
截止失真
截止区
0.673
未失真
工作区
3.4
0.830
饱和失真
饱和区
五、实验总结
1、列表整理测量结果,并把实测的静态工作点、电压增益、输入电阻、输出电阳之值与理论计算值比较(取一组数据进行比较),分析产生误差原因。
2、总结ReR.及静态工作点对放大器电压增益、输入电阻、输出电阻的影响。
由表1-2可知Rc越大,Au越大;
RL的变化几乎对Au无影响。
而对于静态工作点,Ic在一定范围内越大,Au越大。
而由于Rc、RL为输出量,所以它们的变化与输入电阻无关,与输出电阻同步变化()。
六、预习要求
1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标
假设:
3DG6的B=100,Rb2=20KQ,Rb1=60KQ,R=2KQ,R=2K2S
估算放大电路的静态工作点,电压增益Av,输入电阻R;
和输出电阻Ro。
工作状态时则可得,满足假设。
此外,,Ri=15kΩ,Ro=2kΩ。
2、阅读实验附录中有关示波器的使用、品体管特性图示仪简介以及放大电路干扰和自激振荡消除的内容。
3、能否用直流电压表直接测量品体管的Vbe?
为什么实验中要采用测Vb、Ve,再间接算出Ve的方法?
在静态工作点测量时,可考虑这种方法,但会导致较大的误差,因为的值太小,一次电压表的接入会导致明显分流,测的方法可以减小上述误差。
4、怎样则量Rb1阻值?
可在断开外电源的情况下使用欧姆表接在Rw两端接口直接测量。
5、当调节偏置电阻Rb1,使放大电路输出波形出现饱和或截止失真时,晶体管的管压降Vce怎样变化?
饱和失真时,发射结已反向接通。
6、改变静态工作点对放大电路的输入
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- 实验 BJT 单管共 射电 放大 电路
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