基本放大电路操作及仿真实验Word文件下载.docx
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2.调节电路静态工作点,观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形,并测试对应的静态工作点值。
3.调节电路静态工作点,要求输入信号峰值增大到10mV电路输出信号均不失真。
在此状态下测试:
①电路静态工作点值;
②三极管的输入、输出特性曲线和β、rbe、rce值;
③电路的输入电阻、输出电阻和电压增益;
④电路的频率响应曲线和fL、fH值。
(2)实验步骤
1.设计分压偏置的单管电压放大电路
2.测试饱和失真和截止失真
电路图如上图所示,当调整R1和R2的大小时,可以观测到饱和失真和截止失真。
1)观察饱和失真并测定参数
调节R1大小,使R1=24.9K,观察示波器,可得输出电压的波形如图1所示。
观察波形,发现输出电压波形出现了削底的现象,对于NPN管说明此时三极管出项了饱和失真。
图1三极管放大电路饱和失真时的输出电压波形
再通过对电路图进行直流分析,可得图2中的数据。
图2三极管放大电路饱和失真时的静态工作点值此时静态工作点为Ib=144.87uA、Ic=2.08mA、Vce=0.08V。
2)观察截止失真并测定参数
由于输入的信号过小,因此很难观察到截止失真的现象,因此将小信号的峰值调至20mV,将R2调至21K,观察示波器,可得输出电压的波形如图3所示。
观察波形,发现输出电压波形出现了削顶的现象,对于NPN管说明此时三极管出项了截止失真。
图3三极管放大电路截止失真时的输出电压波形
再通过对电路图进行直流分析,可得图4中的数据。
图4三极管放大电路饱和失真时的静态工作点值此时静态工作点为Ib=947.55nA、Ic=208.40uA、Vce=10.84V。
3)观察不失真并测定参数
无需改变设计图中的任何参数。
观察波形,发现输出电压波形出现了较为对称的波形(图
5)。
图5三极管放大电路不失真时的输出电压波形
再通过对电路图进行直流分析,可得图6中的数据。
图6三极管放大电路不失真时的静态工作点值
此时静态工作点为Ib=4.96uA、Ic=1.07mA、Vce=6.07V。
由于静态工作点位置不合适,波形会产生失真,如图7所示。
(1)静态工作点偏低,如QB所示,接近截止区,交流量在截止区,使输出电压波形正半周被削顶,产生截止失真。
(2)静态工作点偏高,如QA所示,接近饱和区,交流量在饱和区,使输出电压波形负半周被削底,产生饱和失真。
图7放大电路波形失真图
4.测试三极管的输入、输出特性曲线和β、rbe、rce值
1)测试三极管的β值
当输入信号峰值增大到10mV时,可以得到电路静态工作点值(图8),得到
β=I
I
c=215.82
b。
图8电路静态工作点值
2)测试三极管的输入特性曲线
图9为测试三极管输入的实验图,使得VCE=VCE,Q使用直流扫描,可得输入特性曲线如图10所示。
图9测试输入特性曲线的实验图
图10输入特性曲线
通过静态时的Ib找到Q点,在Q点附近取两个点,斜率的倒数即为rbe。
求rbe值的过
程如图11所示。
dx
be==6Kdy。
图11通过输入特性曲线得到rbe
3)测试三极管的输出特性曲线
图12为测试输出特性曲线的实验图,使得IB=IBQ,使用直流扫描,可得输出特性曲线如图13所示。
图12测试输出特性曲线的实验图
图13输出特性曲线
通过静态时的Ic找到Q点,在Q点附近取两个点,斜率的倒数即为rce。
求rce值的过
程如图14所示。
rce
==100.2K
dy
图14通过输入特性曲线得到rce
5.测量输入电阻、输出电阻和电压增益
1)测量输入电阻
输入电阻的测试电路如图15所示。
将万用表XMM1设置为交流电流表,万用表XM设置为交流电压表。
从这两个表中读出电流和电压的值,如图16所示。
Ri=v
ii
=4.98K
图15输入电阻的测试电路
图16输入电流和输入电压的读数
2)测量输出电阻
输出电阻的测试电路如图17所示。
将万用表XMM1设置为交流电流表,万用表XMM2设置为交流电压表。
从这两个表中读出电流和电压的值,如图18所示。
Ro=
vo=2.79K
io
图17输出电阻的测试电路
图18输出电流和输出电压的读数
3)测量电压增益
电压增益的测试电路如图19所示。
将万用表XMM1设置为交流电压表,万用表XMM2设置为交流电压表。
从这两个表中读出电压的值,如图20所示。
Av=
vo=
vi
65.42
图19电压增益的测试电路
图20输出电压和输出电压的读数
6.电路的频率响应曲线和fL、fH值
1)电路的频率响应曲线对电路进行交流分析,幅频,相频特性曲线如图21所示。
图21频率特性曲线
2)fL、fH值的测定
通过软件得到幅频最大的值后,再通过三分贝点得到fL、fH值,从而得到通频带宽。
fL、fH值的测定可通过图22得到。
fL=69.21HZ、fH=27.13MHZ。
图22fL、fH值的测定
四、分析实验结果
1.计算误差
1)实验中所用的三极管2N2222A的β的理论值为220,而实验中测试出的β值为215.82,
可得误差为
|β真
-β|
E==1.9%
β真
。
r
2)
be=
200
+(1+β)VT
IE
=5.57K
,则误差为
E=|rbe真-r
rbe真
be|
=7.7%
3)Ri=
R1||R2||rbe=5.11K
E=|Ri真-
Ri|
=2.5%
4)Ro
=Rc
=2.87K
则误差为
Ri真
E=|Ro真-
Ro|
=2.8%
Ro真
A=-βRc
||RL
=-65.30
5)rbe
E=|Av真-
Av|
=0.2%
Av真
2.分析结果
对于rbe的误差是因为其理论公式中就是近似相等,本身就存在误差,另外在输出、输入特性曲线选点时也存在误差导致最后结果产生误差。
输入电阻产生的误差较大是与电源及所选取的三极管的型号有关,输出电阻的误差是由于计算输出电阻的公式中缺少rce的理论值而产生的。
β的值比较接近软件提供的理论值220,其产生的误差的原因可能是由于电路中的电阻有1%波动,造成测量上的误差。
总体来说,虽然实验存在误差,但误差在可以接受的范围之内。
五、实验感想
虽然以前也对Multisim软件有所了解,但真正将其用在EDA设计中时还是有很多不了解的地方,也犯了一些小错误。
实验一其实就是模电的基本知识,但并不只要求我们掌握书本中的知识,还要进行三极管管号及相关电阻的选取等内容,这就要求我们对现实中的材料有一定的了解。
对于输入输出电阻的求解也是在老师所提供的方法下,通过直接读取软件所给数据得出的。
在观察截止失真时,由于信号过小,造成结果不明显,通过调节信号的大小可清楚看出失真现象。
通过仿真软件来模拟结果,不仅巩固了书本中所学的知识,也了解了更多实用的知识。
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