模电实验单级共射放大电路精选.docx
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模电实验单级共射放大电路精选
单极共射放大电路
一、实验目的
(1)掌握用Multisim13仿真软件分析单极放大电路主要性能指标的方法。
(2)熟悉掌握常用电子仪器的使用方法,熟悉基本电子元器件的作用。
(3)学会并熟悉“先静态后动态”的电子线路的基本调试方法。
(4)分析静态工作点对放大器性能的影响,学会调试放大器的静态工作点。
(5)掌握放大器的放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
(5)测量放大电路的频率特性。
二、实验原理
1.基本电路
电路在接通直流电源Vcc而未加入输入信号时(通过隔直流电容G将输入端
接地),电路中产生的电流、电压为直流量,记为Vbeq,Vceq,Ibq,Icq,由
它们确定了电路的一个工作点,称为静态工作的Q。
三极管的静态工作点可用下式近似估算:
Vbeq(0.6~0.7)V硅管;(0.2~0.3)V锗管
VCEQVCCICQRcRe
V
BQ
RpR1R2
I[VBQVBEQ
'CQ'EQ
CQ
RE
IBQ
2.静态工作点的选择
放大器静态工作点的选择是指对三极管集电极电流IC(或VCE)的调整与测试。
在晶体管低频放大电路中,静态工作点的选择及稳定具有举足轻重的作用,直接关系到放大电路能否正常可靠地工作。
若工作点偏高(IC放大),则放大
器在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时输出信号Uo的负半周将被削底;若工作点偏低,则易产生截止失真,即Uo的正半周被削顶(一般截止失真不如饱和失真明显)。
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电压Ui,并检查输出电
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。
还应说明的是,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。
若输入信号幅度很小,则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。
若须满足较大信号幅度的要求,则静态工作点最好尽量靠近输出特性曲线上交流负载线的中点,如图Q点,使静态Vce大致等于电源电压的一半。
这样可使交流信号输入时,工作点Q沿着交流负载线向上或向下移动较大范围,使得输出电压的动态范围大致在2Vceq范围内变化,从而获得较大的输出电压幅度,且波形上下对称。
实际工作中往往通过调节基极偏置电阻的大小,观察输出波形的变化。
当输入电阻逐渐放大时,若要输出波形正、负同时出现削波现象,即表明此时放大电路的静态工作点选择合适,此时放大电路动态范围最大。
按照图连好电路,在输入端引入正弦信号,用示波器观察输出。
静态工作点具体的调节步骤如下:
实验现象
无失真
出现截止失真
出现饱和失真
两种失真都出现
操作方法
加大输入信号
减小Rp
增大Rp
减小输入信号
据示波器上观察到的现象,做出不同的调整动作,反复进行。
直到输入信号略微增大,两种失真同时出现;输入信号略微减小,两种失真同时消失时,可以
认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点。
去掉输入信号,测量Vbeq,
Vceq,Ibq,Icq,就得到了该电路的最佳静态工作点。
3•电压放大倍数的测量
电压放大倍数是指输出电压Vo和输入电压Vi之比,其值与负载Rl有关,是
衡量放大电路放大能力的指标。
Av匕
Vi
4.输入电阻和输出电阻的测量
(1)输入电阻。
输入电阻是指从放大器输入端看进去的等效电阻,它表明放大器对信号源的影响程度。
一般采用间接法进行测量。
当被测电路的输入电阻不太高时(与毫伏级电压表内阻相比),采用如
图的电路进行测量。
在信号源与被测放大器的输入端之间串入一已知电阻R,
在放大器正常工作的情况下(保证输出电压不失真),用交流毫伏表测出Vs
和Vi,根据输入电阻的定义可得:
Vi
VR
~R
V
VsVi
测量时应注意,电阻
R值不宜取得过大,易引入干扰;但也不宜取得过小,
否则测量误差较大。
通常取与R为同一数量级比较合适,本实验取R=1~2kQ
(2)输出电阻。
输出电阻是指从放大器输出端看进去信号源的等效电阻,用来描述信号输出方式和带负载的能力。
输出电阻也用间接法测量,原理如图,根据戴维南定理,放大器的输出端可以等效为一个理想的电压源和输出电阻Ro相串联。
实验中可以通过测量放大器空载时的输出电压V。
和加上已知负载后的
输出电压Vl,根据式子测试其输出电阻Ro
Vl
由此可求输出电阻R。
冷1Rl(Rl为阻值已知的电阻,一般情况下
曲线平坦,放大倍数不随频率而变,随着频率的减小或增大,放大倍数
0.707时,相对应的低频频率和高
频频率分别称为下限频率
和上限频率fH。
通频带fBW定义为
为数千欧)。
5•幅频特性的测量
放大器放大的实际信号由不同的谐波组成,只有当放大器对不同频率信号的放大能力相同时,放大信号才能不失真。
但实际上,放大器的交流放大电路含有耦合电容、旁路电容、分布电容和晶体管极间电容等电抗元件,使得放大倍数与信号的频率有关,此关系即为放大器的频率特性。
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数Av与输入信号频率fi之间的
关系曲线,如图。
在一个较宽的频率范围内,这一段频率范围称为中频段。
在中频段以外,都将下降。
当放大倍数降为中频段放大倍数的
三、实验内容及步骤
(一)仿真分析
1.静态工作点的调整
(1)用示波器同时观察图所示电路的输入和输出波形。
输入信号设为正弦
波、频率fi1kHz、信号电压峰值vip100mV。
(2)进行仿真分析。
双击示波器XSC1图标,打开示波器面板,观察放大电路的输入、输出信号波形。
(3)逐渐增大输入信号的幅度,使放大电路的输出信号略有失真(饱和失真或截止失真),调节电位器Rp,消除失真。
(4)重复步骤(3),直到略微增大输入信号幅值,输出信号同时出现饱和和截止失真;再略微减小输入信号的幅值,输出信号的失真现象同时消失。
此时得到的输出信号电压,即为最大不失真输出电压。
2.静态工作点测量用万用表测量。
将万用表接入电路,单击仿真开关,进行电路分析。
此时,万用表显示的数值即为放大电路的静态工作点。
3.放大电路的动态指标测试
(1)电压放大倍数测量。
调整放大器到合适的静态工作点,在图示电路中,闭合开关J1,J2,调整输入电压vip100mV,频率fi1kHz。
单击仿真开关进行仿真,打开示波器,观察输入、输出电压波形。
在输出波形不失真的情况下,用万用表测出Vi和V。
的有效值V和V。
,根据式子计算电压放大倍数
(2)输入电阻测量。
在图示电路中,断开开关Ji,闭合开关J2,调整输入
电压Vip100mV,频率fi1kHz。
单击仿真开关进行仿真,打开示波器,观察输入、输出电压波形。
在输出波形不失真的情况下,用万用表测出电阻R两端电压Vs,Vi的有效值Vs和Vi,根据式子计算输入电阻R。
(3)输出电阻测量。
在图示电路中,闭合开关Ji,调整输入电压Vip100mV,
频率fi1kHz。
单击仿真开关进行仿真,打开示波器,观察输入、输出电压波形。
在输出波形不失真的情况下,用万用表测出开关
J2打开和闭合两种情况下电压
V。
,Vl的有效值V。
和Vl,根据式子计算输出电阻Roo
(4)放大电路的幅频特性测量。
直接测量法。
将波特图仪连接在电路中。
双击波特图仪,设置其参数:
垂直F=100MHz,I=1Hz,水平F=100dB,I=-100dB,单击仿真开关进行仿真。
放大电路的幅频响应和相频响应分别如图。
(二)实验室操作
1.静态工作点的测量
(1)按照实验原理图连接电路,布线要整齐、均匀、便于检查,经检查无误接通12V直流电源。
(2)在放大电路的输入端加入1kHz、峰值为100mV的正弦波,将放大电路的输出端接示波器。
调节电位器,使示波器所显示的输出波形最大不失真。
关掉函数信号发生器电源,使输入电压vi0,用万用表分别测量三极管三个级对地的电压(Vbq,Vcq,Veq),Vceq和Icq。
并将测量结果记录于表,与估算值进行比较。
3.静态工作点对输出波形的影响
将频率为1kHz的正弦波信号加到放大器的输入端、调节输入信号幅值,使输出波形不失真的正弦波。
(1)将电位器Rp的阻值调为最大,此时静态电流Icq下降,用示波器观察输出波形是否出现失真,并画下此时的波形。
若失真不够明显,可适当增大输入信号幅值。
(2)将电位器Rp的阻值调为最小,此时静态电流Icq增大,观察输出波形的变化情况,画下此时的波形,并将相应结果记录于表。
4.电压放大倍数测量
(1)打开函数信号发生器电源,输入1kHz,峰值为100mV的正弦波信号。
当输出开路(Rl)时,测量输入输出电压V输和V。
的有效值Vi和Vo的大小,并根据式子计算电压放大倍数。
(2)放大电路输出端接入R2k的负载电阻,保持输入电压Vi不变,测量输出电压V。
,计算此时的电压放大倍数,并分析负载对放大电路电压放大倍数的影响。
(3)用双踪示波器观察Vi和V。
的波形,比较两波形之间的相位关系。
5.输入电阻和输出电阻测量
(1)按照实验原理图连接电路,断开J!
,用示波器分别测出电阻R两端电压Vs,Vi的有效值Vs和V,根据式子计算该放大电路输入电阻Ri。
(2)闭合J1,测量负载开路(J2断开)时的输出电压V。
和接上2kQ负载(J2闭合)时的输出电压Vl,根据式子计算该放大电路的输出电阻Ro。
将步骤4和5的测试结果记录整理,填入表中,并对实验结果进行讨论。
6.幅频特性的测量
(1)打开函数信号发生器的电源,输入1kHz,峰值为100mV的正弦波信号,输出端接2k负载电阻Rl,用示波器分别测量Vi,V。
的大小,计算电压放大倍数。
(2)保持输入信号电压Vi的幅度不变,分别增大和减小信号的频率,再测量放
大器的输出电压Vo。
当输出电压降到中频值的1-2时,对应的频率即为放大器是上限截止频率fH或下限截止频率fL,计算BW。
将上述测量结果记录整理后填入表中,并对实验结果进行讨论
四、实验设备
(1)双路直流稳压电源一台
(2)函数信号发生器一台。
(3)示波器一台。
(4)毫伏表一台。
(5)万用表一块。
(6)三极管一个。
(7)电容三个。
(8)电阻六个。
五、实验数据及结果分析
1.静态工作点的调整和测量
(1)仿真电路
MOmVpk
(2)实验得最大不失真,电位器位置为63%
(3)撤掉信号发生器,用万用表进行测量
63%
L(
1509V
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+-
*
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静态工作点(仿真)
VBQ
VCQ
VEQ
VCEQ
ICQ
1.509V
10.508V
827.5mV
9.681V
744.294uA
2.静态工作点对输出波形的影响
(1)Rp最大
(2)Rp最小
X
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