模电仿真实验共射极单管放大器.docx
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模电仿真实验共射极单管放大器
模电仿真实验-共射极单管放大器
仿真实验报告册
仿真实验课程名称:
模拟电子技术实验仿真
仿真实验项目名称:
共射极单管放大器
仿真类型(填■):
(基础■、综合□、设计□)
院系:
专业班级:
姓名:
学号:
指导老师:
完成时间:
成绩:
一、实验目的
(1)掌握放大器静态工作点的调试方法,熟悉静态工作点对放大器性能的影响。
(2)掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
(3)熟悉低频电子线路实验设备,进一步掌握常用电子仪器的使用方法。
二、实验设备及材料
函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。
图3.2.1共射极单管放大器
三、实验原理
电阻分压式共射极单管放大器电路如图3.2.1所示。
它的偏置电路采用(RW+R1)和R2组成的分压电路,发射极接有电阻R4(RE),稳定放大器的静态工作点。
在放大器的输入端加入输入微小的正弦信号Ui,经过放大在输出端即有与Ui相位相反,幅值被放大了的输出信号Uo,从而实现了电压放大。
在图3.2.1电路中,当流过偏置电阻R1和R2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进行估算(其中UCC为电源电压):
(3-2-1)
(3-2-2)
(3-2-3)
电压放大倍数
(3-2-4)
输入电阻
(3-2-5)
输出电阻
(3-2-6)
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万用表,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,为了避免测量集电极电流时断开集电极,所以采用测量电压,然后计算出IC的方法。
例如,只要测出UE,即可用
计算出IC(也可根据
,由UC确定IC),同时也能计算出UBE=UB-UE,UCE=UC-UE。
(2)静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流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的影响。
如工作点偏高(如图3.2.2中的Q1点),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。
如工作点偏低(如图3.2.2中的Q2点),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,即在放大器的输入端加入一定的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。
改变电路的参数UCC、RC、RB(RW,R2)会引起静态工作点的变化。
通常采用调节偏电阻RW的方法来改变静态工作点,如减小RW,可提高静态工作点等。
注意:
静态工作点的“偏高”或“偏低”是相对信号的幅度而言。
如果信号幅度很小,即使工作点较高或较低也不会出现失真。
所以说,波形失真是信号幅度与静态工作点设置不匹配而导致的。
如须满足较大的输入信号,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
放大器动态指标测试包括电压放大倍数、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Au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
(3-2-7)
(2)输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻,在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻RS,如图3.2.3所示。
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:
(3-2-8)
测量时应注意:
1测量RS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。
2电阻RS的值不宜取得过大或过小,以免产生较大的测量误差,通常RS与Ri为同一数量级为宜,本实验可取RS=1kΩ。
(3)输出电阻Ro的测量
输出电阻Ro的测量电路如图3.2.4所示,同样应取RL的值接近Ro为宜。
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U∞和接入负载后输出电压UL,根据:
(3-2-9)
即可求出Ro:
(3-2-10)
在测试中应注意的是,必须保持RL接入前后的输入信号大小不变。
(4)最大不失真输出电压Uomp-p的测量(最大动态范围)
为了得到最大动态范围,首先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,当输出波形在正、负峰附近同时开始出现削底和削顶现象(如图3.2.5)时,说明静态工作点已调在交流负载线的中点。
然后再反复调整输入信号,使波形输出幅度最大,且无明显失真时,从示波器上可直接读出最大动态范围Uomp-p,或用交流毫
伏表测出Uo(有效值),则最大动态范围Uomp-p=
。
(5)放大器频率特性的测量
放大器的频率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3.2.6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1/
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
BW=fH-fL(3-2-11)
测量放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Au。
可以采用前面测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即可。
测量时要注意取点要恰当,在低频段与高频段要多测几个点,在中频可以少测几个点。
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。
实验中通常只要求测量出通频带。
利用示波器可以进行BW的简易测量,方法是在示波器上测量出输入中频段信号时的输出信号幅度后,在保持输入信号幅度不变的情况下,减小或增大输入信号的频率,再通过在示波器上观测输出信号幅度,找到输出信号幅度降低至中频段输出的1/
倍时的输入信号频率即为fL或fH。
4、仿真元件及仿真测试仪器
五、实验内容
如图3.2.1所示连接共射极单管放大器实验电路。
注意当检查电路无误后,调节直流电源电压至UCC选定值12V,方可接通电源。
1、静态工作点的测量与调整(验证性实验)
(1)静态工作点的测量
静态工作点测量条件:
没有输入信号,即Ui=0。
实验时将电路信号输入端接地。
调节电位器RW,使ICQ=1.5mA。
实验时为了避免直接测量电流,可采取测量晶体管发射极电压UE或测量晶体管集电极电压UC的方法:
调节电位器RW,使UE=2.25V或UC=9.3V或者ICQ=1.5mA。
调整好ICQ后,用万用表直流电压档测量UBQ、UEQ、UCQ值,记入表3-2-1。
根据测量值计算UBEQ=UBQ-UEQ和UCEQ=UCQ-UEQ,再与理论计算值比较。
表3-2-1静态工作点测量数据记录电压单位:
/V
测量值
理论计算值
UBQ
UEQ
UCQ
UBEQ
UCEQ
ICQ
UBEQ′
UCEQ′
2.888V
2.274V
9.284V
613.249mV
7.01V
1.508mA
0.7V
7V
(2)观察静态工作点对输出波形失真的影响
在前面实验设定的静态工作点(RC=1.8kΩ、IC=1.5mA)基础上,取RL=∞。
按图3.2.7连接测量仪器,用示波器观测放大器的输入、输出信号波形,交流毫伏表测量放大器的输入信号电压。
仿真电路
①调节信号发生器,输出频率为1kHz、有效值为5mV的正弦波从A1端输入信号Ui,用示波器观察并记录输出电压的输出波形,将数据记入表3-2-2。
②保持输入信号Ui不变,增大电位器RW的值,使波形出现失真,定性绘出Uo的波形,并测出失真情况下的IC和UCE值,记入表3-2-2。
③仍保持输入信号Ui不变,减小电位器RW的值,使波形出现失真,定性绘出Uo的波形,并测出失真情况下的IC和UCE值,记入表3-2-2。
注:
表3-2-2中工作状态判断:
判断输出波形是否存在失真?
存在的失真是截止失真还是饱和失真?
晶体管工作点状态判断是否基本合适?
是偏高还是偏低?
表3-2-2测量静态工作点对输出波形失真的影响数据记录RC=1.8kΩRL=∞
工作条件
Uo波形
工作状态判断
①
Ui=5mV
RW适中
UEQ=2.25V
uo
t
失真情况:
基本不失真
晶体管工作点状态:
基本合适
UCQ=9.284V
ICQ=1.5mA
UCEQ=7.009V
②
Ui=mV
RW偏小
UEQ=4.484V
uo
t
失真情况:
饱和失真
晶体管工作点状态:
偏高
UCQ=6.698V
ICQ=2.946mA
UCEQ=2.214V
③
Ui=mV
RW偏大
UEQ=1.536V
uo
t
失真情况:
截止失真
晶体管工作点状态:
偏低
UCQ=10.164V
ICQ=1.02mA
UCEQ=8.628V
饱和失真电路及各项参数如下:
饱和失真波形:
截止失真电路图及其各项参数:
截止失真波形:
2、放大器性能指标测试(验证性实验)
放大器性能指标测量仪器的连接如图3.2.7所示。
(1)测量电压放大倍数Au
调节信号发生器,输出频率f=1kHz、有效值为5mV的正弦波(用毫伏表测量)作为输入信号Ui,同时用双线示波器观察放大器输入电压Ui和输出电压Uo的波形,在Uo波形不失真的条件下,用示波器测量不同负载时放大器输出电压Uo波形,计算放大器的电压放大倍数Au。
测量数据记入表3-2-3,并记录其中一组输入、输出电压波形,注意用双线示波器观察Uo和Ui的相位关系。
表3-2-3电压放大倍数Au测量数据记录
RL/kΩ
Uop-p/V
Uorms/V
Au
测试条件
5.1
1
0.337
68
RC=1.8kΩ
IC=1.5mA
Uirms=4.95mV
51
1.25
0.436
88
∞
1.25
0.451
91
ui和uo波形
输入输出波形如下:
注意:
由于晶体管元件参数的分散性,定量分析时所给Ui,根据具体实际情况输入适当的Ui值,在表3-2-3中测试条件栏记入实际输入的Ui值。
由于用示波器所测Uo的值为峰峰值,故需要转化为有效值或用毫伏表测得的Uo来计算Au值。
切记万用表、毫伏表测量的是有效值,而示波器观察的是峰峰值。
(1)测量输入电阻Ri和输出电阻Ro
输入电阻Ri:
电路连接如图3.2.3所示,从A端输入f=1kHz、有效值分别为5mV、8mV的正弦信号US,在输出电压Uo不失真的情况下,用毫伏表分别测出US、Ui,记入表3-2-4,利用式3-2-8计算出Ri和Ri平均值,并与理论计算值比较。
表3-2-4输入电阻Ri测量数据记录RC=1.8kΩ;IC=1.5mA
RS/kΩ
US/mV
Ui/mV
Ri/kΩ
Ri平均值/kΩ
1
5
3.695
2.831
2.895
1
8
5.98
2.960
(2)输出电阻Ro:
电路连接如图3.2.4所示。
断开RL时的输出波形如下:
接入RL=5.1kΩ时的输出波形如下:
保持输入信号Ui(3mv、5mV)不变的条件下,分别在断开RL与接入RL=5.1kΩ的情况下,示波器测量输出电压U∞和UL的峰峰值,记入表3-2-5,利用式3-2-10计算Ro和Ro平均值,并与理论计算值比较。
表3-2-5输出电阻Ro测量数据记录RC=1.8kΩ;IC=1.5mA
Ui/mV
U∞/mVp-p(RL=∞)
UL/mVp-p(RL=5.1kΩ)
Ro/kΩ
Ro平均值/kΩ
3
900
600
2.55
2.55
5
1500
1000
2.55
六、实验总结
每次做电路仿真实验都要特别的谨慎,因为电路仿真实验是全理想化的,不会像现实操作那般干扰甚多。
如果仿真电路无法达到预期的效果,那一定是线路图出现错误,而出现的错误也很难寻找,只能提出猜想,然后逐个排除。
本来我做的电路图也是不能实现预期效果的,但是在我自己仔细寻找电路问题和找同学寻求帮助,不断修改电路以后,它终于出现了理想的波形。
所以我觉得学习就必须非常谨慎,稍微有些参数没调好或者电路没有画好,就难以成功地把实验做好。
其次,学习并不是一个人的事,有什么不懂的就应该谦虚的向同学发问。
相信下次实验一定可以做得更好。
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