实验二单级共射放大电路实验.docx
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实验二单级共射放大电路实验
实验二 单级共射放大电路
一、实验目的
1、学会放大电路静态工作点的调试方法,分析静态工作点对放大电路性能的影响。
2、掌握放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验设备与器件
1、模拟电路实验装置
2、双踪示波器
3、交流毫伏表
4、万用表
三、实验原理
图2-1为电阻分压式工作点稳定单管共射放大电路实验原理图。
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,以稳定放大电路的静态工作点。
当在放大电路的输入端加入输入信号ui后,在放大电路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2-1共射极单管放大电路实验电路
在图2-1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
由于电子电路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电路件的参数,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电路的静态工作点和各项性能指标。
一个优质放大电路,必定是理论设计与实验调整相结合的产物。
因此,除了学习放大电路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。
放大电路的测量和调试一般包括:
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。
1、放大电路静态工作点的测量与调试
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ui=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
放大电路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uO的负半周将被削底,如图2-2(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2-2(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2-2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2-3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2-3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。
放大电路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
调整放大电路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
为了测量放大电路的输入电阻,按图2-4电路在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一已知电阻R,在放大电路正常工作的情况下,用交流毫伏表测出US和Ui,则根据输入电阻的定义可得:
图2-4输入、输出电阻测量电路
测量时应注意下列几点:
①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。
②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2-4电路,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),用示波电路观察uO,当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图2-5)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
。
或用示波电路直接读出UOPP来。
图2-5静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
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
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
放大电路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。
3DG9011(NPN)
3CG9012(PNP)
9013(NPN)
图2-6幅频特性曲线图2-7晶体三极管管脚排列
四、实验内容
实验电路如图2-1所示。
各电子仪器可按实验一中图1-1所示方式连接,为防止干扰,各仪器的公共端必须连在一起。
1、调试静态工作点
接通直流电源前,先将RW调至最大,函数信号发生电路输出旋钮旋至零。
接通+12V电源、调节Rp,使IC=2.0mA(即UC=4.0V),用直流电压表测量UBE、UCE及用万用电表测量RB(RB=RP1+RB11)值;分别用万用表测量IB、IC填入表2-1。
表2-1IC=2mA
测量值
计算数据
UB(V)
UE(V)
UC(V)
IB(µA)
IC(mA)
RB(KΩ)
β
2、测量电压放大倍数
在放大电路输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS,调节函数信号发生电路的输出旋钮使放大电路输入电压Ui
10mV,同时用示波电路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,并用双踪示波电路观察uO和ui的相位关系,记入表2-2。
表2-2Ic=2.0mAUi=10mV
RL(KΩ)
Uo(V)
AV
观察记录一组uO和u1波形
∞
1
5.1
3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置RL=∞,Ui适量,调节RP,用示波电路监视输出电压波形,在uO不失真的条件下,测量五组数据IC和UO值,记入表2-3。
表2-3 RL=∞Ui=10mV
IC(mA)
2.0
UO(V)
AV
测量IC时,要先将信号源输出旋钮旋至零(即使Ui=0)。
4、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置RL=5.1KΩ,ui=0,调节Rp使IC=2.0mA,测出UCE值,再逐步加大输入信号,使输出电压u0足够大但不失真。
然后保持输入信号不变,分别增大和减小Rp,使波形出现失真,绘出u0的波形,并测出失真情况下的IC和UCE值,记入表2-4中。
每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表2-4RL=∞Ui=10mV
IC(mA)
UCE(V)
u0波形
失真情况
管子工作状态
2.0
5、测量最大不失真输出电压
置RL=5.1KΩ,按照实验原理2.4中所述方法,同时调节输入信号的幅度和电位器Rp,用示波电路和交流毫伏表测量UOPP及UO值,记入表2-5。
表2-5RL=5.1K
IC(mA)
Uim(mV)
Uom(V)
UOPP(V)
*6、测量输入电阻和输出电阻
置RL=5.1KΩ,IC=2.0mA。
输入f=1KHz的正弦信号,在输出电压uo不失真的情况下,用交流毫伏表测出US,Ui和UL记入表2-6。
保持US不变,断开RL,测量输出电压Uo,记入表2-6。
表2-6 Ic=2mARL=5.1KΩ
US
(mv)
Ui
(mv)
Ri(KΩ)
UL(V)
UO(V)
R0(KΩ)
测量值
计算值
测量值
计算值
*7、测量幅频特性曲线
取IC=2.0mA,RL=5.1KΩ。
保持输入信号ui的幅度不变,改变信号源频率f,逐点测出相应的输出电压UO,记入表2-7。
表2-7Ui=10mV
fLfofn
f(KHz)
UO(V)
AV=UO/Ui
为了信号源频率f取值合适,可先粗测一下,找出中频范围,然后再仔细读数。
说明:
本实验内容较多,其中6、7可作为选作内容。
五、实验总结
1、列表整理测量结果,并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻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RC,RL及静态工作点对放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
3、讨论静态工作点变化对放大电路输出波形的影响。
4、分析讨论在调试过程中出现的问题。
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。
估算放大电路的静态工作点,电压放大倍数AV,输入电阻Ri和输出电阻RO
2、能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE?
为什么实验中要采用测UB、UE,再间接算出UBE的方法?
3、怎样测量RB阻值?
4、当调节偏置电阻RB2,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UCE怎样变化?
5、改变静态工作点对放大电路的输入电阻Ri有否影响?
改变外接电阻RL对输出电阻RO有否影响?
6、在测试AV,Ri和RO时怎样选择输入信号的大小和频率?
为什么信号频率一般选1KHz,而不选100KHz或更高?
7、测试中,如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪电路的接地端不再连在一起),将会出现什么问题?
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