模拟电子电路实验报告.docx
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模拟电子电路实验报告
实验一晶体管共射极单管放大器
、实验目的
1、学会放大器静态工作点的调试方法,分析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、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验原理
图2-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
它的偏置电路采
用隔和%组成的分压电路,并在发射极中接有电阻电以稳定放大器的静态工作点。
当在放大器的输入端加入输入信号ui后,在放大器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uo,从而实现了电压放大。
图2-1共射极单管放大器实验电路
在图2-1电路中,当流过偏置电阻FBi和FB2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
UB
f^BI
R31R32
UBuBe
Re
LCe=LCc—Ic(忌+R)
电压放大倍数
rbe
输入电阻
R=RB1//R%//rbe
输出电阻
Ro~RC
由于电子器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。
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。
因此,除了学习放大器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。
放大器的测量和调试一般包括:
放大器静态工作点的测量与调试,消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。
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LEo一般实验中,为了避免断开集电极,所以采用测量电压LE或LC,然后算出Ic的方法,例如,只要测出LE,即可用
ICIe土算出IC(也可根据IC土土,由LC确定IC),
ReRc
同时也能算出Lbe=Lb—LE,LCe=LC—LEo
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
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流I(或LCe)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影响。
如工作点偏高,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,即在放大器的输入端
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UCcR、RB(隔、甩)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民2的方法来改变静态工作点,如减小电,则
可使静态工作点提高等。
80pA
60
心0[a
20
10
UCE
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。
2、放大器动态指标测试
放大器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
调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压U,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U和UO,贝U
Uo
U
2)输入电阻R的测量
为了测量放大器的输入电阻,按图2-4电路在被测放大器的输入端与信号
源之间串入一已知电阻R,在放大器正常工作的情况下,用交流毫伏表测出US
和U,则根据输入电阻的定义可得
Ui
Ui
Ur
Ui
UsUi
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U和U,然后按UR=US-U求出值。
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R为同一数量级为好,本实验可取R=1〜2KQ。
3)输出电阻R的测量
按图2-4电路,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U0和接入负载后的输出电压LL,根据
ul*
即可求出
UO
Ro(#1)Rl
UL
在测试中应注意,必须保持R接入前后输入信号的大小不变。
4)最大不失真输出电压Lkp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。
为此在放大器正常工作情况下,逐步增大输入信号的幅度,并同时调节Rv(改变静态工作点),用示波器观察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Ub(有效值),则动
态范围等于22Uo。
或用示波器直接读出UOpp来0
图2—5静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
5)放大器幅频特性的测量
放大器的幅频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1/2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
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A。
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。
6)干扰和自激振荡的消除
参考实验附录
图2—6幅频特性曲线
图2—7晶体三极管管脚排列
二、实验设备与器件
1、+12V直流电源
3、双踪示波器
5、直流电压表
7、频率计
2、函数信号发生器
4、交流毫伏表
6、直流毫安表
8、万用电表
9、晶体三极管3DG6<1(50〜100)或9011X1(管脚排列如图2—7所示)
电阻器、电容器若干
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,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R调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至零。
接
通+12V电源、调节R,使1=2.0mA(即UE=2.0V),用直流电压表测量UB、UEUC及用万用电表测量FB2值。
记入表2—1。
表2-1I=2mA
测量值
计算值
U3(V)
d(V)
UC(V)
KQ)
UBe(V)
UCe(V)
Ic(mA
2、测量电压放大倍数
在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号us,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压U10mV同时用示波器观察放大器输出电压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,记入表2—2。
表2—2Ic=2.0mAUi=mV
R(KQ)
R-(KQ)
出V)
A
观察记录一组uo和u1波形
2.4
oo
1
1
Wu
0
1.2
oo
t
2.4
2.4
3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置FC=2.4KQ,u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,记入表2-3。
Ic(mA)
2.0
U(V)
A
表2-3
民=2.4KQRl=xUi=mV
测量Ic时,要先将信号源输出旋钮旋至零(即使U=0)
4、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置FC=2.4KQ,2.4KQ,u=0,调节R使I=2.0mA测出少值,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R,使波形出现失真,绘出uo的波形,并测出失真情况下的Ic和U3E值,记入表2-4中。
每次测Ic和U^e值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表2—4Rc=2.4KQRl=xUi=mV
Ic(mA)
UCe(V)
u0波形
失真情况
管子工作状态
[Uaj
J
►
t
2.0
J
k
—
t
k
►t
5、测量最大不失真输出电压
置RC=2.4KQ,2.4KQ,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R,用示波器和交流毫伏表测量Ubp吸3值,记入表
2-5。
表2-5R=2.4KRl=2.4K
Ic(mA)
Um(mV)
UHV)
Sp(V)
*6、测量输入电阻和输出电阻
置FC=2.4KQ,2.4KQ,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,U和UL记入表2-6
保持不变,断开R,测量输出电压5记入表2-6。
表2-6Ic=2mAR=2.4KQRl=2.4KQ
Us
(mv)
U
(mv)
R(KQ)
U-
(V)
Up
(V)
R^(KQ)
测量值
计算值
测量值
计算值
*7、测量幅频特性曲线
取1=2.0mA住=2.4KQ,2.4KQ。
保持输入信号J的幅度不变,改
变信号源频率f
•,逐点测出相应的输出电压记入表2-7。
表2-7
U=mV
flfofn
f(KHZ
U3(V)
Av=UVUi
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67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、总结住,R-及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
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。
假设:
3DG6Bp=100,FB=20KQ,电=60心,FC=2.4KQ,R=2.4KQ。
估算放大器的静态工作点,电压放大倍数Av,输入电阻R和输出电阻FO
2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。
3、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,再间接算出氏的方法?
4、怎样测量吊2阻值?
5、当调节偏置电阻Fh,使放大器输出波形出现饱和或截止失真时,晶体管的管压降ICE怎样变化?
6、改变静态工作点对放大器的输入电阻R有否影响?
改变外接电阻R-对输出电阻FO有否影响?
7、在测试Av,R和甩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?
8、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(即各仪器的接地端不再连在一起),将会出现什么问题?
注:
附图2-1所示为共射极单管放大器与带有负反馈的两级放大器共用实验
模块。
如将Ki、K2断开,则前级(I)为典型电阻分压式单管放大器;如将Ki、
K2接通,贝U刖级(I)与后级(U)接通,
组成带有电压串联负反馈两级放大器。
52K
5,1K”
8,2K
2.4K
t+12V
lOg
24kQ
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