东南大学模电3三极管放大电路设计.docx
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东南大学模电3三极管放大电路设计
东南大学电工电子实验中心
实验报告
课程名称:
模拟电子电路实验
第3次实验
实验名称:
三极管放大电路设计
院(系):
吴健雄学院专业:
电类强化班
姓名:
学号:
610142
实验室:
实验组别:
同组人员:
实验时间:
2016年4月10日
评定成绩:
审阅教师:
一、实验目的
1.掌握单级放大电路的工程估算、安装和调试;
2.了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法;
3.掌握级联电路设计方法;
4.掌握负反馈对放大电路特性的影响。
二、预习思考
1.器件资料:
上网查询本实验所用的场效应管BJ27(2N5485)的数据手册,画出三极管封装示意图,标出每个管脚的名称,将相关参数值填入下表:
G:
栅极S:
源极D:
漏极
参数符号
参数值
参数意义及设计时应该如何考虑
IDSS
4mA(min),10mA(max)
时的饱和漏极电流,取适中
IGSS
-1nA(max)
栅极反向电流
VGS(OFF)
-0.5V(min),-4V(max)
夹断电压,取适中
V(BR)GSS
-25V
漏源击穿电压,不允许超过此值
IG
10mA
正向栅极电流
PD
350mW
漏极最大允许耗散功率,不允许超过此值
gm
(uGS=常数)
低频跨导
上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册,画出三极管封装示意图,标出每个管脚的名称,将相关参数值填入下表:
1.发射极2.基极3.集电极
参数符号
参数值
参数意义及设计时应该如何考虑
VCBO
40V
集电极-基极开路电压,不得超过此值
VCEO
20V
集电极-发射极开路电压,不得超过此值
VEBO
5V
发射极-基极开路电压,不得超过此值
IC
500mA
集电极电流
IE
500mA
发射极电流≈集电极电流
hFE
144-202
共射电流放大系数
VCE(sat)
0.16V(TYPE)
集电极-发射极饱和电压
VBE
0.6-0.7V
基极-发射极电压
fT
\
未知
2.偏置电路:
图3.1中偏置电路的名称是什么?
简单解释是如何自动调节晶体管的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的,如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用,为什么?
图3.1射级偏置电路
此图为分压式偏置电路。
具体的自动调节可以总结为:
3.电压增益:
1)对于一个低频电压放大器,一般希望电压增益足够大,根据您所学的理论知识,分析有哪些方法可以提高电压增益,分析这些方法各自优缺点,总结出最佳实现方案。
2)实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表,试问能否用万用表或示波器,为什么?
不能。
因为为了精确测量,输入输出需用同一仪器。
但输入一般较小,用万用表和示波器测量会有明显误差,故此处使用交流毫伏表测量。
4.输入阻抗:
1)放大器的输入电阻Ri反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小,设信号源内阻为RS,试画出图3.1中放大电路的输入等效电路图,通过连线回答下面的问题,并做简单解释:
2)图3.2是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图,试根据该图简单分析为什么串接电阻RS的取值不能太大也不能太小。
图3.2放大器输入阻抗测量原理图
串接电阻太大会使得测量电压过小而影响测量数值,进而影响测量精度。
串接电阻太小会使得电路不稳定。
3)对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高,根据所学的理论知识,分析有哪些方法可以提高图3.1放大电路的输入阻抗。
提高
、
和
的值。
5.输出阻抗:
1)放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力,试分析图3.1放大电路的输出阻抗受那些参数的影响,设负载为RL,画出输出等效电路图,通过连线回答下面的问题,并做简单解释。
2)图3.3是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图,试根据该图简单分析为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。
图3.3放大器输出阻抗测量原理图
由计算公式
知,
当
过大时,电压的差值会很小,不便于测量区分;
当
过小时,负载分得的电压较小,会减小测量的精度。
6.负反馈对放大器性能的影响
引入交流负反馈后,放大器的放大倍数将下降,其表达式为
。
式中,F为反馈网络的反馈系数;A为无负反馈时的放大倍数。
引入负反馈后通频带加宽,负反馈放大器上限频率
与下限频率
的表达式分别为
和
。
引入负的反馈还会改变放大器的输入电阻与输出电阻,其中并联负反馈能降低输入阻抗,串联负反馈能提高输入阻抗,电压负反馈使输出阻抗降低,电流负反馈使输出阻抗升高。
三、实验内容
1.基本要求
(一)根据图3.1所示电路,研究静态工作点变化对放大器性能的影响
1)调整RW,使静态集电极电流ICQ=1mA,测量静态时晶体管集电极—发射极之间电压UCEQ。
记入表3-1中。
2)在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号,调节信号源输出电压US使Ui=5mV,测量US、UO和UO’(负载开路时的输出电压)的值并填于表3-1中。
注意:
用双综示波器监视UO及Ui的波形时,必须确保在UO基本不失真时读数(教师当堂验收)。
3)重新调整RW,使ICQ分别为2mA,重复上述测量,将测量结果记入表3-1中。
4)根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro。
电路图如图所示。
特别说明:
此处采用2.7kΩ,并非所提供的3kΩ.
表3-1静态工作点变化对放大器性能的影响
静态工作点电流ICQ(mA)
1
2
测量值
测量值
理论值
误差
输入端接地
UBQ(V)
1.628
2.625
2.6
0.96%
UCQ(V)
9.20
6.48
6.6
1.82%
UEQ(V)
0.989
1.98
2
1.00%
输入信号
Ui=5mV
US(mV)
6.39
7.1
7
1.42%
UO(V)
0.49
0.95
1
5%
UL(V)
0.27
0.49
0.5
2%
计算值
UBEQ
0.639
\
\
\
UCEQ
8.211
\
\
\
Au
-53
\
\
\
Ri/kΩ
3.60
\
\
\
RO/kΩ
2.7
\
\
\
波形如图所示:
(二)观察不同静态工作点对输出波形的影响
1)改变RW的阻值,使输出电压波形出现截止失真,绘出失真波形,并将测量值记录表3-2中。
饱和失真:
完全饱和失真:
2)改变RW的阻值,使输出电压波形出现饱和失真,绘出失真波形,并将测量值记录表3-2中。
截止失真:
完全截止失真:
注明:
要想出现截止失真波形,调节静态工作点是其一要素,另一关键是需要增大输入信号的幅度,这样才能出现截止失真。
表3-2不同静态工作点对输出波形的影响
完全截止
截止失真
饱和失真
完全饱和
测量值
UBQ(V)
0.993
2.61
3.647
3.277
UCQ(V)
10.98
6.72
3.724
3.813
UEQ(V)
0.388
1.96
2.982
3.143
波形
\
\
\
\
(三)测量放大器的最大不失真输出电压
分别调节RW和US,用示波器观察输出电压UO波形,使输出波形为最大不失真正弦波。
测量此时静态集电极电流ICQ和输出电压的峰峰值UOPP。
可以看到,此时最大不失真输出信号的峰峰值为3.52V。
2.提高要求
a)设计一个分别由共源(CS)、共射(CE)和共集(CC)构成的三级放大电路,要求满足以下指标:
(设共源、共射和共集的输出电压分别为UO1、UO2和UO)
Au>100,Ri>1MΩ,RO<100Ω。
写出具体设计过程,计算电路参数以及Au、Ri和RO的理论值。
设置合适的静态工作点,在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号,调节信号源输出电压US使Ui=5mV,用示波器双踪显示Ui、Uo的波形,在输出波形不失真的情况下,记录波形,测量US、UO和UO’(负载开路时输出电压)并计入表3-3中。
根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro,与理论值比较。
电路图如图所示:
注明:
为了便于实验报告观察,此处将分为三个部分,最终部分为三个部分的交流耦合。
CS:
CE:
CC:
注明:
此处均采用稳定性较高的分压式偏置电路。
四、实验总结
WINSTONYE
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- 关 键 词:
- 东南大学 三极管 放大 电路设计