西安交通大学电实验报告.docx

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西安交通大学电实验报告

模拟电子技术实验

实验报告

交通大学电信学院计算机11班

：

司默涵

实验名称

验收日期

验收成绩

验收教师

应得分

实得分

批阅人签字

认真程度

5,4,3,2,0

原始数据记录

5,4,3,2,0

公式、图、表的规性

4,3,2,1

表述一致性

4,3,2,1

分析正确性

4,3,2,1

容、步骤的完整性

4,3,2,1

心得体会

4,3,2,1,0

真实性扣分（捏造、抄袭）

0，-30，-20，-10

报告总分

30

：

学号：

2110505018

实验日期：

2013年4月12日

报告完成日期：

2013年4月日

实验2.1晶体管单级放大器预习报告

 一、实验目的

1、测量放大器静态工作点和放大倍数

2、观察静态工作点对放大器输出波形的影响

3、测量输入电阻、输出电阻

4、测量放大电路的幅频特性

 二、实验原理

1、测量晶体管的β

由于晶体管生产中存在的分散性，每个同学手中的管子参数可能不一致，因此，利用各种方法测量或者估计晶体管的β，是实验前必须进行的。

获得晶体管β，常见的仪器有：

晶体管图示议、万用表。

2、根据晶体管的β，合理选择电源电压和集电极电阻

在这一部分，很多选择并不是唯一的。

电源电压可以选择为＋12V，通过调节直流稳压电源实现。

选择Rc＝2kΩ。

3、估算RW和RB

根据电源电压，先使静态工作点位于直流负载线中点，则：

V，mA

又根据，可以得到，而，可以估算出

kΩ

将RW＋RB的估算值用RWB表示，如果β为100，则此值为377kΩ。

此时，可以按照下述方法选择电位器RW和电阻RB。

确定RW＋RB的最小值，也就是RB的值，此值应该比达到饱和状态的基极电阻还小，以确保调节RW为0时，晶体管肯定进入了饱和状态。

一般选取。

比如当β＝100，可以选择RB=100kΩ。

确定RW＋RB的最大值，此值一般选择为式（2.1.1）计算获得的RWB的2～5倍。

以保证当RW调到最大时，使得晶体管最大限度地接近截止区。

因此，可以选择RW为（7.54～18.85）×βkΩ。

比如当β＝100，可以选择RW为1MΩ~2MΩ。

电位器标称值一般局限在1、2、5三档，比如1kΩ、2kΩ、5kΩ。

4、确定其它参数

电容器C1、C2的主要作用是隔直和信号耦合，同时，还在客观上造成了本放大电路不能放大低频信号。

原则上讲，这两个电容器越大，其低频性能越好。

一般选取10μF～47μF。

RL可以选择2kΩ左右。

三、元器件选择和电路搭接

1、元器件选择

名称

规格

数量

三极管

9013

一只

电位器

105

一只

电解电容

10μF

2只

电阻

100kΩ

1只

电阻

2kΩ

2只

2、电路搭接

四、实验容和步骤

1．静态工作点的调整和测量

对于一个晶体管放大电路，根据设计目的不同，静态工作点的选择也有不同的原则。

一般来说，在没有特殊要求的情况下，静态工作点的选择，从理论上说，就是使其处于交流负载线的中点，也就是让输出信号能够达到最大限度的不失真。

因此，在本实验中，静态工作点的调整，就是用示波器观察输出，让输出信号达到最大限度的不失真。

当按照上述要求搭接好电路，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整步骤如表2.1.1所示：

表2.1.1静态工作点调整现象动作归纳

现象

出现截止失真

出现饱和失真

两种失真都出现

无失真

动作

减小RW

增大RW

减小输入信号

加大输入信号

根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。

当加大输入信号，两种失真同时出现，减小输入信号，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，就是最佳的静态工作点。

去掉输入信号，测量此时的UCQ，就得到了静态工作点。

2．电压放大倍数测量

放大电路的电压放大倍数测量，必须在输出信号没有明显失真的情况下进行。

测量方法可以分为粗略测量和精细测量两种。

可以根据测量要求选择测量方法。

粗略测量：

直接用示波器测量。

使用双踪示波器的两个通道，同时测量输入信号幅值和输出信号幅值，两者相除就是电压放大倍数。

或者使用单踪示波器，分别测量也可。

需要注意的是，这种测量，在输出信号失真的情况下，是毫无意义的。

测量时，必须按照上述的失真判断方法，密切观察输出信号的失真情况。

精细测量：

用晶体管毫伏表测量。

在保证输出信号没有失真的情况下，直接用晶体管毫伏表，分别测量输入信号和输出信号的有效值，直接相除也是电压放大倍数。

注意，这种测量，要求在测量的同时，一直用示波器监视输出信号，输出失真或者没有监测，测量都无效。

3．输入电阻测量

根据输入电阻的定义，按照图2.1.4所示电路测量。

选择R1与估计的输入电阻近似。

将一定频率的源信号加入us两端，用晶体管毫伏表分别测量us和ui处的电压有效值Us、Ui。

则

    （2.1.2）

4．输出电阻测量

根据输出电阻的定义，按照图2.1.5所示电路测量。

断开开关S，在输入端加入一定频率的正弦信号，观察输出信号，在不失真的情况下，用晶体管毫伏表测量输出电压，记为Uo∞。

闭合开关S，输入信号不变，用晶体管毫伏表测量输出电压，记为UoL,则输出电阻为：

            （2.1.3）

5．频率特性的测量

本实验提供的电路，存在耦合电容C1、C2。

这两个电容对低频信号都有阻断作用。

在实验前，我们就应该知道，在一个相当宽的频率围，本放大器的电压放大倍数基本不变，我们称之为中频放大倍数。

并且，随着输入信号频率的降低，本放大器的电压放大倍数也在降低。

当不断降低输入信号频率，使得电压放大倍数为中频放大倍数的0.707倍时，记录此时的输入信号频率，即为该电路的下限截止频率fL。

依照对应的方法增加输入信号频率，还可以找到上限截止频率fH。

但是由于本电路的fH较大，对设备要求较高，本次实验只进行下限截止频率的测量。

中频电压放大倍数的测量：

对本电路进行估算，可以知道其下限截止频率大约在百赫兹左右，因此，可以选取10倍于fL的值作为输入信号频率的起点，然后依次以1，2，5倍数增加频率，分别测量其放大倍数，当从测量值上看不出频率变化引起的电压放大倍数变化时，说明输入信号频率已经进入中频段，此时的电压放大倍数即为中频电压放大倍数。

下限截止频率的测量：

为了提高测量效率，一般将测量过程分为两步，首先粗测，保持输入信号幅度不变，调节其频率，在示波器上观察输出信号幅度，当其为中频输出幅度的0.7—0.8倍时，进入细测，细调输入信号频率，用晶体管毫伏表分别测量输入、输出信号的有效值，计算的电压放大倍数为中频放大倍数的0.707倍时，记录此时的输入信号频率（可以用频率计、信号源频率显示或者示波器目测获得），即为下限截止频率。

实际上，对于一个已知是一阶高通的放大电路，你只要利用自己认为合适的方法，调节输入信号频率，使得该频率下，电压放大倍数是中频电压放大倍数的0.707倍，这个频率就是下限截止频率。

而对于一个不能完全肯定其频率特性的电路，通常要结合粗测和细测，描绘出电路的幅频特性和相频特性。

本实验仅要求测量电路的下限截止频率。

注意，对频率特性的测量，应该在有负载的情况下进行。

五、数据估算

实验2.1晶体管单级放大器总结报告

一、电路设计、搭接过程

1、原理图：

2、电路搭接：

3、设计、搭接过程

①测量晶体管β值

利用万用表的hfe档，插入晶体管，读取晶体管的β值，并加上修正常数20即可。

②电路设计、搭接

参照原题图2.1.1进行电路搭接。

二、记录、分析静态工作点的调节过程

1、调节过程

利用万用表直流档20V测量晶体管集电极（C）与地之间的电压，调节电位器，令读数为6.00伏。

此时认为

=6.0V，

=3mA。

静态工作点位于交流负载线中点。

2、分析

下面介绍书上给出的调节方法。

对于一个晶体管放大电路，根据设计目的不同，静态工作点的选择也有不同的原则。

一般来说，在没有特殊要求的情况下，静态工作点的选择，从理论上说，就是使其处于交流负载线的中点，也就是让输出信号能够达到最大限度的不失真。

因此，在本实验中，静态工作点的调整，就是用示波器观察输出，让输出信号达到最大限度的不失真。

当按照上述要求搭接好电路，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整步骤如表2.1.1所示：

表2.1.1静态工作点调整现象动作归纳

现象

出现截止失真

出现饱和失真

两种失真都出现

无失真

动作

减小RW

增大RW

减小输入信号

加大输入信号

根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。

当加大输入信号，两种失真同时出现，减小输入信号，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，就是最佳的静态工作点。

去掉输入信号，测量此时的UCQ，就得到了静态工作点。

但这种方法是难以实现的。

因此利用之前的调节，在精度不高的要求下可以满足实验要求。

三、放大倍数的测量过程

1、测量过程

用晶体管毫伏表测量。

在保证输出信号没有失真的情况下，直接用晶体管毫伏表，分别测量输入信号（Ui）和输出信号（Uo）的有效值，直接相除也是电压放大倍数。

这种测量，要求在测量的同时，一直用示波器监视输出信号，输出失真或者没有监测，测量都无效。

用晶体管毫伏表测量。

在保证输出信号没有失真的情况下，直接用晶体管毫伏表，分别测量输入信号和输出信号的有效值，直接相除也是电压放大倍数。

注意，这种测量，要求在测量的同时，一直用示波器监视输出信号，输出失真或者没有监测，测量都无效。

测得数据见“原始数据记录”。

2、误差计算

之前估算

=-102.6

实测

=-100.7

误差w=1.9%

3、误差分析

误差主要来源于晶体管的β值。

β值随静态工作点改变而改变，而本实验中，β使用万用表测量的，不能选择其静态工作点，其测量值是由万用表部提供的。

因此存在较大误差是正常的。

详见心得体会。

四、输入电阻测量过程

1、测量过程

选择R1与估计的输入电阻近似。

将一定频率的源信号加入us两端，用晶体管毫伏表分别测量us和ui处的电压有效值Us、Ui。

则

    （2.1.2）

实验中，选取R1=2kΩ

测得数据见“原始数据记录”。

2、误差计算

之前估算

=2.3kΩ

实测

=2.52kΩ

误差w=8.7%

3、误差分析

由数据可见，实测的输入电阻大于估计的输入电阻。

测量输入电阻时，f=1000Hz,测量的输入电阻中应包含电容C1的容抗、导线阻值等阻抗在，导致实测输入电阻较高。

五、输出电阻测量过程

1、测量过程

根据输出电阻的定义，按照图2.1.5所示电路测量。

断开开关S，在输入端加入一定频率的正弦信号，观察输出信号，在不失真的情况下，用晶体管毫伏表测量输出电压，记为Uo∞。

闭合开关S，输入信号不变，用晶体管毫伏表测量输出电压，记为UoL,则输出电阻为：

            （2.1.3）

测得数据见“原始数据记录”。

2、误差计算

之前估算

=2.0kΩ

实测

=1.97kΩ

误差w=3.0%

3、误差分析

输出电阻的误差较小，在电阻的允许误差围。

六、上、下限截止频率测量过程

1、测量过程

①下限截止频率的测量：

为了提高测量效率，一般将测量过程分为两步，首先粗测，保持输入信号幅度不变，调节其频率（频率减小），在示波器上观察输出信号幅度，当其为中频输出幅度的0.7—0.8倍时，进入细测，细调输入信号频率，用晶体管毫伏表分别测量输入、输出信号的有效值，计算的电压放大倍数为中频放大倍数的0.707倍时，记录此时的输入信号频率（可以用频率计、信号源频率显示或者示波器目测获得），即为下限截止频率。

②上限截止频率的测量：

为了提高测量效率，一般将测量过程分为两步，首先粗测，保持输入信号幅度不变，调节其频率（频率增大），在示波器上观察输出信号幅度，当其为中频输出幅度的0.7—0.8倍时，进入细测，细调输入信号频率，用晶体管毫伏表分别测量输入、输出信号的有效值，计算的电压放大倍数为中频放大倍数的0.707倍时，记录此时的输入信号频率（可以用频率计、信号源频率显示或者示波器目测获得），即为上限截止频率。

测得数据见“原始数据记录”。

2、误差计算

之前估算

=8.78Hz

实测

=9.98Hz

误差w=12.0%

实测

=4.6*

Hz

3、误差分析

1在调节频率使得电压放大倍数为之前的0.707倍时，难以做到数值精确，一般取0.7-0,71之间的某值。

2在测量此时的信号频率时，发现频率波动较大。

这一方面由于信号源本身频率不稳定；另一方面由于测量电路并不稳定。

因此，测得的上、下限截止频率都是近似值。

七、动态围测量过程

1、测量过程

利用万用表电压档测量

=6.034V，利用万用表电流档测得

=2.874mA，进而计算得

=2.874V。

所以，

测得数据见“原始数据记录”。

2、误差计算

之前估算

=6.0V

实测

=5.748V

误差w=4.3%

2、误差分析

测量动态围时，应该不存在系统误差之外的误差引入。

八、对单管放大电路新的认识

①首先，单管放大电路是“简便”的。

以晶体管为核心，易于搭建电路、分析电路。

而且电路结构清晰，实现的功能也很强大（本次实验中电压放大100倍左右）。

②其次，我们应看到单管放大电路的另一面，即它的不稳定性。

这一点在测量上下限截止频率时可以更明显体会出，只能得到一个近似的值。

另外，晶体管对变化较敏感，容易发生截止、饱和失真。

③最后，单管放大电路容易级联，可以利用多级单管放大电路得到很大的电压放大倍数。

九、心得体会和建议

1调节静态动作点时，实际采用的方法只是粗调，书上给出的方法较为麻烦，但精度更高。

2测量电压放大倍数时，误差来自万用表测量β值存在较大误差。

通过学习指导书，了解到利用晶体管图示仪，可以选择合理的静态工作点，测得合理的β值。

详细分析如下。

晶体管的在不同的静态工作点处，具有不同的值。

从晶体管图示仪上，可以清晰地看到图2.1.3所示的图形，也就是教科书上描述的晶体管输出特性曲线。

从图中可以看出，随着I的等增量增加（每次增加10A），u~i曲线的上移速度是不等量的，开始小，中间大，最后又小。

这样就造成Q点处的要大于Q'点的。

在图示仪上读取的方法是：

根据电路参数可以估算出静态工作点，进而在晶体管图示仪上，可以找到这个点Q，如图2.1.3所示。

并且找到相邻的两条曲线（I=30A和I=30A），依靠图示仪屏幕刻度，读取I和I，根据下式可以计算出

 显然，利用晶体管图示仪测量，可以根据静态工作点选择合理的测量位置，其误差一般仅为视觉读数误差。

而数字万用表则不同了，由于数字万用表在测量晶体管时，不能选择静态工作点，其测量值取自万用表部提供的，固定静态工作点处的，比如就是图2.1.3中的Q'点，而不是用户要求的静态工作点处的。

从图中也可以看出，这两点处的，存在较大的差异，是正常的。

因此，根据晶体管随静态工作点明显变化这个特点，数字万用表的测量值，一般情况下仅能作为参考，可信度很低。

在条件许可的情况下，应该尽量使用晶体管图示仪测量晶体管的。

我们必须知道，晶体管的在不同的静态工作点处，具有不同的值。

3测量截止频率时，频率波动较大。

造成上下限截止频率误差较大。

且上限截止频率较难进行粗调。

建议事先给出上限截止频率的参考值。

4知识来源于实践，最终要应用于实践。

进行实验使我对放大电路的理解更深入了。

实验的过程是“知行合一”这个词的最鲜明的注脚。

一十、述实验成果（以20世纪科学家的身份）

我于1945年4月12日进行了一次关于晶体管的实验，事前我并没有料想到我会得到如此激动人心的实验结果，可以说，这次的实验结果将直接改变历史的进程和社会发展的现状。

如上图所示搭接电路，调试完成后（调试使得晶体管工作在放大状态、且静态工作点位于交流负载线中点。

这是为了使得输出不发生失真。

这是在实际应用中需要注意的问题。

此处不展开叙述。

读者如有兴趣，可致电在下交流），在输入端加一个交流小信号，其频率f＝1000Hz，Uopp＝0.01V。

下面我利用晶体管毫伏表测量输入幅度和输出幅度。

发现输出电压竟然是是输入电压的100倍，这是一个多么激动人心的结果！

我用

来描述这个放大关系。

另外，我还发现，这种放大倍数并不一定是恒定的。

它随着频率的改变而改变。

不过，在一个相当长的频率围，

相对恒定，我称之为“中频区”。

当频率减小，至10Hz左右时，发现放大倍数降为原来的0.7倍左右，继续减小频率，放大倍数快速下降。

我称这个频率为“下限截止频率”。

同样的，当增大频率至4.6*

Hz左右时，同样使得放大倍数变为原来的0.7倍，继续增大频率，放大倍数快速下降。

我称这个频率为“上限截止频率”。

这是在实际应用中需要注意的问题之一。

这仅仅是单级放大电路的实验数据。

可以设想，如果我们将多级放大电路级联，则各级电路的放大倍数将得到近似相乘的关系，这将得到一个很大的放大倍数。

我将在两周后尝试这个实验。

请诸君关注我的实验结果报告。

下面，我想谈谈这个电路的实际应用。

“以小博大”是这个电路最突出的特点。

仅仅输入一个很小的信号，得到的输出却是很大的。

在自动控制方面，我们可以用很小的电压去控制高压，这使得工作人员可以处于更安全的环境。

在影音处理方面，可以将声音信号作为输入，放大后，可以作为扩音器使用。

小小的晶体管，将拥有改变世界的力量。

可以预见，伴随着这份成果的成熟和实际应用，无数崭新的产业即将诞生！