厦门大学电子技术实验四单级放大电路Word文档下载推荐.docx
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2.学习放大电路的调试方法
3.掌握放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带测量方法
4.研究负反馈对放大器性能的影响;
了解设计输出器的基本性能
5.了解静态工作点对输出波形的影响和负载对放大倍数的影响
二、实验原理
(一)单级低频放大器的模型和性能
1、单级低频放大器的模型:
单级低频放大器能将频率从几十Hz~几百kHz的低频信号进行不失真地放大,是放大器中最基本的放大器,单级低频放大器根据性能不同可分为基本放大器和负反馈放大器。
从放大器的输出端取出信号电压(或电流)经过反馈网络得到反馈信号电压(或电流),送回放大器的输入端称为反馈。
若反馈信号的极性与原输入信号的极性相反,则为负反馈。
根据输出端的取样信号(电压或电流)与送回输入端的连接方式(串联或并联)的不同,一般可分为四种反馈类型——电压串联反馈、电流串联反馈、电压并联反馈和电流并联反馈。
负反馈是改变放大器及其他电子系统特性的一种重要手段。
负反馈使放大器的净输入信号减小,因此放大器的增益下降;
同时改善了放大器的其他性能:
提高了增益稳定性,展宽了通频带,减小了非线性失真,以及改变了放大器的输入阻抗和输出阻抗。
负反馈对输入阻抗和输出阻抗的影响跟反馈类型有关。
由于串联负反馈是在基本放大器的输入回路中串接了一个反馈电压,因而提高了输入阻抗,而并联负反馈是在输入回路上并联了一个反馈电流,从而降低了输入阻抗。
凡是电压负反馈都有保持输出电压稳定的趋势,与此恒压相关的是输出阻抗减小;
凡是电流负反馈都有保持输出电流稳定的趋势,与此恒流相关的是输出阻抗增大。
2、单级电流串联负反馈放大器与基本放大器的性能比较:
电路图2是分压式偏置的共射基本放大电路,它未引入交流负反馈。
电路图3是在图2的基础上,去掉射极旁路电容Ce,这样就引入了电流串联负反馈。
3、射极输出器的性能:
射极输出器是单级电压串联负反馈电路,由于它的交流输出电压VQ全部反馈回输入端,故其电压增益:
输入电阻:
Rif=Rb//[rbe+(1+β)RL’],式中RL’=Rc//RL
输出电阻:
Rof=Re//[(Rb//Rs)+rbe]/(1+β)
射极输出器由于电压放大倍数Avf≈1,故它具有电压跟随特性,且输入电阻高,输出电阻低的特点,在多级放大电路中常作为隔离器,起阻抗变换作用。
(二)放大器参数及其测量方法
1、静态工作点的选择:
放大器要不失真地放大信号,必须设置合适的静态工作点Q。
为获得最大不失真输出电压,静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线中点,若选得太高就容易饱和失真,太低容易截止失真。
若放大器对小信号放大,由于输出交流幅度很小,非线性失真不是主要问题,故Q点不一定要选在交流负载线中点,一般前置放大器的工作点都选的低一点,降低功耗和噪声,并提高输入阻抗。
采用简单偏置的放大电路,其静态工作点将随温度变化而变化,若采用电流负反馈分压式偏置电路,具有自动稳定工作点的能力,获得广泛应用。
2、静态工作点测量与调试:
根据定义,静态工作点是指放大器不输入信号且输入端短路(接电路COM)时,三极管的电压和电流参数。
静态工作点只测量三极管三级对电路COM的直流电压(VBQ、VEQ、VCQ),通过换算得出静态工作点的参数。
VBEQ=VBQ-VEQ;
VCEQ=VCQ-VEQ;
ICQ=VEQ/RE
3、单极放大电路的电压放大倍数Av
低频放大器的电压放大倍数是指在输出不失真的条件下,输出交流电压与输入交流电压的比值:
式中:
RL’=Rc//RL,;
4、放大倍数的测量
放大倍数按定义式进行测量,即输出交流电压与输入交流电压的比值。
通常采用示波器比较测量法(适用于非正弦电压)和交流电压表测量(适用于正弦电压)。
5、输入阻抗的测量
放大器输入阻抗为从输入端向放大器看进去的等效电阻,即:
Ri=Vi/Ii;
该电阻为动态电阻,不能用万用表测量。
为避免测量输入电路中电流,改为测电压进行换算。
6、输出阻抗测量
放大器输出阻抗为从输出端向放大器看进去的等效电阻,即:
Ro=Vo/Io;
若输出回路不并接负载RL,则输出测量值为:
Vo∞;
若输出回路并接负载RL,则输出测量值为:
VoL,则:
7、放大器幅频特性
放大器幅频特性是指放大器的电压放大倍数与频率的关系曲线。
在中频段,电压放大倍数为最大值Av=Avm。
在低频段和高频段,由于上述各种因素的影响不可忽略,使电压放大倍数下降。
通常将电压放大倍数下降到中频段Avm的0.707倍时所对应的频率,称为放大器的上限频率fH和下限频率fL,fH与fL之差称为放大器的通频带,即Δf0.7=fH-fL。
在保证输入Vi不变的情况下,改变输入信号频率(升高、下降),使输出Vo下降为中频时的0.707倍,则对应的频率即为fH、fL。
三、实验仪器
1、示波器1台
2、函数信号发生器1台
3、直流稳压电源1台
4、数字万用表1台
5、多功能电路试验箱1台
6、交流毫伏表1台
四、实验内容及数据
1、搭接实验电路:
按电路图10在实验箱搭接实验电路(或参照连接图11)。
检查电路连接无误后,方可将+12V直流电源接入电路。
仿真:
2、静态工作点的测量和调试:
按静态工作点测试方法进行测量与调试,要求ICQ≈1.3mA,测量值填入表2。
表2静态工作点测量
静态工作点测量值
VEQ(V)
VBQ(V)
VCQ(V)
测量计算
ICQ(mA)
VBEQ(V)
VCEQ(V)
41/2数字表(DCV)
1.3
1.9235
5.317
0.6235
4.017
VBQ:
VCQ:
3、基本放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测量
外加输入信号从放大器Vs端输入信号:
频率f=2kHz的正弦信号,R=1k,使Vip-p=30mV。
在空载情况下,用示波器同时观察输入和输出波形(Vi和Vo),若输出波形失真,应适当减小输入信号。
表3电压放大倍数、输入电阻、输出电阻测量
测量(41/2数字表ACV)
计算
Vs(mv)
Vi(mv)
Vo
VOL
AV
AVL
Ri
Ro
13.38
10.32
1.7281
1.0720
167.5
103.9
3.373kΩ
3.121kΩ
测Vs
测Vi
测Vo
测VOL
4、放大器上限、下限频率的测量
保持输入信号Vp-p=30mV不变,当f=2kHz时,用示波器观察并测量输出电压VOL。
当频率从2kHz向高端增大时,使输出电压下降到0.707VOL时,记下此时信号发生器的频率,即为上限频率fH;
同理,当频率向低端减小时,使输出电压下降到0.707VOL时,记下此时信号发生器的频率,即为下限频率fL;
测量过程应保持Vi不变和波形不失真。
表4放大器上、下限频率的测量
fH
fL
B=fH-fL
364kHz
242Hz
122kHz
仿真电路:
5、电流串联负反馈放大器参数测量
将Ce去掉,R改为10k,使Vip-p=300mV,重复实验3步骤。
表5负反馈放大器参数测量
Vo(V)
VOL(V)
193.05
106.70
0.5203
0.2618
4.876
2.454
12.357KΩ
5.036KΩ
五、结果分析
1、实验中误差产生的原因:
(1)可能是信号发生器产生的信号频率不稳定。
(2)实验仪器本身存在的系统误差。
(3)实验中所用的电阻阻值、电容大小等存在误差。
(4)受到桌面振动的影响等。
2、处理实验数据所用的公式:
(1)计算VBEQ,VCEQ,ICQ:
ICQ=VEQ/RE
(2)计算Ri所用的公式:
(3)计算Ro所用公式:
3、通过对实验所得数据与用仿真软件实验所得数据进行比较,发现实验存在一定误差,但是在一定范围内可以接受。
六、实验总结
1、在进行实验时,一开始发现总是无法将VE调到1.3V,经过检查发现是将51kΩ的电阻和15kΩ的电阻接反了,实验时一定要细心,否则会浪费大量的时间和精力。
2、而且输入信号不可无限制增大,当输入信号达到一定程度后输出信号会产生失真。
3、三极管的静态工作点应符合VCQ>
VBQ>
VEQ。
4、铝电解电容器接入电路时要注意区分正负极,靠近三极管的一侧均接正极。
七、思考题
1、如何根据静态工作点判别电路是否在放大状态?
由测得的数据计算UCEQ,若UCEQ≈UE/2,电路处于放大状态,若UCE约等于UE,则处在截止状态,若UCE≤0.1(PNP锗管)或0.3(NPN硅管),则处在饱和状态。
2、按实验电路10,若输入信号增大到100mV,输出电压=?
是否满足Vo=Av*Vi,试说明原因。
输出电压为2.713V,并不满足Vo=Av*Vi,通过观察波形我们发现,此时波形已经发生了明显的截止失真。
因为输入信号电压过大,导致静态工作点位置太低,晶体管进入截止区工作,输出电压的正半周被削平。
这是由于晶体管的截止而引起的。