单极管放大电路实验报告Word格式文档下载.docx
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要使Vi=0，对于阻容耦合电路，由于存在输入隔直电容，所以信号源的阻不会影响放大器的静态工作点，只要将测试用的信号发生器与待测放大器的输入端断开，即可使Vi=0；
但是输入端开路很可能引入干扰信号，所以最好不要断开信号发生器，而是将信号发生器的“输出幅度”旋钮调节至“0”的位置，使Vi=0。
对于直接耦合放大电路，由于信号源的阻直接影响待测放大器的静态工作点，所以在测量静态工作点时必须将信号发生器连接在电路中，而将输出幅度调节至0。
在实验中，为了不破坏电路的真实工作状态，在测量电路的电流时，尽量不采用断开测点串入电流表的方式来测量，而是通过测量有关电压，然后换算出电流。
在本实验中，只要测出VBQ、VCQ、VCC电压值，便可计算出VBEQ、VCEQ、ICQ、IBQ。
计算公式如下（计算前，需知道RB、RC的值）：
式中：
RB=R1+RW
为减小测量误差，应选用阻较高的直流电压表。
（500型万用表的直流电压档阻为20KΩ／V，数字万用表直流电压档的阻为10MΩ。
）
2静态工作点的调节方法：
图3.2静态工作点与输出波形的关系
静态工作点的设置是否合适，对放大器的性能有很大的影响。
静态工作点对放大器的“最大不失真输出幅值”和电压放大倍数有直接影响。
当输入信号较大时，如果静态工作点设置过低，就容易产生截止失真（NPN管的输出波形为顶部失真。
见图3.2（a））；
如果静态工作点设置较高，就容易出现饱和失真（NPN管的输出波形为底部失真。
见图3.2（b））。
当静态工作点设置在交流负载线的中点时，如果出现失真，将是一种上下半周同时削峰的失真（见图3.2（c））。
这时放大器有最大的不失真输出幅值。
因此，当放大器需要处理大信号时，应将静态工作点设置在交流负载线的中点；
对于前置放大器，由于处理的信号幅度较小，不容易出现截幅现象，而应着重考虑放大器的噪声、增益、输入阻抗、稳定性等方面，所以一般设置静态工作点在交流负载线中点以下偏低位置。
调节静态工作点一般通过改变RB的阻值来进行。
若减小RB的阻值，可使ICQ增大，VCEQ减小；
增大RB则作用相反。
调节工作点前，应先用图解法根据交流负载线确定最佳工作点的值（ICQ、VCEQ），然后给待测放大器加电后，用万用表测量VCEQ，调节RB，使VCEQ达到设计值。
必要时，需要在放大器输入端输入一定幅度的正弦信号，用示波器观察输出波形，并调节RB，使输出信号的失真最小。
实验中，为调节静态工作点方便，RB采用了可变电阻RW（当然，如果改变VCC和其它元件的数值也会影响静态工作点，但都不如调节RB方便）。
实际应用电路中在Q点调节好后，将RW换为阻值相同的固定电阻。
2．放大器动态指标测试：
本次实验中要测试的动态指标如下：
电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、最大不失真输出幅值和通频带fbw。
实用放大电路常常还要测试谐波失真系数、噪声系数、灵敏度、最大不失真输出功率、电源效率等参数。
这些参数也很重要，但限于实验课时限制，本次实验不进行测试。
1电压放大倍数AV的测量：
首先调节放大器静态工作点至规定值。
用低频信号发生器（XD22型）输出1KHz正弦波信号VS，用屏蔽线将正弦波信号接至放大器的输入端（线路图中的A点和地之间，注意将屏蔽线的外层屏蔽网接地）。
调节信号发生器输出幅度为规定值，用示波器（XJ4241型）观察输出电压VO的波形，注意输出不应产生失真。
如果存在失真，应再次检查静态工作点和电路元件的数值，这些方面都正确的话，应减小输入信号的幅值。
用电子管毫伏表（GB-9型）测量Vs、Vi、Vo，由下式计算：
图中Vi、Vs、Vo以电子管毫伏表测得，用示波器观察输出波形在不失真情况下测量。
2输入电阻Ri的测量：
根据输入电阻的公式可知：
由于输入电流Ii的直接测量比较困难（直接在输入端串入电流表测量Ii将对放大器引入较大的干扰信号），所以在测量Ii时，采用了间接测量的方法。
在电路输入端串入采样电阻RS，用电子管毫伏计测量RS两端的电压Vs和Vi，由RS上的电压降便可换算出输入电流Ii。
公式如下：
根据Vi和Ii便可计算出Ri。
3输出电阻RO的测量：
根据输出电阻的公式可知：
VO’—负载电阻RL开路时的输出电压（将图3.1中的C、D开路）
VO—带负载输出电压，连接RL后测得。
然后按公式计算RO。
在上述测量过程中注意保持输入电压Vi的频率和幅值不变。
4最大不失真输出幅值的测量：
（最大动态围）
放大器的静态工作点确定之后，其“最大不失真输出幅值”就确定了，但由于Q点不一定是在交流负载线的中点，所以不一定是该电路能够达到的最大值。
测试“最大不失真输出幅度”的电路接线同AV的测试电路相同。
在测量过程中，将输入信号VS的幅值由小逐渐增大，并注意观测VO的波形，当波形刚开始出现失真时，这时的输出电压VO的幅度就是该电路对应当前工作点的“最大不失真输出幅度”。
记录该波形和幅值，并注意首先出现的是“截止失真”还是“饱和失真”，可分析出静态工作点是偏低（首先出现截止失真）还是偏高（首先出现饱和失真）。
参看图3.2的失真波形。
为使电路能达到最大的不失真输出幅度，应该将静态工作点调节到交流负载线的中点。
为此，应根据当前工作点情况，将Q点适当调高（Q点偏低时）或调低（Q点偏高时）。
同时，逐步增大输入信号的幅度，用示波器监视输出波形，每当波形出现失真时，就根据失真情况微调RW，改变静态工作点，使失真消除。
当波形上下半周同时出现削峰现象时，说明静态工作点已调节在交流负载线的中点上，用示波器测量最大不失真输出电压的幅值VOP-P，或用电子管毫伏表测量最大不失真输出电压的有效值VOM有效。
两者之间的关系为：
VOP-P＝2
VOM有效。
5
放大器频率特性的测量
放大器频率特性反映了放大器对不同频率输入信号的放大能力。
放大器的频率特性用频率特性曲线来表示。
频率特性曲线直观的反映出电压放大倍数AV、附加相移ΔΦ与输入信号的频率f之间的关系。
单管阻容耦合放大器的频率特性曲线如图3.4所示。
Avm为中频（信号频率f0=1KHz）电压放大倍数。
当输入信号频率的变化时，电压放大倍数下降3dB（为中频放大倍数的
≈0.707倍）时对应的频率分别称为下限截止频率和（fL）和上限截止频率（fH），并定义通频带fbw为：
fbw=fH-fL
由于放大器的AV不能直接测得，而是测出Vi和Vo之后根据公式：
计算而得，所以一般采用如下方法测量放大器的上、下限截止频率：
固定信号发生器的输出Vi的幅值不变，改变其输出频率，这时VO的变化即代表了AV的变化。
先将信号发生器的频率设为1KHz，用示波器观察放大电路的输出波形不失真，测量这时示波器显示的输出幅值VOmp或用毫伏表测量放大电路的输出有效值VOm，在保证输出信号不失真的前提下，可微调信号发生器的输出幅度，使放大器的输出电压易于读数（指针指示某一整数值）。
然后保持信号发生器的输出幅值不变，逐渐改变信号发生器的输出频率，记录对应该频率点的放大器输出电压VO，当信号频率较低或较高时，VO将下降。
这时应减小每次的频率变化增量，仔细寻找使VO=0.707VOm时的频率值f，该频率值就是fL或fH。
为减少测量所用的时间，在中频段，因放大电路的输出电压有较宽的一段基本不变，所以调节频率可适当粗一些，而在放大器输出电压发生变化时，应多测几点，以保证测量的准确性。
测试时，必须保证输入信号的幅值不变，只改变频率。
所以应使用双踪示波器同时监视Ui和Uo，当改变输入信号频率时，如果幅值有所改变，应调整信号发生器的输出幅值旋钮使Ui幅值与初始值相同。
6干扰和自激振荡的消除：
参看附录。
三、实验容：
实验电路如图3.1所示。
先画出装配图，然后焊接电路。
电路焊接好后，经检查无误，将实验电路与各电子仪器正确连接，再次检查无误后（特别要注意稳压电源的输出电压和极性、万用电表的量程），向下进行通电调试。
为防止干扰，信号发生器、示波器、毫伏表的屏蔽线外层屏蔽网和稳压电源的负极应接在公共地线上。
（二）参数测试
1．测量静态工作点：
先将RW调至阻值最大位置，稳压电源输出调至12V，信号发生器的输出幅度调节为0，再接通电源。
用万用表监视ICQ（参看前面介绍测量ICQ的方法），调节RW，使ICQ=2mA（即VCQ=6V），用数字万用表的直流电压档测量VBQ、VEQ、VCQ，断开电源后，用电阻档测量RB2,记入表3.1中。
表3.1ICQ=2mA
测量值
理论计算值
VBQ（V）
VEQ（V）
VCQ（V）
RB（KΩ）
VBEQ（V）
VCEQ（V）
ICQ（mA）
2.729
2.0240
7.12
60K
0.7
5.2
2
61K
2．测量电压放大倍数：
保持ICQ=2mA不变
在放大器输入端加入频率为1000HZ的正弦信号VS，调节低频信号发生器的输出幅度，使Vi=5mV，同时用示波器观察放大器输出电压VO的波形，在保持波形不失真的条件下，用交流毫伏表测量下述两种情况下的VO值，并用双踪示波器同时观察VO和Vi的相位关系，并计算出AV，把结果记入表3.2。
表3.2ICQ=2mAVi=5mV
RC（KΩ）
RL（KΩ）
VO（V）
AV
2.4
∞
0.933
93.3
0.469
46.9
记录Vi和Vo的波形。
3．观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置RC=3KΩ，RL=∞，Vi适当（≈10mV），调节RW，用示波器监视输出电压波形，在VO不失真的条件下，通过调节Rb改变ICQ的值，测量ICQ为1mA和3mA时VO的值，记入表3.3，并计算出AV，与2mA的AV值比较。
表3.3RC=3KΩRL=∞
1
3
Vi（mV）
10.0
Vo（V）
0.49
0/933
1.22
49.0
122
测量ICQ时，注意将低频信号发生器的输出幅度调到0。
4．观察静态工作点对输出波形失真的影响
置RC=3KΩ，RL=3KΩ，Vi=0，调节RW使ICQ=3mA，测出VCEQ值，记入表3.4中。
再逐步加大输入信号Vi，使输出幅值最大但不失真，然后保持输入信号幅值不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，画出VO的波形，并测出失真情况下的ICQ和VCEQ值，把结果记入表3.4中。
每次测ICQ和VCEQ时，注意应使输入信号为0。
表3.4RC=3KΩRL=∞Vi=mV
VO波形
失真类型
Q点位置
0.83
0.68
截止失真
截止
2.0
0.847
不失真
放大
3.1
1.203
饱和失真
饱和
6．测量输入电阻和输出电阻
置RC=3KΩ，RL=3KΩ，ICQ=2mA。
输入1KHZ正弦信号，在输出电压VO不失真的情况下，用交流毫伏表测出Vs，Vi，和VO，记入表3-6；
然后，保持Vi不变，断开RL，测得VO，记入表3-6中，并计算得到Ri、Ro的计算值。
表中的理论值是指根据电路图计算得到的值。
计算时，rbb’可取100Ω。
表3-6RC=3KΩRL=3KΩICQ=2mA
VS
（mV）
Vi
（mA）
Ri（KΩ）
Vo’
（V）
Vo
Ro（KΩ）
测量计算值
理论值
360
680
2.1K
0.95
0.48
2.534K
*7．测量幅频特性曲线
置RC=3KΩ，RL=3KΩ，ICQ=2mA，保持输入信号的幅值不变（Vs或Vi约10mV），改变信号频率f，逐点测出相应
20
0.45
500
0.5
20000
0.55
30000
0.6
70000
0.65
100000
600000
0.71
1000000
0.72
2000000
4000000
6000000
7000000
0.69
8000000
8500000
的输出电压记入表3-7。
表3-7Vi=2mV
四、实验设备与器件：
1．晶体管直流稳压电源（型号DH1718）：
调节输出电压为＋12V；
2．低频信号发生器（型号XD22）；
3．双踪示波器（型号XJ4241）；
4．交流毫伏表（型号GB-9）；
5．万用电表（型号500）；
6．数字万用表（型号D803或D809）；
7．电烙铁、焊锡、松香
8．晶体三极管（型号9011、9013或3DG6）；
9．电位器（可变电阻）2MΩ；
10．电阻、电解电容器。
1．直流负载线方程：
2．交流负载线方程：
3．负载线图：
①当ICQ=2mA时，图见F3.1。
图F3.1
图F3.2
式中V’是交流负载线在VCE轴上的辅助点
由图中可知Q点位于交流负载线较低位置，最大输出幅度为：
VOm=ICQRL’≈3V。
②求最大不失真幅值
公式：
当Q点位于交流负载线中点时，由交流负载线图可知，应有：
因此可由下式联立求得VCEQ和ICQ：
V’=8V
当取此工作点时，Q点位于交流负载线中点，放大器有最大的“最大不失真输出幅度”。
见图F3.2。
这时，最大输出幅度为：
VOm=VCEQ=ICQRL’=4V
4．Rb的计算：
根据：
设三极管β=150
①当ICQ=2mA时，Rb=848KΩ
②当最大输出幅度时，ICQ=2.67mA，Rb=635KΩ
5．AV的估算值：
①当ICQ=2mA时，rbe为：
②RL’=RC∥RL=3K∥3K=1.5K
③根据公式：
（带负载时）
空载时比上值大一倍，即214倍。
④输出电压
当Vi=10mV时，VO≈10×
107≈1V（带负载）或2V（空载）
6．输入电阻：
Ri≈rbe=2.1K
当RS取3K、Vi取10mV时，
RS上的压降为3K×
4.76μA=14.3mV
所以，当Vi为10mV时，VS应为10+14.3=24.3mV。
这个值与实测值可能会有误差，因为rbe的计算值是根据rbb’等于100Ω得出的。
实际rbb’可能不是100Ω。
7．输出电阻：
思考题
1,RO≈RC=3K如果在实验电路中，将NPN型晶体管换成PNP型晶体管，试问VCC及电解电容极性应如何改动？
答案：
仪器的技术指标应当满足参数测量围要求，这是选择仪器的基本要求
2、在示波器上显示的NPN和PNP型晶体管放大器输出电压的饱和失真波形和截止失真波形是否相同？
叙述其理由。
不相同，与原电路极性相反
3、从示波器观察到一顶部失真的波形，能直接判定这是哪种失真吗？
为什么？
波形的波形相同，但是极性相反，因为是两管子电源极性相反；
4、放大器的外接负载RL对放大器的动态围有何影响？
在什么情况下，可近似认为RL对动态围没有影响？
影响动态输出电压围，当负载很大时，可以认为没有影响
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