模电实验教案Word格式文档下载.docx

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　Ri＝RB1//RB2//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UE。

一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用

算出IC（也可根据

，由UC确定IC），同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。

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IC（或UCE）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UCC、RC、RB（RB1、RB2）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RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。

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ui，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Ui和UO，则

2）输入电阻Ri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Ui，则根据输入电阻的定义可得

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US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR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Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。

　　3）　输出电阻R0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UO和接入负载后的输出电压UL，根据

即可求出

　　在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

　　4）最大不失真输出电压UOPP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RW（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UO（有效值），则动态范围等于

。

或用示波器直接读出UOPP来。

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

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AU。

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

3DG9011（NPN）

3CG9012（PNP）

9013（NPN）

图2－6幅频特性曲线图2－7晶体三极管管脚排列

　　三、实验设备与器件

　　1．＋12V直流电源　　　　　　2．函数信号发生器

　　3．双踪示波器　　　　　　　　4．交流毫伏表

5．直流电压表6．直流毫安表

　　7．频率计　　　　　　　　　8．万用电表

　　9．晶体三极管3DG6×

1（β＝50～100）或9011×

1（管脚排列如图2－7所示）

10.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RW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RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。

记入表2－1。

表2-1IC＝2mA

测量值

计算值

UB（V）

UE（V）

UC（V）

RB2（KΩ）

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Ui

10mV，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

RC（KΩ）

RL（KΩ）

Uo（V）

AV

观察记录一组uO和u1波形

2.4

∞

1.2

3．观察静态工作点对电压放大倍数的影响

　　置RC＝2.4KΩ，RL＝∞，Ui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。

表2－3　　　　RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝　　mV

2.0

UO（V）

　　测量IC时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使Ui＝0）。

4．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，ui＝0，调节RW使IC＝2.0mA，测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u0足够大但不失真。

然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表2－4中。

每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表2－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝　　mV

u0波形

失真情况

管子工作状态

5．测量最大不失真输出电压

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，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RW，用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值，记入表2－5。

表2－5RC＝2.4KRL＝2.4K

Uim（mV）

Uom（V）

UOPP（V）

*6．测量输入电阻和输出电阻

　置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，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，Ui和UL记入表2-6。

　　保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-6。

表2-6　Ic＝2mARc＝2.4KΩRL＝2.4KΩ

US

（mv）

Ui

Ri（KΩ）

UL（V）

R0（KΩ）

测量值

计算值

　　*7．测量幅频特性曲线

取IC＝2.0mA，RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。

保持输入信号ui的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压UO，记入表2－7。

表2－7Ui＝mV

flfofn

f（KHz）

AV＝UO/Ui

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6、7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RC，RL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：

3DG6的β＝100，RB1＝20KΩ，RB2＝60KΩ，RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。

　　估算放大器的静态工作点，电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO

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UBE的方法？

4．怎样测量RB2阻值？

　　5．当调节偏置电阻RB2，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UCE怎样变化？

6．改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响？

改变外接电阻RL对输出电阻RO有否影响？

7．在测试AV，Ri和RO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K1、K2断开，则前级（Ⅰ）为典型电阻分压式单管放大器；

如将K1、K2接通，则前级（Ⅰ）与后级（Ⅱ）接通，组成带有电压串联负反馈两级放大器。

附图2－1

实验四　　负反馈放大器

　　加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。

　　负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。

因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。

　　负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。

本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。

1、图4－1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过Rf把输出电压uo引回到输入端，加在晶体管T1的发射极上，在发射极电阻RF1上形成反馈电压uf。

根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。

主要性能指标如下

1）闭环电压放大倍数

　　其中　AV＝UO／Ui—基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大倍数。

　　1＋AVFV—反馈深度，它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。

图4－1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器

2）反馈系数

3）　输入电阻　

　Rif＝（1＋AVFV）Ri

　　　　Ri　—基本放大器的输入电阻

4）输出电阻　

　　RO—基本放大器的输出电阻

　　AVO—基本放大器RL＝∞时的电压放大倍数

　　2、本实验还需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本放大器呢？

不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈作用，但又要把反馈网络的影响（负载效应）考虑到基本放大器中去。

为此:

　1）在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令uO＝0，此时Rf相当于并联在RF1上。

　　2）　在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T1管的射极）开路，此时（Rf＋RF1）相当于并接在输出端。

可近似认为Rf并接在输出端。

　根据上述规律，就可得到所要求的如图4－2所示的基本放大器。

图4－2基本放大器

　　1、　＋12V直流电源　　　　　2、　函数信号发生器

　　3、　双踪示波器　　　　　　4、频率计

　　5、交流毫伏表　　　　　　6、直流电压表

　　7、晶体三极管3DG6×

2（β＝50～100）或9011×

2

电阻器、电容器若干。

　　1、　测量静态工作点

按图4－1连接实验电路，取UCC＝＋12V，Ui＝0，用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表4-1。

　　表4－1

第一级

第二级

2、测试基本放大器的各项性能指标

　　将实验电路按图4－2改接，即把Rf断开后分别并在RF1和RL上，其它连线不动。

　　1）　测量中频电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO。

①以f＝1KHZ，US约5mV正弦信号输入放大器，用示波器监视输出波形uO，在uO不失真的情况下，用交流毫伏表测量US、Ui、UL，记入表4－2。

　表4-2

基本放大器

UL

（V）

UO

Ri

（KΩ）

RO

负反馈放大器

AVf

Rif

ROf

②保持US不变，断开负载电阻RL（注意，Rf不要断开），测量空载时的输出电压UO，记入表4－2。

　　2）　测量通频带

接上RL，保持1）中的US不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、下限频率fh和fl，记入表4－3。

3、测试负反馈放大器的各项性能指标

　　将实验电路恢复为图4－1的负反馈放大电路。

适当加大US（约10mV），在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的AVf、Rif和ROf，记入表4－2；

测量fhf和fLf，记入表4－3。

表4－3

fL（KHz）

fH（KHz）

△f（KHz）

fLf（KHz）

fHf（KHz）

△ff（KHz）

*4、观察负反馈对非线性失真的改善

　　1）实验电路改接成基本放大器形式，在输入端加入f＝1KHz的正弦信号，输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，记下此时的波形和输出电压的幅度。

　　2）再将实验电路改接成负反馈放大器形式，增大输入信号幅度，使输出电压幅度的大小与1）相同，比较有负反馈时，输出波形的变化。

　　五、实验总结

　　1、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。

　　2、根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。

　　1、复习教材中有关负反馈放大器的内容。

　　2、按实验电路4－1估算放大器的静态工作点（取β1＝β2＝100）。

　　3、怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？

为什么要把Rf并接在输入和输出端？

　　4、估算基本放大器的AV，Ri和RO；

估算负反馈放大器的AVf、Rif和ROf，并验算它们之间的关系。

　　5、如按深负反馈估算，则闭环电压放大倍数AVf＝？

和测量值是否一致？

为什么？

　　6、如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？

7、怎样判断放大器是否存在自激振荡？

如何进行消振？

如果实验装置上有放大器的固定实验模块，则可参考实验二附图2－1进行实验。

实验五　射极跟随器

　　1、掌握射极跟随器的特性及测试方法

　　2、进一步学习放大器各项参数测试方法

射极跟随器的原理图如图5－1所示。

它是一个电压串联负反馈放大电路，它具有输入电阻高，输出电阻低，电压放大倍数接近于1，输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入、输出信号同相等特点。

图5－1射极跟随器

射极跟随器的输出取自发射极，故称其为射极输出器。

1、输入电阻Ri

图5－1电路

Ri＝rbe＋（1＋β）RE

如考虑偏置电阻RB和负载RL的影响，则

Ri＝RB∥[rbe＋（1＋β）（RE∥RL）]

由上式可知射极跟随器的输入电阻Ri比共射极单管放大器的输入电阻Ri＝RB∥rbe要高得多，但由于偏置电阻RB的分流作用，输入电阻难以进一步提高。

输入电阻的测试方法同单管放大器，实验线路如图5－2所示。

图5－2射极跟随器实验电路

即只要测得A、B两点的对地电位即可计算出Ri。

　　2、输出电阻RO

如考虑信号源内阻RS，则

由上式可知射极跟随器的输出电阻R0比共射极单管放大器的输出电阻RO≈RC低得多。

三极管的β愈高，输出电阻愈小。

输出电阻RO的测试方法亦同单管放大器，即先测出空载输出电压UO，再测接入负载RL后的输出电压UL，根据

即可求出RO

3、电压放大倍数

图5－1电路

≤1

上式说明射极跟随器的电压放大倍数小于近于1，且为正值。

这是深度电压负反馈的结果。

但它的射极电流仍比基流大（1＋β）倍，所以它具有一定的电流和功率放大作用。

4、电压跟随范围

电压跟随范围是指射极跟随器输出电压uO跟随输入电压ui作线性变化的区域。

当ui超过一定范围时，uO便不能跟随ui作线性变化，即uO波形产生了失真。

为了使输出电压uO正、负半周对称，并充分利用电压跟随范围，静态工作点应选在交流负载线中点，测量时可直接用示波器读取uO的峰峰值，即电压跟随范围；

或用交流毫伏表读取uO的有效值，则电压跟随范围

U0P－P＝2

　　1、＋12V直流电源　　　　　　2、函数信号发生器

　　3、双踪示波器　　　　　　　4、交流毫伏表

　　5、直流电压表6、频率计

　　7、3DG12×

1（β＝50～100）或9013

　　按图5－2组接电路

1、静态工作点的调整

接通＋12V直流电源，在B点加入f＝1KHz正弦信号ui，输出端用示波器监视输出波形，反复调整RW及信号源的输出幅度，使在示波器的屏幕上得到一个最大不失真输出波形，然后置ui＝0，用直流电压表测量晶体管各电极对地电位，将测得数据记入表5－1。

表5－1

IE（mA）

在下面整个测试过程中应保持RW值不变（即保持静工作点IE不变）。

2、测量电压放大倍数Av

接入负载RL＝1KΩ，在B点加f＝1KHz正弦信号ui，调节输入信号幅度，用示波器观察输出波形uo，在输出最大不失真情况下，用交流毫伏表测Ui、UL值。

记入表5－2。

表5－2

Ui（V）

3、测量输出电阻R0

接上负载RL＝1K，在B点加f＝1KHz正弦信号ui，用示波器监视输出波形，测空载输出电压UO，有负载时输出电压UL，记入表5－3。

表5－3

U0（V）

RO（KΩ）

4、测量输入电阻Ri

在A点加f＝1KHz的正弦信号uS，用示波器监视输出波形，用交流毫伏表分别测出A、B点对地的电位US、Ui，记入表5－4。

表5－4

US（V）

5、测试跟随特性

接入负载RL＝1KΩ，在B点加入f＝1KHz正弦信号ui，逐渐增大信号ui幅度，用示波器监视输出波形直至输出波形达最大不失真，测量对应的UL值，记入表5－5。

表5－5

6、测试频率响应特性