电工单管放大实验.docx
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电工单管放大实验
实验一 晶体管共射极单管放大器（验证性实验）
一、实验目的
1、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。
2、掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验原理
图8-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。
当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。
图8-1共射极单管放大器实验电路
在图8-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的
基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算
UCE＝UCC-IC（RC＋RE）
电压放大倍数
输入电阻
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8-2（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8-2（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8-2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8-3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8-3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8-4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8-4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8-4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8-5）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8-5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8-6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8-6幅频特性曲线图8-7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8-7所示）
10、电阻器、电容器若干
四、实验内容
实验电路如图8-1所示。
各电子仪器可按实验一中图8-1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8-1。
表8-1IC＝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Ui10mV，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8-2。
表8-2Ic＝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
∞
2.4
2.4
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。
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、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？
3、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？
4、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？
5、在测试AV，Ri和RO时怎样选择输入信号的大小和频率？
6、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？
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