东南大学信息学院模电实验三.docx

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东南大学信息学院模电实验三

实验内容：

一、晶体三极管放大器仿真实验

1、根据图3-1所示电路，在Multisim中搭建晶体三极管2N3904单级放大电路。

加入峰峰值=50mV，频率=10kHz的正弦波。

仿真设置：

Simulate--Run。

结果查看：

采用Agilent示波器XSC1，查看输入、输出两路波形。

双击该器件，出现示波器界面。

调整2个通道的显示方式，将它们的波形显示出来，并采用测量工具，测试输入、输出波形的峰峰值，计算得到电压增益

，填入表格3-1。

解：

输入波形峰峰值：

50mV输出波形峰峰值：

886.33mV

因此可得：

表3-1：

晶体三极管放大器增益

计算值

仿真值

实测值

放大器增益

-18.09

-17.73

-17.22

2、变输入信号幅度峰峰值，取Vinpp=100mV，Vinpp=200mV，Vinpp=300mV，重新进行瞬态仿真和频谱分析，截取各输入条件下的输入输出波形图和频谱分析图，填入表3-2。

表3-2：

不同输入情况下的输入输出波形图

瞬态波形图

频谱分析

Vinpp=50mV

瞬态波形图

频谱分析

Vinpp=100mV

瞬态波形图

频谱分析

Vinpp=200mV

瞬态波形图

频谱分析

Vinpp=300mV

思考题：

请说明不同输入情况下的输出波形有何差异，并尝试解释其原因。

答：

1、差异：

①在输入正弦波频率不变的情况下，输出波形峰峰值随输入波形峰峰值的增大而增大，但是增幅逐渐减小。

②峰峰值50mV--300mV逐渐增大，放大器的电压增益

呈现先增大后减小的趋势，甚至当输入波形的峰峰值增大到一定程度时，输出波形出现失真。

2、原因：

放大器的电压传输特性是非线性的，只在小信号变化的范围内近似为线性，当输入信号幅度逐渐增大时，电压达到非线性区域，就会出现信号的失真。

3、取输入信号为Vinpp=100mV，在信号源上串联一个电阻表征信号源内阻，如图3-2所示。

取该电阻为50Ω、1kΩ和10kΩ重新进行仿真，截取不同电阻情况下的输入输出波形图，并估算源电压增益

，填入表3-3。

图3-2.信号源内阻

表3-3：

不同信号源内阻的输入输出波形图

电压增益

-17.59

电压增益

-17.64

电压增益

-17.73

源电压增益

-17.50

源电压增益

-15.94

源电压增益

-8.59

R=50Ω

R=1kΩ

R=10kΩ

思考题：

请说明不同源电阻情况下的电压增益的差异，并据此估算出晶体管放大器的内阻。

答：

①当源电阻增大时，电压增益增大，但是电压源增益减小。

②由【实验预习】中的仿真值可知，

17.73，因此，可估算出晶体管放大器的内阻为10kΩ。

4、改变旁路电容CE1，将其接在节点2和地之间，重新仿真图3-1，观察到什么现象？

为什么？

改变输入信号幅度，重新获得不失真波形，并测得此时的电压增益，与原电压增益比较，得到何种结果？

请解释原因，并将两种增益值填入表3-4。

（1）将旁路电容接在节点2和地之间，现象（即输入输出波形）如图3-3所示。

图3-3.改变旁路电容，将其接在节点2和地之间，输入输出波形图

（2）改变输入信号峰峰值为40mV，重新获得不失真波形，如图3-4所示。

图3-4.改变输入信号幅度，重新获得不失真波形

表3-4：

CE1不同接法时的放大器增益

CE1接于3-0

CE1接于2-0

电压增益

-17.73

-72.75

分析：

①改变旁路电容的节点后，输出波形出现失真现象。

通过调节输入信号幅度，获得不失真波形，由表中数据可以看出，此时增益为72.75，与原电压增益相比，电压增益急剧增大。

②出现这种现象的原因：

放大器的电压传输特性是非线性的，只有当输入信号幅度以及增益不大时才为线性输出。

而当旁路电容CE1接在节点2和地之间，RE2被短路，增益明显变大，输出为非线性。

因此，输出波形出现明显失真。

二、晶体三极管放大器硬件实验

本实验采用POCKETLAB实验平台提供的直流+5V电源、信号发生器、直流电压表和示波器。

1、电路连接

首先根据图3-1在面包板上搭试电路，并将POCKETLAB的直流输出端+5V和GND与电路的电源、地节点连接；POCKETLAB的一路输出端作为电路的输入信号；POCKETLAB的一路输入端接电路输入信号端；另一路输入端接电路输出信号端，分别测试输入输出两路信号。

2、直流测试

在进行波形测试之前，请采用实验二的直流测试办法，使用POCKETLAB的直流电压表测试各点直流电压，以确保电路搭试正确。

3、输入信号

在电脑中打开POCKETLAB的信号发生器界面，选择输入信号波形为正弦波，频率为5kHz，信号幅度为50mV，DCOffset=0V，两通道独立设置。

点击按钮Set，正弦波信号将输出到电路输入端。

4、交流波形测试

在电脑中打开POCKETLAB的示波器界面，选择合适的时间和电压刻度，显示三极管单端放大器的输入，输出波形。

并在窗口中直接读出其输入输出波形的峰峰值，获得其电压增益，填入表3-1，比较计算值，仿真值和测试值是否一致。

答：

在POCKETLAB的示波器界面，可直接读出输入输出波形的峰峰值，如下图所示。

因此，

。

在误差允许范围内，可认为计算值、仿真值和测试值一致。

三、场效应管放大器仿真实验

1、根据图3-5所示电路，在Multisim中搭建MOS管IRF510单级放大电路。

图3-5.MOS管IRF510单级放大电路

对该电路进行直流工作点分析，完成表3-5。

（注：

因器件原因，无法进行场效应管的实测。

）

表3-5.场效应管放大器直流工作点

仿真值

实测值

2.775

4.000

0.148

I（R3）（μA）

741.83

2、加入峰峰值=100mV，频率=5kHz的正弦波，进行瞬态仿真，在示波器中查看波形，并将输入输出波形截图于图3-7，根据测量输入输出波形的峰峰值，求得该放大器的增益为：

仿真波形

实测波形

增益：

13.72

增益：

图3-7.MOS管放大器瞬态波形

四、场效应管放大器硬件实验

重复第二项“晶体三极管放大器硬件实验”中的所有步骤，完成场效应管放大器IRF510的硬件实验，并将直流工作点测试结果填入表3-5。

将瞬态实测波形截图填入图3-7。

注：

因器件原因，无法进行场效应管的实测。

实验思考：

将图3-1中的输出端改为节点2，使共射放大器变为共集放大器，查看输入、输出波形。

对比共射放大器的输入输出波形，理解波形中的相位对比变化。

由此可知，共射放大器是（电流）放大器；而共集放大器是（电压）放大器。