晶体管共射极单管放大器实验报告.docx

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晶体管共射极单管放大器实验报告

实验二晶体管共射极单管放大器

班级：

姓名：

学号：

日期：

2015年11月28日地点：

实验大楼206室

课程名称：

模拟电子技术基础指导老师：

同组学生姓名：

成绩：

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。

三、实验原理

图2－1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2－1共射极单管放大器实验电路

　　在图2－1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

四、实验内容及数据记录

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、函数信号发生器选正弦波输出，频率调节为1KHz、电路输出Uo连接示波器CH1上。

调节RW，使输出放大波形到不失真为止，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。

测量URC、RC即可算出IC。

表2-1IC＝

=

=2.4875mA

测量值

计算值

UB（V）

UE（V）

UC（V）

RB2（KΩ）

UBE（V）

UCE（V）

Ic（mA）

3.42

2.72

6.03

39.3

0.7

3.31

2.49

2、测量电压放大倍数

在实验1的基础上，测量放大器输入电压Ui，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＝2.4875mAUi＝234mV

RC（KΩ）

RL（KΩ）

Uo（V）

AV

观察记录一组uO和u1波形

2.4

∞

4.56

19.487

1.2

∞

1.36

5.812

2.4

2.4

1.32

5.641

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＝238mV

IC（mA）

0.9250

1.7125

2.4875

2.6125

2.7625

UO（V）

3.76

4.32

4.56

4.56

4.48

AV

15.79

18.15

19.16

19.16

18.82

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

在实验1的基础上，置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，ui＝0，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。

实验波形图如图2-1、2-2、2-3。

表2－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui=246mV

IC（mA）

UCE（V）

u0波形

失真情况

管子工作状态

0.6417

9.78

截止失真，顶部失真

截止区

2.4875

3.99

无

放大区

3.1500

0.87

饱和失真

饱和区

图2-1顶部失真图2-2不失真图2-3饱和失真

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

IC（mA）

Uim（mV）

Uom（V）

UOPP（V）

2.675

438.406

2.7719

3.92

五、实验数据处理及总结

1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、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。

答：

静态工作点

UBE（V）

UCE（V）

IC（mA）

实测值

0.7

3.31

2.49

理论值

0.7

3.53

2.72

实测的静态工作点与理论值基本一致，UCE实测值为3.31V，而理论值为3.53V、IC实测值为2.49，理论值为2.72。

产生误差的原因主要有以下几点：

（1）实验连线有一定的阻值导致误差存在；

（2）静态工作点调试不准确，没调到正确的静态工作点。

（3）温度影响实验器材的阻值；

（4）信号不稳定，测量时信号过大导致静态工作点失真；

（5）在测量时没有去掉输入信号，导致测量存在误差。

2、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

答：

从实验4可得出静态工作点要选择适合。

若不适合的话，放大器输出波形会失真。

放大器的功能就是在不失真的情况下放大信号，失真了得放大信号是没有意义的。

具体来讲：

（1）静态工作点在特性曲线的位置如果上升（变大），那么Q点会达到饱和区，会出现饱和失真，也就是正弦波信号上半部分会缺失；

（2）静态工作点在特性曲线的位置如果下降（变小），那么Q点会达到截止区，会出现截止失真，也就是正弦波信号下半部分会缺失。

3、分析讨论在调试过程中出现的问题。

答：

我在调试中主要出现以下问题：

（1）起初电源正负极接反了，导致实验1、实验2、实验3出现奇怪数据，当时没发现。

做实验4时不管怎么调静态工作点，输出放大信号不会失真，此时检查电路才发现。

此类错误由粗心所造，以后应避免。

（2）负载电阻插座接触不良，可以对实验仪器进行改造，负载电阻RL可以采用夹住的方法连接方可减少避免接触不良问题。

（3）实验引出的测量线生锈，可能对实验会造成较大的测量误差。

（4）RB2没有调到合适阻值导致在调输入信号时候正弦波在最大不失真情况下没有达到上下同时失真。