单极管放大电路实验报告doc.docx
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单极管放大电路实验报告doc
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实验三晶体管单管共射放大电路实验报告
一、实验目的：
1．学习电子线路安装、焊接技术。
2．学会放大器静态工作点的测量和调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。
3．掌握放大器交流参数：
电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压和频率特性的测试方法。
4．进一步熟悉常用电子仪器及模拟电路设备的使用方法和晶体管β值测试方法。
二、实验原理：
实验电路
图中为单管共射基本放大电路。
图2－1共射极单管放大器实验电路
理论计算公式：
①直流参数计算：
IBQ
VCCVBEQRB;式中：
VBEQ
ICQIEQIBQVCEQVCCICQRC
②交流参数计算：
18
rberbb'1βAVR'Lrbe;26（mV）IEQ（mA）'式中：
rbb的默认值可取300ΩRLRC∥RLAVSRiAVRSRi
RiRB//rbeRORC放大电路参数测试方法
于半导体元件的参数具有一定的离散性，即便是同一型号的元件，其参数往往也有较大差异。
设计和制作电路前，必须对使用的元器件参数有全面深入的了解。
有些参数可以通过查阅元器件手册获得；而有些参数，如晶体管的各项有关参数，常常需要通过测试获取，为电路设计提供依据。
另一方面，即便是经过精心设计和安装的放大电路，在制作完成后，也必须对静态工作点和一些交流参数进行测试和调节，才能使电路工作在最佳状态。
一个优质的电子电路必定是理论设计和实验调试相结合的产物。
因此，我们不但要学习电子电路的分析和设计方法，还应认真学习电子调节和测试的方法。
1．放大器静态工作点的调试和测量：
晶体管的静态工作点对放大电路能否正常工作起着重要的作用。
对安装好的晶体管放大电路必须进行静态工作点的测量和调试。
①静态工作点的测量：
晶体管的静态工作点是指VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ四个参数的值。
这四个参数都是直流量，所以应该使用万用电表的直流电压和直流电流档进行测量。
测量时，应该保持电路工作在“静态”，即输入电压Vi＝0。
要使Vi=0，对于阻容耦合电路，于存在输入隔直电容，所以信号源的内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，于信号源的内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：
式中：
RB=R1+RW
VBEQVBQ;ICQIBQVCCVCQRCVCCVBQRB19
VCEQVCQ为减小测量误差，应选用内阻较高的直流电压表。
②静态工作点的调节方法：
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）；如果静态工作点设置较高，就容易出现饱和失真）。
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）。
这时放大器有最大的不失真输出幅值。
ttt（a）（b）（c）图静态工作点与输出波形的关系因此，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，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，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。
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。
调节信
20
号发生器输出幅度为规定值，用示波器观察输出电压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。
Do′XD-22VsRSIi′y2a·′ó÷RoCDViRiVo'VoRL图晶体管单管共射放大电路交流参数测试用电子管毫伏表测量Vs、Vi、Vo，下式计算：
AVAVSVOViVOVS
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：
RiViIi于输入电流Ii的直接测量比较困难，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，RS上的电压降便可换算出输入电流Ii。
公式如下：
IiVSViRs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：
'VORO1VRL
O式中：
VO’—负载电阻RL开路时的输出电压
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。
21
④最大不失真输出幅值的测量：
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还是偏高。
参看图的失真波形。
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点适当调高或调低。
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＝22VOM有效。
⑤放大器频率特性的测量
.lg|AV|≈20dB/dec-20dB/decfΔΦf≈LfHf≈-45-90-135-180-45°/dec≈-45°/dec.图单管放大器的频率特性曲线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所示。
Avm为中频电压放大倍数。
当输入信号频率的变化时，电压放大倍数下降3dB时对应的频率分别称为下限截止频率和和上限截止频率，并定义通频带fbw为：
fbw=fH-fL
22
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：
AV所以一般采用如下方法测量放大器的上、下限截止频率：
VO计算而得，Vi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。
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=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、实验内容：
实验电路如图所示。
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，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。
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，调节RW，使ICQ=2mA，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,记入表中。
表 ICQ=2mA
测量值VBQ（V）VEQ（V）VCQ（V）RB（KΩ）60KVBEQ（V）理论计算值VCEQ（V）ICQRB261K2．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。
23
表 ICQ=2mA Vi=5mV
RC（KΩ）RL（KΩ）∞VO（V）AV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，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，并计算出AV，与2mA的AV值比较。
表RC=3KΩRL=∞ICQViVo（V）AV1 20/9333122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，把结果记入表中。
每次测ICQ和VCEQ时，注意应使输入信号为0。
表 RC=3KΩ RL=∞ Vi= mVICQ（mA） VCEQ（V） VO波形 失真类型截止失真不失真饱和失真Q点位置截止放大饱和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3-6 RC=3KΩ RL=3KΩ ICQ=2mAVS（mV）360
Vi（mA）680Ri（KΩ）测量计算值理论值24Vo’（V）Vo（V）Ro（KΩ）测量计算值理论值*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，改变信号频率f，逐点测出相应
2050020XX03000070000100000600000100000020XX00040000006000000700000080000008500000
的输出电压记入表3-7。
表3-7 Vi=2mV
四、实验设备与器件：
1．晶体管直流稳压电源：
调节输出电压为＋12V；2．低频信号发生器；3．双踪示波器；4．交流毫伏表；5．万用电表；
6．数字万用表；7．电烙铁、焊锡、松香
8．晶体三极管；9．电位器2MΩ；10．电阻、电解电容器。
1．直流负载线方程：
VCEQVCCICQRC2．交流负载线方程：
VCEICR'L3．负载线图：
25
①当ICQ=2mA时，图见。
VCEQVCCICQRC1223K6V'V'VIR62（3K∥3K）9VCEQCQL式中V’是交流负载线在VCE轴上的辅助点
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，交流负载线图可知，应有：
87654321V'123456789101112Q（6V,2mA）IcmA'交流负载线直流负载线VceVVCEQICQR'L
因此可下式联立求得VCEQ和ICQ：
VCEQICQR'LVCEQVCEQVCEQVCEQ即：
ICQR'LVCCICQRCICQ（3K∥3K）12ICQ3K
87654321图IcmA'交流负载线123ICQ解得：
VCEQ4VICQ’=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。
这时，最大输出幅度为：
VOm=VCEQ=ICQRL’=4V4．Rb的计算：
VCCVBE根据：
Rb
IBQ设三极管β=150
①当ICQ=2mA时，Rb=848KΩ
Q（4V,）直流负载线V'123456789101112VceVVCEQI'CQRL图②当最大输出幅度时，ICQ=，Rb=635KΩ
26
5．AV的估算值：
①当ICQ=2mA时，rbe为：
rberbb'
（1）26mV261001512063
IEQmA2②RL’=RC∥RL=3K∥3K=③根据公式：
R'L150AV107（倍）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或2V6．输入电阻：
Ri≈rbe=
当RS取3K、Vi取10mV时。
ISVi10mVA上的压降为3K×μA=mV
所以，当Vi为10mV时，VS应为10+=。
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范围要求，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。
答案：
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？
答案：
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对放大器的动态范围有何影响？
在什么情况下，可近似认为RL对动态范围没有影响？
答案：
影响动态输出电压范围，当负载很大时，可以认为没有影响
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实验三晶体管单管共射放大电路实验报告
一、实验目的：
1．学习电子线路安装、焊接技术。
2．学会放大器静态工作点的测量和调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。
3．掌握放大器交流参数：
电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压和频率特性的测试方法。
4．进一步熟悉常用电子仪器及模拟电路设备的使用方法和晶体管β值测试方法。
二、实验原理：
实验电路
图中为单管共射基本放大电路。
图2－1共射极单管放大器实验电路
理论计算公式：
①直流参数计算：
IBQ
VCCVBEQRB;式中：
VBEQ
ICQIEQIBQVCEQVCCICQRC
②交流参数计算：
18
rberbb'1βAVR'Lrbe;26（mV）IEQ（mA）'式中：
rbb的默认值可取300ΩRLRC∥RLAVSRiAVRSRi
RiRB//rbeRORC放大电路参数测试方法
于半导体元件的参数具有一定的离散性，即便是同一型号的元件，其参数往往也有较大差异。
设计和制作电路前，必须对使用的元器件参数有全面深入的了解。
有些参数可以通过查阅元器件手册获得；而有些参数，如晶体管的各项有关参数，常常需要通过测试获取，为电路设计提供依据。
另一方面，即便是经过精心设计和安装的放大电路，在制作完成后，也必须对静态工作点和一些交流参数进行测试和调节，才能使电路工作在最佳状态。
一个优质的电子电路必定是理论设计和实验调试相结合的产物。
因此，我们不但要学习电子电路的分析和设计方法，还应认真学习电子调节和测试的方法。
1．放大器静态工作点的调试和测量：
晶体管的静态工作点对放大电路能否正常工作起着重要的作用。
对安装好的晶体管放大电路必须进行静态工作点的测量和调试。
①静态工作点的测量：
晶体管的静态工作点是指VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ四个参数的值。
这四个参数都是直流量，所以应该使用万用电表的直流电压和直流电流档进行测量。
测量时，应该保持电路工作在“静态”，即输入电压Vi＝0。
要使Vi=0，对于阻容耦合电路，于存在输入隔直电容，所以信号源的内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，于信号源的内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：
式中：
RB=R1+RW
VBEQVBQ;ICQIBQVCCVCQRCVCCVBQRB19
VCEQVCQ为减小测量误差，应选用内阻较高的直流电压表。
②静态工作点的调节方法：
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）；如果静态工作点设置较高，就容易出现饱和失真）。
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）。
这时放大器有最大的不失真输出幅值。
ttt（a）（b）（c）图静态工作点与输出波形的关系因此，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，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，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。
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。
调节信
20
号发生器输出幅度为规定值，用示波器观察输出电压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。
Do′XD-22VsRSIi′y2a·′ó÷RoCDViRiVo'VoRL图晶体管单管共射放大电路交流参数测试用电子管毫伏表测量Vs、Vi、Vo，下式计算：
AVAVSVOViVOVS
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：
RiViIi于输入电流Ii的直接测量比较困难，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，RS上的电压降便可换算出输入电流Ii。
公式如下：
IiVSViRs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：
'VORO1VRL
O式中：
VO’—负载电阻RL开路时的输出电压
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。
21
④最大不失真输出幅值的测量：
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的幅值小逐渐增大
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