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1、实验三三极管放大电路设计吴健雄学院东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 电子电路实践 第 三 次实验实验名称： 三极管放大电路设计 院 （系）： 吴健雄学院 专 业： 电类 姓 名： 学 号： 610111 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间： 年 月 日 评定成绩： 审阅教师： 实验三 三极管放大电路设计一、实验目的1. 掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；2. 了解三极管、场效应管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法；3. 了解负反馈对放大电路特性的影响。4. 掌握多级放大电路的设计、工程估算、安装

2、和调试；5. 掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源 、交流毫伏表、函数发生器的使用技能训练。二、预习思考：1. 器件资料：上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：封装示意图：参数符号参数值参数意义及设计时应该如何考虑VCBO Min 45V 集电极-基极击穿电压VCEO Min 25V 集电极-发射极击穿电压VEBO Min 5V 发射极-基极击穿电压ICM 500mAhFE下降一半时的集电极电流称作ICMhFE 64-300 直流电压增益VCE(sat) MAX 0.6V 集电极-发射极饱和压降VB

3、E MAX 1.4V 基极-发射极正向电压fT Min 150MHZ 特征频率2. 偏置电路：图3-3中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？答：该偏置电路是分压偏置电路 在该电路中R1，R2对电源电压进行了分压，这就保证了基极电压稳定为：。这样就为电路提供了稳定的工作点。具体来说，就是当环境温度升高时，ICQ增加，电阻RE上的压降加大，由于UB的固定，所以加到发射结上的电压减小，IBQ减小，从而使ICQ减小，通过这样的自动调节就稳定了静态工作点。如果R1，R2取值过大，就会导致流

4、入基极的电流不可忽略，工作点不稳定。3. 电压增益：(I) 对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。答： 在基本组态放大电路中，共发射极放大电路电压增益高但是高频特性查；共基极放大电路电压增益高、高频特性好但是输入阻抗低、共集电极放大电路输出阻抗低，高频特性好但是电压增益接近1。所以最好的办法就是使用组合放大电路。具体怎样组合，还是要以具体要求而定。 为了提高增益，需要调节参数，以共发射极电路为例： 共发射极组态电路的增益为： 所以可以通过增大RC与RL的方法来增加电路的增益。(II) 实

5、验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问能否用万用表或示波器，为什么？答：不可以。本实验中的电压信号都非常小，大都在5MV左右，在实际实验中会发现这样小的信号在示波器中很难显示出来。而对于万用表来说，测量的误差也是非常大。所以用交流毫伏表是最好的选择。4. 输入阻抗：1) 放大器的输入电阻Ri反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为RS，试画出图3-3中放大电路的输入等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释： Ri = RS 放大器从信号源获取较大电压Ri RS 放大器从信号源获取最大功率答：当Ri = RS，由于，由电路知识可知两电阻相等时可以获得最大的功率当Ri

6、RS，输入阻抗较大，此时分得电压较大。 输入等效电路图如下： 2) 图3-1是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻RS的取值不能太大也不能太小。 图3-1 放大器输入阻抗测量原理图 答：若Rs太小，则UsUi，若Rs太大，则Ui会很小。所以为了保证器件的直流工作点，保证器件正常工作，所以Rs不能太大也不能太小。3) 对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图3-3中放大电路的输入阻抗。答： 对于不同组态的放大电路提高输入阻抗的方法各有不同 对于3-3图中的共发射极放大电路来说，输入阻抗的表达式为： 由于rbe是改

7、变不了的，所以可以适当提高R1与R2的阻值。 另外，加入电压跟随器也是不错的选择。5. 输出阻抗：1) 放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力，试分析图3-3中放大电路的输出阻抗受那些参数的影响，设负载为RL，画出输出等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释。 RO = RL 负载从放大器获取较大电压 RO RL 负载从放大器获取最大功率答：RO = RL，由于，由电路知识可知两电阻相等时可以获得最大的功率。RO RL，输出阻抗较大，此时分得电压较大。 输出等效电路图与第四题中的等效电路图是类似。2) 图3-2是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻R

8、L的取值不能太大也不能太小。图3-2 放大器输出阻抗测量原理图答： 所以要保证输出电流与输出电压都不能太小，所以负载电阻不能太大也不能太小。3) 对于小信号电压放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以减小图3-3中放大电路的输出阻抗。答： 3-3中的放大电路是共发射极放大电路。其输出电阻是RC。所以要减小电路的输出阻抗，减小RC即可。6. 计算图3-3中各元件参数的理论值，其中已知：VCC=12V，Ui=5mV，RL=3K，RS=1K， T为9013指标要求：Au50，Ri1 K，RO3K，fL100kHz（建议IC取2mA）用Multisim软件对电路进行仿

9、真实验，仿真结果填写在预习报告中。注：在老师给的题目中Rs取50，而这里Rs是1k，所以不明白应当取哪一个值，于是在仿真与实验中取的是501) 仿真原理图2) 参数选择计算 ，又， 其中IE取2mA，所以rbe约为1.5K，这样只要RB1k，那么就可以满足Ri1k R0=RC,所以要符合RO100，Ri1 K，RO100，Ri1M，RO100。写出具体设计过程，计算电路参数以及Au、Ri和RO 的理论值。设置合适的静态工作点，在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压US 使Ui=5mV，用示波器双踪显示Ui、Uo的波形，在输出波形不失真的情况下，记录波形，测量US、U

10、O和UO（负载开路时输出电压）并计入表3-4中。根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro，与理论值比较。表3-4 多级放大器技术指标测量测量值理论值误差输入信号Ui=5mVUS(mV)5.065.040.39%UO1(mV) 5.87.421.6%UO2(V)0.6260.8828.7%UO(V)0.6240.8324.8%UO (V)0.6240.83825.5%计算值Au124.817628.9%Ri/k833116024.4%RO/k096.3100%（1） 设计过程首先，对于多级放大电路来说，耦合方式有组织容耦合、变压器耦合、直接耦合三种方式，其中阻容耦合有着保持各级静态工作点相互独立

11、的优点，所以在设计中采用了这一方式。其次，题目中要求输入阻抗大于1M。此多级放大电路第一级是共源放大电路，其输入电阻为： 所以为了达到这个要求，直接讲RG接为1M欧。然后，要求输出电阻小于100欧。最后一级是共集电极放大电路，其输出电阻的计算式为： 其中rs应当为前一级，即共发射极放大电路的输出电阻。由此凑出了96.3欧的输出电阻。 然后，就是增益了。题目中要求增益大于100，而共集电极放大电路的增益几乎为1，共源放大电路的增益也不大，所以主要靠共发射极放大电路来提高增益。对于共发射极放大电路，增益的表达式为： 其中 由此凑出了176的增益。 这样，就完成了电路的设计。但是，在实际调试过程中，

12、遇到了波形失真，增益不够等等各种各样的问题，所以会实时地调整电路的参数，让电路符合题目要求。所以，实际使用的电路与设计好的电路是有一些不同的，这也是实际值与理论值有一定差距的原因之一。 （2）双踪显示输入输出波形图：输出（3）实验结果分析： 可以说，从实验的数据来看，是非常不尽如人意的。单单看放大器的输出，无论是从增益来说还是从波形来说还是从输入、输出电阻来说都是比较出色的，都是很好的达到了题目的要求的，但是坏就坏在与理论值的误差上。 这里的误差其实是有原因可循的，分析主要有以下几点：1. 第一点也是最主要的一点就是实际电路与设计电路的不同。由于在实际调试过程中设计的电路无论是增益还是波形都打

13、不到要求，而且极其不稳定。所以就直接在实际搭接的电路上进行调试。到了最终验收时，整个电路已经有了不小的改动。但是，验收完毕后就立即拆除了电路，而忘记记录最终版本的电路参数，所以就造成了实际测量与理论值计算的电路不是一个电路，这很显然会使得实测数据与理论值数据之间的误差。（对于这个失误，在此向老师道歉，请求谅解）。2. 由实验数据可以看出，误差主要来源于第一级放大，后面两级是比较准确的。第一级的放大没有能够达到理想的增益。对于电路本身，有误差也是在所难免的。比如静态工作点的不稳定，比如值的误差等等都会造成测量的误差。3. 由实验数据可以看出，误差主要来源于第一级放大，后面两级是比较准确的。第一级

14、的放大没有能够达到理想的增益。4. 对于输出电阻测量的巨大误差，应当归结于仪器的精度。由于输出电阻相对于负载是非常小的，所以有负载与没负载的情况下输出电压的差值是非常小的。而测量时是用示波器进行测量的，示波器对于小信号的测量本身就存在一定的误差，这就造成了有负载与没负载的情况下输出电压的测量值是相同的，于是测得的输出电阻为0。（4）总结多级放大器的设计方法 经过这次实验，总结了以下几点多级放大器的设计方法：1. 设计放大器时，首先要选择耦合的方式：阻容耦合可以使各级静态工作点相互独立；变压器耦合不仅可以使各级静态工作点相互独立，也能够使后级负载得到最大功率；直接耦合可以使电路简单。所以要根据具

15、体的电路功能要求来选择耦合方式。2. 其次，是选择各种组态的放大电路。在基本组态放大电路中，共发射极放大电路电压增益高但是高频特性查；共基极放大电路电压增益高、高频特性好但是输入阻抗低、共集电极放大电路输出阻抗低，高频特性好但是电压增益接近1。所以在设计组合放大电路时，要根据具体的电路功能要求来组合不同组态的放大电路，发挥每一种电路的长处。 2）采用电压串联负反馈电路，分析负反馈对输入电阻、输出电阻及放大倍数的影响。无反馈负反馈输入信号Ui=5mVUS(mV)5.175.1UO1(mV) 5.8mv1.17UO2(V)0.6260.0225UO(V)0.6240.12UO (V)0.6240.12计算值Au124.824Ri/k294k500kRO/k00加上负反馈后的电路图：输出输入加上负反馈后双踪显示输入输出波形图分析： 由数据表可以看出，加上串联负反馈之后，输入电阻变大，输出电阻没变，电压增益变小。在理论上串联负反馈能提高输入阻抗，电压负反馈使输出阻抗降低，负反馈能降低电路增益。可以看出，实际测量与理论上是吻合的（输出阻抗没变是因为实测的输出阻抗都几乎为0，不能够再降低了）。