单管放大电路实验12.3版.ppt

2019/7/19,长江大学 龙从玉,1,二、单管电压放大电路,2.2、元器件： 三极管90131、 电容10uF3 、 电位器10K1、 电阻1002、2K2 、5.1K1、 10K2、100K1。,1、 实验目的,1.1、掌握单管放大电路静态工作点的调整与测试方法。 1.2、掌握单管放大电路的电压放大倍数AV、输出电阻ro和输入电阻 ri的测试方法。学习测量最大不失真输出电压VOMax 。 1.3、学习检查三极管和排除放大电路故障的方法。,2、实验仪器及器件,2.1、仪器设备：示波器、函数发生器、稳压电源、万用表,C9013 H 706,E B C,三极管极性 E：发射极 B：基极 E：集电极,2019/7/19,长江大学 龙从玉,2,图-1 单管 共射极放大电路,3、实验原理,3.1、单管放大电路的工作原理,三极管本是电流控制电流源器件(IC=IB)，本实验采用单管共射极放大电路如图-1所示。通过合理设置静态工作点，实现对信号电压的放大。基极电压通过电阻RB1RB2分压获取，基极串联R2接分压可减少分压电阻对输入电阻测量的影响。 输入交流信号通过C1直接输入基极。输出交流信号通过C2 输出。CE为旁路电容。,电路主要动态参数： 电压放大倍数Av : (Av=-*RL/rbe=VoIVi) 输入电阻 ri（ri =rbe/RB）输出电阻 ro （ro=RC）。,2019/7/19,长江大学 龙从玉,3,1）放大电路的静态工作点 静态工作点是指在电路输入信号为零时，电路中各支路电流和各节点的电压值。通常直流负载线与交流负载线的交点Q所对应的参数IBQ、ICQ、VCEQ是主要观测对象，如图-2所示。,3.2、电路的调试与测量原理,图- 2 静态工作点 示意图,2019/7/19,长江大学 龙从玉,4,2）静态工作点的设置原则 在有负载的情况下，输入信号的变化使工作点沿交流负载线变化，从图- 4中VCE的变化规律可以看出：在不考虑三极管的饱和压降时，VCE向减小方向的变化幅度为VCEQ，向增大方向的变化幅度为ICQRL ，要获得最大的不失真输出幅度，则: VCEQ=ICQRL 。 由于VCEQ和ICQ满足直流负载线方程VCEQ=VCC - ICQ*RC 代入上式得：VCEQ=VCC*RL/(RC+2RL) 上式表明：,3）静态工作点的测量方法：用万用表测量直流电压； 用示波器测量直流电压方法： A 校正示波器零电压基准，将输入端短路，调整垂零电压线； B将示波器探头接入被测电路，采用直流DC耦合输入测量； C读取测量电压： a、用数字示波器：直接读出直流电压值； b、用模拟示波器：直流电压=垂直灵敏度垂直偏转格数。,当RL=RC时：VCEQ=VCC/3时获得最大不失真输出电压。 当RL= 时：VCEQ=VCC/2时获得最大不失真输出电压。,2019/7/19,长江大学 龙从玉,5,3.3、放大电路动态参数的测量原理,1）放大电路电压放大倍数AV的测量：AV =VO/Vi,ri,RS,RL,ro,Vs,VO,VO,Vi,2）放大电路输入电阻ri与输出电阻ro的测量原理,单管放大电路的动态参数测量电路如图- 3 ，其中的虚框部分为单管放大电路动态参数的等效电路。,单管放大电路,电阻的测量采用串联电阻的间接测量法：串联合适（阻值与输入电阻同数量级）的固定电阻，测量分压比，计算电阻： 输入电阻ri = RS*Vi /(Vs-Vi) 输出电阻ro= RL*(VO-VOL )/VOL,3）测量注意事项：信号源、示波器的输入与输出要共地。,图-3 单管放大电路的动态参数测量电路,2019/7/19,长江大学 龙从玉,6,断开SW3，则电流 串联负反馈电阻为REF 。,3.4、单管放大电路的仿真调试,信号频率,信号幅值,信号波形,电压,时间,同步触发,2019/7/19,长江大学 龙从玉,7,2019/7/19,长江大学 龙从玉,8,横轴：频率 左纵轴：幅度 右纵轴：相位,横轴：时间 纵轴：电压 左轴:mV；右轴:V,长江大学 龙从玉,9,1）先用万用表二极管测量档检查并判断所用三极管的好坏； 2）按图- 4电路构成单管放大电路。调节电位器Rw1，观察电压VCE的变化范围，测量VCE的最大值和最小值，记录在表-1中。 3）对放大电路输入f=1KHz、Vipp=100mV的正弦信号，用示波器观测输出波形变化，最后使VCE保持在正常的位置并记录相关电压值与波形，将测量结果填如表-1。,4、实验内容与实验步骤,4.1、静态工作点的调整与测量,参见操作示意图- 4,2019/7/19,长江大学 龙从玉,10,VF=-*RL /(rbe+*RF),ri = rbe+*RF,图-4 单管放大电路实验操作步骤示意图,在电路接线前，先检测三极管：用万用表二极管测量档检查PN结!,RS 3K,Vs,信号Vi输入 示波器CH1,示波器CH2,信号Vs输入 示波器CH2,测量三极管两个PN结正向电压应为几百毫伏 (0.5-0.8V为硅管)。 确定基极：两次测量为几百毫伏时,接同一表笔的管脚是基极(B)。 确定三极管的结构类型： 红表笔接基极的管子是NPN型的; 黑表笔接基极的管子则是PNP型的。 判断发射极E极与集电极C极：比较2个正向几百毫伏读数，电压稍小的PN结是集电结，对应的集电极C。,Vi,VOL,RB2 10k,RE 100,Vcc+12V,RC 2k,C1 10u,C2 10u,CE 47u,RL 2k,RB1 10k,Q9013,VB,VE,VC,VO,GND,R2 100K,1、静态测量 VB=？ VC=？ VCE=？ IC=？,2、电压放大倍数的测量,3、输出电阻测量,4、输入电阻测量,5、断开射极电容CE，重复动态参数测量。,2019/7/19,长江大学 龙从玉,11,4.2、测量单管放大器的放大倍数Au ： 从信号源输入f =1khz、Vipp =100mV正弦波，(万用表测量交流电压有效值U 34mV)。 示波器CH1端测输入Vi；CH2端测输出VO。 放大器电压放大倍数依据测量值 计算：AV =VO/Vi。 观测输入/输出信号Vi /Vo波形图。记录在表-2中。 4.3、测量输出电阻ro： 分别断开与接入RL，测量输出电压VO与VoL。 计算输出电阻ro=RL*(VO -VOL) / VoL，记录在表-2中。 4.4、测量输入电阻ri : 将输入信号VS串联电阻RS以后，再接入放大器输入端，分别测量VS和Vi。 计算输入电阻ri = Rs*Vi/(VS-Vi) 。记录在表-2中。 4.5、将实验中的测量条件、直接测量的原始数据、实验计算公式及实验结果，分别记录在实验数据表-2中。,2019/7/19,长江大学 龙从玉,12,在以上放大电路的动态参数测量中，都是以测量数据为依据计算实验结果的。,根据电路原理，可用半压法测量电路的相关动态参数：RS可用电位器RW，调节RW使Vi= VS /2，测出RW，则ri = RW。 同理，可用半压法测量ro。,2019/7/19,长江大学 龙从玉,13,1）断开负载电阻RL，按表-3 测试条件，先设置VCC=12V； 2）增大输入信号，观察输出信号波形变化，当出现饱和失真或截止失真时，再次调整工作点，使饱和失真和截止失真同时出现，回调输入信号大小，在饱和失真和截止失真将出现之前的输出电压为最大不失真输出电压VOMax 。参见表-1。 3）再将电源电压下调至VCC=9V，再次测量放大电路最大不失真输出电压幅度。记录在表- 3中。,4.6、最大不失真输出电压VOMax的测量,2019/7/19,长江大学 龙从玉,14,图- 5 单管放大电路安装参考图,+12V,GND,VS,VI,VO,2019/7/19,长江大学 龙从玉,15,6.1、静态工作点对输入电阻和放大倍数有影响吗？说明理由。 6.2、单管放大电路的最大不失真输出电压幅度和电路的电源电压VCC有关吗？ 6.3、电路参数保持不变，提高电源电压VCC，放大电路的电压放大倍数Av将如何变化？,5.1、在无射极旁路电容CE的条件下，测量发射极电阻为50、100时的放大电路特性参数，研究射极电阻对Av、 ri 、ro的影响。 5.2、在有射极旁路电容CE的条件下，测量VCEQ等于4伏、6伏、9伏时的放大电路特性参数，研究静态工作点对Av、 ri 、 ro的影响。,6、思考题,5、扩展实验内容,2019/7/19,长江大学 龙从玉,16, 7.1、负反馈对放大电路的影响 电路工作原理,1）负反馈放大电路的电压放大倍数将下降：,2）负反馈放大电路增益的稳定性将提高；,4）负反馈将改变放大电路输入阻抗与输出电抗：,3）负反馈放大电路的通频带将拓宽；,一般并联负反馈能降低输入阻抗 ； 串联负反馈能提高输入阻抗 ； 电压负反馈使输出阻抗降低 ； 电流负反馈使输出阻抗升高 。,7、扩展实验原理与实验内容补充,2019/7/19,长江大学 龙从玉,17, 7.2、负反馈放大电路的构成,Vi,VoL,RB2 10k,RE 100,Vcc+12v,RC 2k,C1 10u,C2 10u,CE 47u,RL 2k,RB1 10k,Q9013,B,E,C,Vo,GND,R2 100K,RF,电路的电压放大倍数为：VF=-*RL /(rbe+*RF),将图-2放大电路中的射极串联反馈电阻RF或者断开旁路电容，构成电流串联负反馈放大电路，如图-6。 反馈系数F =VF/VO-RF/RL,同理电路的输入阻抗ri为： ri = rbe+*RF,电路仿真与实测结果均能证明：,图- 6 单管负反馈放大电路,2019/7/19,长江大学 龙从玉,18,3）在单管放大电路中改取电容CE=100uF，再次测量、记录上限下限频率fH与fL ，计算放大电路的通频带B。,f,fH,f