晶体管单级放大器实验.doc

2模拟电子技术实验实验2.1 晶体管单级放大器实验目的实验思路和准备实验内容和步骤实验报告要求其它实验手段 一、实验目的 1测量放大器静态工作点和放大倍数 2观察静态工作点对放大器输出波形的影响 3测量输入电阻、输出电阻 4测量放大电路的幅频特性2模拟电子技术实验实验2.1 晶体管单级放大器实验目的实验思路和准备实验内容和步骤实验报告要求其它实验手段 二、实验思路和实验前的准备 这是一个验证性实验，同学们需要利用晶体管、电阻、电容等元器件，自己制作一个单管放大器，并根据实验目的的要求，通过实验，体会课本内容的正确性，加深对课本内容的理解。要进行上述实验，首先需要自己构建一个单管放大器的基本电路，此电路需要晶体管1只，电阻若干，电容器2只。实验电路如图2.1.1所示。 1首先确定电路的各种参数 1）测量晶体管的 由于晶体管生产中存在的分散性，每个同学手中的管子参数可能不一致，因此，利用各种方法测量或者估计晶体管的，是实验前必须进行的。获得晶体管，常见的仪器有：晶体管图示议、万用表。请同学们根据实验室条件，自行完成。 2）根据晶体管的，合理选择电源电压和集电极电阻 在这一部分，很多选择并不是唯一的。电源电压可以选择为12V，通过调节直流稳压电源实现。选择Rc2k。 3）估算RW和RB 根据电源电压，先使静态工作点位于直流负载线中点，则：V，mA又根据，可以得到，而，可以估算出k将RWRB的估算值用RWB表示，如果为100，则此值为377k。此时，可以按照下述方法选择电位器RW和电阻RB。确定RWRB的最小值，也就是RB的值，此值应该比达到饱和状态的基极电阻还小，以确保调节RW为0时，晶体管肯定进入了饱和状态。一般选取。比如当100，可以选择RB=100k。2模拟电子技术实验实验2.1 晶体管单级放大器实验目的实验思路和准备实验内容和步骤实验报告要求其它实验手段三、实验内容和步骤1静态工作点的调整和测量对于一个晶体管放大电路，根据设计目的不同，静态工作点的选择也有不同的原则。一般来说，在没有特殊要求的情况下，静态工作点的选择，从理论上说，就是使其处于交流负载线的中点，也就是让输出信号能够达到最大限度的不失真。因此，在本实验中，静态工作点的调整，就是用示波器观察输出，让输出信号达到最大限度的不失真。当按照上述要求搭接好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点具体的调整步骤如表2.1.1所示：表2.1.1 静态工作点调整现象动作归纳现象出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现无失真动作减小RW增大RW减小输入信号加大输入信号根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。当加大输入信号，两种失真同时出现，减小输入信号，两种失真同时消失时，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点，就是最佳的静态工作点。去掉输入信号，测量此时的UCQ，就得到了静态工作点。实验中的难点和经常出现的问题、故障 1）如何判断截止失真和饱和失真？ 图2.1.2a是一个标准的正弦波，是当输入信号为正弦波，而输出在没有任何失真的情况下获得的波形。当输出发生饱和失真时，可以看到明显的类似于“刀削顶”一样的失真，如图2.1.2b所示。对于截止失真，理论上讲，只有进入截止区，才可能发生截止失真。但是，由于晶体管普遍存在这样一个特性：在靠近截止区时，其电流放大倍数呈现出非线性，如图2.1.3中IBQ=0和IBQ=20A之间，因此，在输出信号靠近截止区，并且远没有进入截止区的时刻，输出波形就会发生一种非线性失真。当输出发生这种靠近截止区的非线性失真时，失真是一种渐变的、类似于“馒头状”的失真。对于初学者来讲，很容易就可以判断是否发生饱和失真。而对于靠近截止区的非线性失真，即便是一个教师，判断起来也不是那么容易。主要原因是：饱和失真发生前，晶体管工作仍然在线性区，突然地进入饱和区，输出波形的变化非常明显。而靠近截止区的非线性失真则不一样，严格说，教科书上给出的截止区仅仅是一个窄小的区间，进入这个区域当然要发生截止失真。而在进入这个区域之前，有一个很大的区间，晶体管实际上已经处于非线性区域，输出波形已经逐渐开始变化，这也会带来失真。因此，在靠近截止区时，是否发生失真，只能依靠这样的判断：在信号增大的过程中，靠近截止区的方向，如果可以明显判断输出波形已经不是正弦波，则发生了非线性失真。可是怎样判断一个波形的局部，是否已经不是正弦波呢？我们可以利用正弦波的对称性，合理利用仪器来辅助判断。2模拟电子技术实验实验2.1 晶体管单级放大器实验目的实验思路和准备实验内容和步骤实验报告要求其它实验手段四、实验报告要求本实验的实验报告包括预习报告、原始数据记录和总结报告3部分，总结报告的主要内容如下：1以图2.1.1电路为样板，给出从晶体管测量开始，到最终电路的设计、搭接的过程。2记录并分析静态工作点的调节过程。3记录放大倍数的测量过程，并与估算值进行比较，分析其误差原因。4记录输入电阻的测量过程，并与估算值进行比较，分析其误差原因。5记录输出电阻的测量过程，并与估算值进行比较，分析其误差原因。6记录下限截止频率的测量过程，并与估算值进行比较，分析其误差原因。7通过实验，你对单管放大电路有什么新的认识？8假设你是一个科学家，处在20世纪中叶，假设当时也有这些先进设备，你通过自己的努力完成了本次实验。请用500字左右，向世人陈述你今天的实验成果，并对这些实验结论可能引起的应用作推论。2模拟电子技术实验实验2.1 晶体管单级放大器实验目的实验思路和准备实验内容和步骤实验报告要求其它实验手段五、其它实验手段上述实验内容是用一系列分立的元器件搭接完成的，在本书中被称为分立搭接实验。这种实验方法是多年来长期沿用的。随着科学技术的发展，近年来，出现了另外2种实验手段，分别是仿真实验和可编程实验。仿真实验，是指在计算机上，使用仿真软件，模拟各种元器件的工作，并结合计算机设计好的虚拟的示波器、信号源、电源和其它测量设备，在计算机上就可以获得用户给定的实验电路的工作数据、波形。由于实验结果的输出依赖于仿真软件对各种元器件模拟的逼真程度，因此，不同的仿真软件可能在不同的领域，有不同的可信度。当然，这些可信度的高低也与设计者原先的设计目的有关，与仿真软件成本有关。可编程器件的发展，为可编程实验提供了条件。严格说，仿真实验与传统的分立搭接实验是完全不同的两个概念。而可编程实验仅仅是实验中使用的元器件不同而已。在实现一个实验目的的过程中，如果使用了可编程器件，这个实验就称为可编程实验。可编程器件最早的使用是在数字电路中，并且在很多场合已经取代了传统的数字集成电路。近年来，模拟电路领域，也出现了很多可编程器件，比如可编程滤波器，就是模拟可编程电路的一个雏形。后来，器件生产商将基本放大电路、滤波器、积分器、微分器、乘法器等集成在一个芯片内，并结合在系统可编程技术，使得用户可以很方便的在微机上利用编辑软件组合出自己的电路，并将组合节点下载到芯片中，构成一个独立的、具有用户制定功能的模块。当然，在系统可编程的优越性更在于，这样一个芯片在工作过程中，还可以根据现场情况，接收外界控制信号或指令，改变自己的功能，比如，根据现场情况，随时改变自身的电压放大倍数或者滤波截止频率等。考虑各个学校实验条件的差异，本书以传统的分立搭接实验为主。对于某些功能较为强大的电路，可能使用在系统可编程器件更为合理。在这两种实物实验的基础上，本书也提倡在实物实验前，使用仿真实验。这可能会简化实物实验过程，尽量避免更多的失误。在利用其它实验手段完成实验之前，请同学们认真体会上述3种实验手段的关系。1仿真实验请参阅相关软件说明，进行下述实验内容。这部分结论可以作为预习报告的一部分。根据选择的晶体管参数，估算电路参数。估算方法请参阅本实验的第二部分：实验思路和实验前的准备。根据估算参数，在工作平台上搭建工作电路，排放合适的仪器。接通电源和信号源(1mV, 1000Hz正弦波)，用示波器在输出端观察输出信号是否正常。调节RW，观察静态工作点的改变对输出信号的影响。按照静态工作点调整方法，将静态工作点调整在交流负载线的中点，保证输出可以达到最大限度的不失真。用毫伏表测量并计算出电压放大倍数。用分立搭接实验中相同的步骤，测量输入电阻和输出电阻。利用仿真软件提供的功能，直接获得其幅频和相频特性，从中获得下限截止频率。将仿真实验中获得的数据、波形，用计算机记录下来，并复制到实验报告中。2ispPAC实验由于一般的集成模拟可编程器件都具有相当强大的功能，所以不包含单管放大电路。本实验不能利用现有的ispPAC实现。3多种实验方法的对比利用Workbench可以较为完美的实现本次实验的仿真，仿真具有较高的置信度。因此，对于本实验，在分立搭接实验进行之前，进行仿真是必要的、可行的。但是，对于初学者，利用仿真实验代替分立搭接实验，一方面可能缺乏现场感，难以留下深刻印象，另一方面，在分立搭接实验中出现的