单管放大电路实验报告.doc

单管放大电路一、实验目的1. 掌握放大电路直流工作点的调整与测量方法；2掌握放大电路主要性能指标的测量方法；3了解直流工作点对放大电路动态特性的影响；4掌握射极负反馈电阻对放大电路特性的影响；5了解射极跟随器的基本特性。二、实验电路 实验电路如图2.1所示。图中可变电阻RW是为调节晶体管静态工作点而设置的。三、实验原理1.静态工作点的估算将基极偏置电路，和用戴维南定理等效成电压源。开路电压，内阻则 ， 可见，静态工作点与电路元件参数及晶体管均有关。在实际工作中，一般是通过改变上偏置电阻RB1（调节电位器RW）来调节静态工作点的。RW调大，工作点降低（ICQ减小），RW调小，工作点升高（ICQ增加）。一般为方便起见，通过间接方法测量，先测，。2.放大电路的电压增益与输入、输出电阻 式中晶体管的输入电阻rberbb（1）VT/IEQ rbb（1）26/ICQ（室温）。3.放大电路电压增益的幅频特性放大电路一般含有电抗元件，使得电路对不同频率的信号具有不同的放大能力，即电压增益是频率的函数。电压增益的大小与频率的函数关系即是幅频特性。一般用逐点法进行测量。测量时要保持输入信号幅度不变，改变信号的频率，逐点测量不同频率点的电压增益，以各点数据描绘出特性曲线。由曲线确定出放大电路的上、下限截止频率fH、fL和频带宽度BWfHfL。需要注意，测量放大电路的动态指标必须在输出波形不失真的条件下进行，因此输入信号不能太大，一般应使用示波器监视输出电压波形。三、预习计算1. 当ICQ=1mA时由实验原理知计算结果如下：IEQ=+1ICQ=1mAIBQ=1ICQ=4.878AUCQ=VCC-ICQRC=8.7VUEQ=IEQRE=11.2=1.2VUCEQ=UCQ-UEQ=8.7-1.2=7.5Vrbe=rbb+1+UTIEQ=650+206261=6.006kUBQ=UEQ+0.7=1.9VVCC-UBQRw+Rb1=IBQ+UBQRb2可以解出Rw=40.78k由此可以计算出该放大电路的输入电阻Ri=Rw+Rb1Rb2rbe=4.06k输出电阻为RoRC=3.3k电压增益Au=UoUi=-RCRLrbe=-68.392. 当ICQ=2mA时由实验原理知计算结果如下：IEQ=+1ICQ=2mAIBQ=1ICQ=9.76AUCQ=VCC-ICQRC=5.4VUEQ=IEQRE=21.2=2.4VUCEQ=UCQ-UEQ=5.4-2.4=3Vrbe=rbb+1+UTIEQ=650+206262=3.328kUBQ=UEQ+0.7=3.1V利用回路的分压特性UBQRb2Rw+Rb1+Rb2VCC可以解得Rw=5.12k由此可以计算出该放大电路的输入电阻Ri=Rw+Rb1Rb2rbe=2.5k输出电阻为RoRC=3.3k电压增益Au=UoUi=-RCRLrbe=-123.43.当CE与RE2并联时ICQ=1mA时，可知Rw=40.78k仍然成立，而此时：Au=U0Ui=-RCRLrbe1RE1=-8.7Ri=Rw+Rb1Rb2rbe+1RE1=9.91 kRoRC=3.3k四、仿真结果搭建电路如下：1.静态工作点的调整用参数扫描找到静态时使ICQ=1mA的电阻Rw=38.9k同时测得：UCQ=8.7V UEQ=1.2V UCEQ=UCQ-UEQ=7.5V 如下：用参数扫描找到静态时使ICQ=2mA的电阻Rw=3.83k 如下图：同时测得：UCQ=5.4V UEQ=2.4V UCEQ=UCQ-UEQ=3V 如下：总结数据如下：ICQRw/kUCQ/VUEQ/VUCEQ/V1mA38.98.69451.20777.48692mA3.835.4002.4122.98772.工作点对放大电路动态特性的影响当ICQ=1mA时，电路如下：示波器显示如下：故放大倍数Au=-480.5097.069=-68.0测量输入电阻时电路如下：示波器显示如下：故Ri=5.5817.070-5.581=3.75 k 测量输出电阻。当负载电阻接入时电路如下：示波器显示如下：当负载电阻不接入时，电路如下：示波器显示如下：故输出电阻R0=U0U0-1RL=774.155480.642-1*5.1 k=3.114 k当ICQ=2mA时，电路如下：示波器显示如下：故放大倍数Au=-884.2767.070=-125.1测量输入电阻时电路如下：示波器显示如下：故Ri=4.7937.068-4.793=2.11 k 测量输出电阻。当负载电阻接入时电路如下：示波器结果如下：当负载电阻不接入时，电路如下：示波器显示如下：故输出电阻R0=U0U0-1RL=1393884.2-1*5.1 k=2.935 k综上结果如下（表中电压均为最大值）：电压增益输入电阻输出电阻ICQUi/mVUo/mVAuUi1/mVUi2/mVRi/kUo1/mVUo2/mVRo/k1mA7.069480.509-68.05.5917.0703.75774.155490.6423.1142mA7.070884.276-125.14.7937.0682.114.7937.0682.113.幅频特性由于隔直电容比较小，此处近似认为输入电压的幅值变化不大，仿真输出曲线与数据见附图，整理如下：ICQ=1mA时的幅频特性曲线ICQ=2mA时的幅频特性曲线数据统计如下表：ICQAuAu/2fL/Hzfh/HzBW/Hz1mA-73.3-51.83130.181.181.12mA-138.05-97.60248.0172.8872.88五、实验内容与数据记录1.利用学习机上的晶体管输出特性测出三极管的放大倍数= 205 2. 调节Rw，使ICQ=1mA、2mA、，测量UCEQ的值。ICQRw/kUCEQ/V1mA43.47.472mA5.362.913.ICQ=1mA、2mA情况下，测量放大电路的动态特性（电压增益、输入电阻、输出电阻）和幅频特性。动态特性（电压均为有效值）：电压增益输入电阻输出电阻ICQUi/mVUo/mVAuUi1/mVUi2/mVRi/kUo1/mVUo2/mVRo/k1mA5341-68.24.1054.565553403.232mA51582-116.43.752.859405793.18幅频特性：ICQAuAu/2fL/Hzfh/MHzBW/Hz1mA68-48.08146.13.333.33M2mA124.4-87.96296.32.2472.247MICQ理论计算仿真结果实验数据仿真与理论误差实验与理论误差实验与仿真误差Rw/k1mA40.838.943.44.657%-11.568%11.568%2mA5.123.835.3625.195%-39.948%39.948%UCEQ/V1mA7.57.48697.470.175%0.226%-0.226%2mA32.98772.910.410%2.601%-2.601%Au1mA68.3968.068.20.570%-0.294%0.294%2mA123.4125.1116.4-1.378%6.954%-6.954%Ri/k1mA4.063.754.567.635%-21.600%21.600%2mA2.552.112.8517.255%-35.071%35.071%Ro/k1mA3.33.1143.235.636%-3.725%3.725%2mA3.32.9353.1811.061%-8.348%8.348%fl/Hz1mA130.1146.112.298%2mA248.01296.319.471%fh/Hz1mA81.1M3.33M-95.894%2mA72.88M2.247M-96.917%4.数据汇总与误差分析由表格可以看出：1.理论计算、仿真数据与实验数据较为接近，部分数据与理论值相差较大，主要是理论值对于晶体管设定为理想，与实际元件有所差别。2.比较仿真与实际实验的频率响应可以看到下限截止频率可比，而上限截止频率差别较大，这应该与两个因素有关：第一，实验中所使用的晶体管不够理想，级间电容与仿真软件中元件差别较大；第二，实验中使用实际示波器，而仿真中采用的是理想示波器，示波器的电容对于上限截止频率造成影响。但是静态电流增加时，上限截止频率变小，下限截止频率增加，频带变窄的特性仍然不变。3.整体上看来，理论计算和仿真实验可以在一定范围符合实际情况，指导实际实验。【分析实验误差产生的原因】：1.实验仪器的误差实际试验的示波器并不理想，有内阻也有电容，测上限截止频率时，会受到示波器中电容等内部元件的影响，并且由于示波器分辨率的问题导致数据不准确；此外频率信号发生器也会给电路带来影响；用数字万用表测电阻以及静态工作点时，也会带入仪器误差。2.实验元器件的误差由于实际晶体管与理想晶体管有一定差别，其工作区的线性程度也不能完全得到保证，因此导致一定误差。3. Rw的理论值偏差较大分析若考虑射极电阻的影响，Rw的实测值和仿真值都很准确。 测量fH时，即使探头使用*10档，所测结果与实际仍有很大差距。示波器输入电容降低了原电路的上限截止频率。六、思考题1.若将图2.1 所示放大电路的直流工作点调至最佳状态（即当输入信号幅度增大时，输出波形同时出现饱和与截止失真），列表说明RC,RL各参量的单独变化（增大或减少）对输出信号动态范围有何影响。如果输入信号幅度增大， 在上述各种情况下输出信号波形首先将产生什么性质的失真？ 答：列表如下所示：变化输出动态范围的影响首先失真RC增大增大饱和失真减小减小截止失真RL增大增大饱和失真减小减小截止失真2.能否用数字万用表测量图2.1 所示放大电路的增益及幅频特性，为什么？ 答：不能用数字万用表测量幅频特性。万用表的工作频率范围较小，不能完全满足测量要求。使用万用表可以在一定范围内测量增益。但是因为无法估计万用表内部电容对于所测增益点的频率响应，并不能保证万用表测量值的准确性。（即通频带较窄，不易找到合适的测量点）。并且使用数字万用表时测出的是电压的有效值，但因无法观察到波形，故无法判断波形是否失真，失真时算出的电压增益没有意义。示波器可以克服以上问题，还可以保证较高精度，同时能显示相位差等相关特性，更实用方便。3、测量放大电路输入电阻时，若串联电阻的阻值比其输入电阻大得多或小得多，对测量结果会有什么影响？答：若电压表测量误差为+/-0.1，则当串联电阻的阻值比其输入电阻大得多或小得多时，必有一处电压值会过小，电压测量的相对误差0.1/U就会很大，造成所得输入电阻的相对误差增大。5、一般是改变上偏置电阻Rb1来调节工作点，为什么？改变Rb2或Rc可以吗？为什么？答： Vbb=Vcc*Rb2/（Rb2+Rb1）=Vcc/(Rb1/Rb2+1)所以可以通过调节Rb1来调节工作点； 从上述公式看来，改变Rb2也是可以的；但改变Rc不可以，调节Rc只能改变管压降，改变不了Ic。七、实验结论放大电路直流工作点主要参数包括、，与电路元件参数、及晶体管的均有关，在实际工作中一般通过上偏置电阻来调节静态工作点。放大电路主要性能参数中，静态参数主要借助万用表直接或间接测量，动态参数则主要借助示波器测量。单管放大电路中直流工作点的设置会影响动态参数如电压增益、输入电阻、频带宽度等。发射极负反馈电阻会对放大电路的动态特性造成影响，如减小电压增益，展宽频带等，但会稳定静态工作点。八、实验小结与收获本次实验是我做的第一个完整的电子电路实验，从开始的预习理论计算到仿真模拟分析，再到时基搭建电路测量，在这整个过程