实验二 单级放大电路

EDA 一 模拟部分 电子线路仿真实验报告 实验名称 单级放大电路 姓 名 童磊 学 号 12041238 班 级 电信 2 时 间 2014 11 20 南京理工大学紫金学院电光系 一 实验目的 1 熟悉共发射极 共集电极放大电路的结构 2 熟悉共发射极 共集电极放大电路静态工作点的估算方法及 仿真分析方法 3 熟悉共发射极 共集电极放大电路 Au 输入电阻 输出电阻 的估算方法及仿真分析方法 4 理解共发射极 共集电极放大电路静态工作点对电路交流特 性的影响 5 了解单级放大电路频率特性的分析方法 6 掌握各类单级放大电路的特点及应用 7 了解电路产生失真的原因及解决方法 二 实验原理 1 电路参数变化对静态工作点的影响 放大器的基本任务是不失真地放大信号 实现输入变化量对输 出变化量的控制作用 要使放大器正常工作 除要保证放大电路正 常工作的电压外 还要有合适的静态工作点 放大器的静态工作点 是指放大器输入端短路时 流过三极管的直流电流 IBQ ICQ 及管子 C E 极之间的直流电压 UCEQ 和 B E 极的直流电压 UBE 中的射极电 阻 RE 是用来稳定放大器的静态工作点 其工作原理如下 利用 RB1 和 RB2 的分压作用固定基极电压 UB 由图可知 当 RB1 RB2 选择适当 满足 I4 远大于 IB 时 则有 b2 b 2 R UVcc RbRb 式中 RB1 RB2 和 VCC 都是固定不随温度变化的 所以基极电位基 本上为一定值 通过 IE 的负反馈作用 限制 IC 的改变 使工作点保持稳定 具 体稳定过程如下 TIcIeUeUbeIbIc 2 静态工作点的理论计算 电路的静态工作点可由以下几个关系式确定 b2 b 2 R UVcc RbRb Re Ub Ube Ic Re UceVccIc Rc 由以上式子可知 当管子确定后 改变 VCC RB1 RB2 RC 或 RE 中任一参数值 都会导致静态工作点的变化 当电路参数确定 后 静态工作点主要通过 RW 调整 工作点偏高 输出信号波形易产 生饱和失真 工作点偏低 输出波形易产生截止失真 但当输入信 号过大时 管子将工作在非线性区 输出波形会产生双向失真 当 输出波形不很大时 静态工作点的设置应偏低 以减小电路的静态 损耗 3 静态工作点的测量与调整 调整放大电路的静态工作点一般有两种方法 1 将放大电路的输入端短路 即 ui 0 让其工作在直流状态 用直流电压表测量三极管 C E 间的电压 调整电位器 RW 使 UCE 稍 小于电源电压的 1 2 本实验为 UCE 为 4V 即可 这表明放大电路 的静态工作点基本上已设置在放大区 然后再测量 B 极对地的电位 并记录 根据测量值计算静态工作点值 以确保三极管工作在导通 状态 2 放大电路接通直流电源 并在输入端再加上正弦信号 幅度约 为 10mV 频率约为 1kHz 使其工作在交直流状态 用示波器监视 输出电压波形 调整基极电阻 RW 使输出信号波形不失真 并在输 入信号增大时 输出波形同时出现截止失真和饱和失真 这表明电 路的静态工作点处于放大区的最佳位置 撤去输入正弦信号 即令 ui 0 使电路工作在直流状态 用直流电压表测量三极管三个极对 地的电压 UB UE UC 即可计算出放大器的直流工作点 ICQ UCEQ UBEQ 的大小 4 电压放大倍数的测量与计算 放大电路的动态性能参数重要的有电压放大倍数 输入电阻和输出 电阻 另外 对不同频率信号的响应能力也是放大电路重要的一项 性能指标 电压放大倍数是指放大电路输出端的信号电压 变化电压 与输入 端的信号电压之比 即 Uo Au Ui 电路中 RcRL Au rbe 26 1 mv rberbb Ie 其中 rbb 一般取 300 当放大电路的静态工作点设置合理后 在电路的输入端加入正弦信 号 用示波器观察放大电路的输出波形 并调节输入信号幅度 使 输出波形基本不失真 用交流毫伏表或示波器分别测量放大电路的 输入 输出电压 按定义式计算即可得电路的电压放大倍数 三 实验内容 2N3020 的输出特性曲线 C1 10uF 5 RB1 10k 5 RB2 10k 5 RE 1k 5 RC 5k 5 RW 200k Key A 12 V2 12 V C2 10uF 5 C3 47uF 5 5 4 Q1 2N3020 6 2 8 RL 5k 5 1 V1 10mVpk 5kHz 0 3 0 图 1 分压偏置共发射极放大电路 静态工作点 表 1 VC VVE VUCE V IB AIC mA 估算值4 1281 6262 50251 841 5730 37 测量值3 4521 7531 69844 381 7138 52 估算 Au uo ui Rc RL rbe rbe rbb 1 26mv Ie Ri RW RB1 RB2 rbe Ro Rc 表 2 Au Ri k Ro k 估算值151 40 4715 ui 2mV131 50 4924 558 ui 5mV131 10 4914 559测量值 ui 10mV129 60 4914 559 滑动变阻器 0 时的静态工作点 滑动变阻器 100 时的静态工作点 表 3 输出信号失真波形失真类型UCE V IB AIC mA 0 饱和失真0 0116574 881 89 滑动变阻 器百分比 100 截止失真 11 861 7 0 5280 023 C1 10uF RB1 10k RB2 10k RE1 3k V2 12 V C2 10uF V1 10mVpk 1kHz 0 Q1 2N3439 3 RL1 5k RS 5k 2 6 1 4 0 5 图 2 共集电极放大电路 静态工作点 表 4 VC VVE VUCE V IB AIC mA 测量值12 005 286 7233 151 7352 19 ui uo 测量方法 C1 10uF RB1 10k RB2 10k RE1 3k V2 12 V C2 10uF Q1 2N3439 3 RS 5k 1 5 V1 2mVpk 1kHz 0 RL1 5k XMM1 XMM2 6 0 4 2 估算 ui ib rbe 1 RE1 RL1 uo ib 1 RE1 RL1 Au uo ui rbe 1 RE1 RL1 1 RE1 RL1 Ri RB1 RB2 rbe 1 RE1 RL1 Ro RE1 rbe Rs RB1 RB2 1 表 5 Au Ri k Ro k 估算值0 994 7