模拟电路单元及系统实验五：单级放大电路的研究

1、模拟电路单元及系统实验,本实验要掌握的知识点： 掌握放大电路静态工作点（ICQ、VCEQ）的调整与测量方法； 了解静态工作点的选择对输出波形的影响； 掌握放大电路动态特性（ AV、Ri、Ro、通频带 ）的测量以及静态工作点对上述指标的影响,共射极放大电路用于对小信号的放大处理，通过控制三极管的b极电流，从而改变c极电流的大小，得到与输入信号相位相反、幅度放大的输出信号。 值得注意的是：三极管的电流虽由输入信号控制，但电路消耗的总功率是由直流电源转化而来的,术语定义,静态工作点 静态工作点与截止失真、饱和失真的关系 AV、Ri、Ro、通频带,实验电路板结构,第二级电路,第二级电路,RP,调整电位

2、器RP（即Rb1）,可改变ICQ。 且RP变化方向与ICQ相反,1,1置1:接通R1有vs-vi=v（1k） K1置:断开R1 有vs=vi,2置ON： 置OFF： 接通负载RL 断开负载RL 测得vo L 测得vO,隔直电容,100电阻未接入,隔 直 电 容,旁路电容，使1k射极电阻交流短路，降低Av，不影响静态工作点,实验测量框图,注意：6V直流电源在整个实验过程中保持不变,vs,vo,6V（恒定,实验电路板与仪器连接图,电 源,信号发生器,示波器,毫伏表,6V,Vi,Vo,Vs,1.RP调至最大或最小位置时静态工作点ICQ和VCEQ的测量,表格一：静态工作点的测量,4.用万用表接三极管C

3、、E两极测VCEQ,表格一：静态工作点改变对输出波形的影响（表4-1,2.RP调至最大、最小位置时对输出波形影响的调整,Vi,Vo,2. 从10mVpp 逐渐增大Vi,输出波形上半波大,下半波小的不对称现象,这是由于晶体管的非线性失真引起。为了便于观察，建议把示波器的T/DIV旋钮置于1ms位置，高度调至示波器荧光屏的格,5. 用示波器测出VOPP的值,4. 用毫伏表测出Vi的值,3. 直至输出波形刚出现上或下削波,6V固定不变,1.送出1kHz正弦波,表格二：用实验手段和理论方法计算Av 、 Ri 、 Ro并观察静态工作点对上述指标的影响（表4-3,1.按要求设置相应的ICQ，定下了静态工作

4、点再接入动态信号； 2.表格二的实验中，始终将开关K1置“1”（即串入R1），调整vs使vi处的信号为f=1kHz，Vi=10mV（有效值）的正弦信号（注意，此时VS-Vi=V(1k)）； 3.保持Vi=10mV（有效值），用毫伏表分别测量Vs、Vo和VoL的值； 4.利用课本P163的串联电阻法以及P165的换算法计算出 Ri 、 Ro和Av 的实验值； 5.使用P245的公式4-44-8，计算出Av 、 Ri 、 Ro的理论值并与步骤4中的实验测量值 作比较。 提示：(1) 计算时，三极管取200，rbb取300。 (2) ICQ=0.5mA的VO的测量值一般在500mV600mV之间,

5、VOL的测量值一般在 300mV400mV之间。 (3)当测量值与理论值不相符时，要及时检查电路是否有故障，如：电路是否实 现放大作用、连接线极性是否正确、测量仪器出错还是信号传输过程出错、 测量方法和仪器选择是否正确,1.开关K1往上打（即串入R1,3.毫伏表CH1测量源电压（VS,4.毫伏表CH2测量输入电压（Vi,2. 接入信号发生器输出电压,5.调整信号发生器使Vi=10mV（有效值,表格二：用实验手段和理论方法计算Av 、 Ri 、 Ro 并观察静态工作点对上述指标的影响（表4-3,6.测出CH1（ Vs ）的读数,表格三：幅频特性曲线的描绘,Av,因信号采样频率范围较宽，作图时，采

6、用频率的对数值(Lgf )为横坐标与Av为纵坐标并描点所得, 横坐标只是用对数间隔标注，坐标标记仍是频率f ,而不是用频率的对数(Lgf )表示,注意: 必须用方格纸画图,10,30,70,50,100,10,1k,0,1000k,100k,10k,20 50,AV -（f ） 曲线,90,频率特性：放大电路对不同频率的正弦信号的稳态响应 放大电路的频率特性可用电压增益Av对信号频率的关系式表示， 如下图,表格三（表4-4）：幅频特性曲线和通频带的测量,1.将开关K1置“2”（即不接入R1），而K2置“ON”（接入负载）。 2.令ICQ=0.5mA 3.使输入信号为f=1kHz，10mV（有效

7、值）的正弦波， 4.按照2-5-10的变化规律逐渐改变频率，测出不同频率点下的VoL值。注意当f 改变时，保持 Vi 不变,对数坐标的应用:绘制频率特性曲线,在绘制频率特性曲线时,频率轴坐标若使用均匀刻度表示,而频率范围往往很宽,因此频率轴应采用对数坐标。频率轴引入对数标尺刻度,它能使低频段展宽而高频段压缩,只有这样,才能在很宽的频率范围内将频率特性的特点清晰地反映出来,否则低频部分将被压缩,难以将低频段内曲线细微的变化反映出来,如下图所示。取对数标尺后,其刻度是对数的,并非等分的,但它的整刻度(log)是等分的。应当注意,对数坐标是将坐标轴按对数规律进行刻度,并不是对频率取对数。所用坐标系被

8、称为半对数坐标系(x轴为对数刻度,y轴为均匀刻度,对横坐标的取值取对数，得： Lg20=1. 3, Lg50=1.69， Lg100=2.0 Lg200=2.3 ，Lg500=2.69 其结果几乎以等间隔分 布，因此，横坐标用对数标注显得更为方便，如图,静态工作点：保持接通直流电源，输入信号为零（输入端悬空）的条件下， ICQ、 VCEQ和VBEQ的值，即直流环境下的三极管电流电压值。 静态工作点的意义： 1.与放大电路直流功耗有关； 2. ICQ的选择直接影响以下参数的数值： AV、r、Ri 3.ICQ与Q点的位置相关，Q点位置可用于判断输出波形的失真类型（截止或饱和,ICQ=VRC/RC,

9、ICQ,VBQ,VCEQ,静态工作点的设置 调整Rb1可改变 ICQ的大小，从而改变 VCEQ的大小 静态工作点的测量： 1.VCEQ和VBEQ用数字 万用表直接测量 2.ICQ用间接法测量， ICQ=VRC/RC,BACK,静态工作点对动态范围的影响,为了使放大电路不失真地放大信号,静态工作点设置要合 适，Q点应设置在交流负载线的中间附近,如图所示的Q1点。 静态工作点Q选择过高或过低,都会出现失真: （1）截止失真是由于静态工作点的电流取得太小而引起 的,此时集电极电压很大。如图中Q2点所示。 （2）饱和失真是由于静态工作点电流取得太大而引起 的，此时集电极电压很小。如图中Q3点所示。 用

10、示波器观测输出电压的截止失真和饱和失真的波形， 对NPN型管来说，前者为vo的正半周失真，后者为vo的负半 周失真,Q点对输出波形的影响,输出交流信号vo是叠加在静态电压VCEQ之上，随着vi的增大，vo进入削波状态,VCE1,ICQ1,BACK,AV、Ri、Ro、通频带的定义 AV：电路放大倍数，通过测量VOL、Vi由VOL/Vi算出 通频带：放大电路对处于该频率范围内的输入信 号放大倍数基本一致,10,30,70,50,100,10,1k,0,100k,10k,90,0.707Av,Av,fH fL,Av最大值的0.707倍，对应的两个 频率点fh、fl分别为通频带的上限、 下限截止频率,

11、通频带的意义： 频带越宽，则放大电路对不同频率的信号适 应能力越强 频带越窄，则放大电路对频带中心频率的选 择能力越强,Ri：电路输入电阻，电路输入端与地之间的等效 电阻,理论计算值：Ri=Rb1/Rb2/rbe 实验测量： 对照图一、二可得，图一中R1与图二的Rs对应，图二中Ri则为图一放大电路vi端与地之间往右的等效输入电阻。 实则Rs与Ri为串联关系，共同对信号发生器输出电压Vs进行分压，利用下式可算得Ri的大小,图 一,图 二,Ri/Rs=vi/（vs-vi）, vi、vs均用毫 伏表测量,输入电阻的意义： 输入电阻越大，则驱动放大电路所 需的电流越小，且放大电路的输入电压 Vi越接近

12、信号源电压Vs,Ri,RO：电路输出电阻，电路输出端与地之间往左看 的等效电阻,理论计算值：Ro=Rc 实验测量： 对照图一、二可得，图一中RL与图 二的RL对应，图二中Ro则为图一放大电路 vo端与地之间往左的等效输出电阻。 实则RL与Ro为串联关系，共同对放大 电路输出电压Vs进行分压，利用下式可 算得Ro的大小,图 一,图 二,其中，Vo与VoL用毫伏表测量 输出电阻的意义： Ro越大，则RL的全范围变化对输出 电流的影响较小，即稳定输出电流能力越强 Ro越小，则RL的全范围变化对输出 电压的影响较小，即稳定输出电压能力越强,BACK,Ro,实验原理图,实 验 电 路 图,名词说明,ICQ=VRC/RC,vs ：信号源电压（s=source,vi ：放大电路输入电压,Vo ：放大电路空载时输出电压,voL ：放大电路有载输出电压(L=l