共射放大电路实验报告_共10页

1、试验报告课程名称：电子电路设计试验指导老师：李锡华, 叶险峰 , 施红军成果： 试验名称：晶体管共射放大电路分析试验类型：设计试验同组同学姓名 :一、试验目的1、学习晶体管放大电路的设计方法，2、把握放大电路静态工作点的调整和测量方法，明白放大器的非线性失真；3、把握放大电路电压增益、输入电阻、输出电阻、通频带等主要性能指标的测量方法；4、懂得射极电阻和旁路电容在负反馈中所起的作用及对放大电路性能的影响；5、学习晶体管放大电路元件参数选取方法，把握单级放大器设计的一般原就；二、试验任务与要求1. 设计一个阻容耦合单级放大电路已知条件：vcc =+10v， rl5.1k， vi10 mv, rs

2、600性能指标要求：f l30hz , 对频率为 1khz的正弦信号av15v/ v , ri7.5k2. 设计要求（ 1）写出具体设计过程并进行验算（ 2）用软件进行仿真3. 电路安装、调整与测量自己编写调试步骤，自己设计数据记录表格4. 写出设计性试验报告三、试验方案设计与试验参数运算共射放大电路一. 电路电阻求解过程（=100） 没有设置上课要求的160的缘由是由于电路其他参数要求和讲义作业要求基本一样, 为了显示区分 , 将改为 100进行设计 ：（ 1）考虑噪声系数, 高频小型号晶体管工作电流一般设定在1ma以下，取 i c =1ma（ 2）为使 q点稳固 , 取 v2v，即 4v,

3、bbcc5（ 3） revbbi e0.73.3k, 恰为电阻标称值（ 4）r2r1r2vccvbb4vr1 : r23: 2取r2 为ri 下限值的 3倍可满意输入电阻的要求，即r2=22.5k， r1=33.75k ;1b由ir10i12=0.1ma, rvccvb60k, r40kir1综上 : 取标称值 r1=51k,r2=33k （ 5）rvtvt25ei ei c（ 6）从输入电阻角度考虑: .i = .1/ .2/.+ 1.+ .1 > 7.5. ，.i = 9. , .=取3.=.56. 获得 4v足够大的正负信号摆幅 得:.1 = 118, .2 = 3.3 ., .

4、= 6.6 .5100/.=.+ . = 20./.;从电压增益的角度考虑:.1 >15v/v, 取.得:;.1 = 86, .2 = 3.3 ., . = 4.综上: 取标称值为.1 = 100, .2 = 3.3 ., . = 5.1 . 二. 电路频率特性（ 1）电容与低频截止频率取. = 25.< 30.;.1. = 48.3.2.f .2/.1+ .+././ .2/ .11 + .取标称值 47 ., .1 , .2取举荐的标称值22. 三. 参数指标验算过程由已确定的参数:.1 = 86, .2 = 3.3 ., . = 4.,vcc=+10v， rl5.1 k，vi

5、10mv , rs600, .1 = .2 = 22.,.= 47.运算得 :. .15.=.= 0.917 m.,.+ .= 5.323.,|.| = 20.24 >. ,1 + .15. = 20.24 >1= 8.305. > 7.5. , .|.|, .= 26.< 30.;2. . .为与 .串. 联的等效电阻 , 全部参数符合指标.四、试验步骤与过程 一. 试验电路仿真：1. 代入参数的试验电路2.直流工作点 q:2.1 仿真类型与参数设置:挑选时域瞬态分析time domain,由于沟通小信号的频率为1khz,设置仿真时间为2个周期 ,0-2ms, 扫描步

6、长为 0.02ms, 精度足够2.2 图像处理 :将沟通小信号源断开, 分别观看 ic,vce,vbe,vc, 的波形 ,利用标尺 toggle cursor得到仿真值为:ic=0.892v,vce=2.38v,vbe=0.622v,vc=5.45v3. 沟通参数分析 :3.1 仿真类型与参数设置:挑选频域分析 ac sweep,要将电压源由给定频率的vsin 源换成可供频率扫描的vac, 幅值设定为 10mv;为得到完整频域特性,扫描频率挑选对数扫描,从1hz 到 100mhz, 采样点设置为 10,3.2 图像处理 其他图像略去 ,只摘取需要用到标尺工具的复杂图像(1). 电压增益 :观看

7、 v2rl/v1rs的频域波形 ,用标尺得出 1khz 时的电压增益为17.607;在直流分析中 ,设置 y轴变量为 maxv2rl/maxv1rs利,为178.55mv/9.993mv=17.87;(2). 上下限截止频率与通频带:用标尺得到电压增益同样是上面的频域增益波形,利用 orcad自带的信号处理函数可以得到:fl=26.24877hz,fh=1.99mhz由, 于 fl相对较小 ,通频带近似为 fh(3). 输入电阻 :观看 vvs+/ic1的频域波形 ,利用标尺可得 ,当信号源的频率为1khz时,输入电阻 ri=7.6816k4.数据处理与误差分析icvcevbevcavflri

8、仿仿仿仿仿0.9172.210.75.32320.24268.305仿仿仿仿仿仿0.8922.380.6225.4517.8926.257.6816仿仿仿仿0.0272630.0769230.0238590.1161070.009615 0.075063运算可得除 vce外直流工作点的相对误差约为2.5%,而频幅特性相对误差约为10%,较大 ;直流工作状态的误差主要是由于将vce直接认定为 0.7v导致的 ,而沟通特性是由三极管直流工作点打算的,且运算时忽视了电容对电路产生的影响,且忽视厄利效应 ,所以会有至少 3类误差的叠加 , 导致误差较大 . 二. 实际电路测试：1. 测试原理 : 注释

9、 : 由于事先不知道实际测试电路所用三极管放大倍数只有160的 , 而我设计是用 100的, 所以在测试时无法利用我的设计方案, 采纳了另一个设计方案, 附在报告最终 . 1. 静态工作点：（1）按元件参数安装、连接电路（2）不加输入信号，调剂rc两端的电压使 ic 符合设计值（3）测量放大电路的静态工作点，并和理论值相比较2. 电压增益：（1）保持静态工作点不变，利用示波器观看输入信号波形, 调剂信号源，使输出信号为频率 1khz, 幅值 30mv的正弦波 .（2）输入、输出波形用双踪显示观看，指出它们的相位关系；当输入输出波形无失真时，分别读出vi 、v o的峰 - 峰值，记入表格（3）增

10、大输入信号幅度，用示波器监视输出波形；使输出波形显现失真，登记此时的输出波形草图，说明第一显现的是哪种失真；测出最大不失真输出电压峰值，记入表格；（4）接入负载 rl=5.1k ；重做上述步骤，分析负载对电压增益的影响；3. 输入电阻：（1）在信号源与被测放大器之间串入一个与ri 同一数量级的已知电阻r，在输出波形不失真的情形下，分别测出vs 和v i ，就放大器的输入电阻为：rivsvivi /virrvsvi4. 输出电阻：（1）输出波形不失真的情形下，分别测出输出端空载时的输出电压vo和接入负载orl后的输出电压v ，就放大器的输出电阻为：rvovovo1) rolvo / rlv05.

11、 幅频特性：电压增益下降到中频增益0.707 倍时（分贝数下降3db）所对应的的上、下限频率即（ 1）在fl , f hi c 为设计值、rl情形下，输入1khz正弦信号，转变输入信号幅度，使输出电压峰- 峰值为0.5vop p max 左右；测出此时输出电压峰- 峰值vop p（ 2）保持放大器输出电压vi 幅度不变，转变信号源输出频率（增大或减小），当输出电压值达到0.707vop p 值时，停止信号源频率的转变，此时信号源所对应的输出频率即为f l , f h2. 试验数据记录1.静态工作点 ：i c/mavce/vvbe/vvb/v理论值 仿真 0.975.7560.6444.938实

12、际值 测试 1.005.620.644.872.电压增益 ：实测值（峰 - 峰值）运算值仿真值vi /mvvo/vavavrl=59.62.94-49.3-46.875-46.2rl=5.1k 59.61.496-25.1-23.68-23.1rl=相对误差rl=5.1k 6.71%8.66%1.46%2.51%基准基准3.输入电阻：ri （理论值）仿真值rv s/mvv i /mvri （实际值）82657272790055.22775644.输出电阻：ro（理论值）仿真值vo/vvo2/vrlro（实际值）51005021 1.4962.94510049005.幅频特性实测值理论值（仿真）

13、39.0hz31.5hzf l0.2mhz15.7mhzf h3. 结果分析 :1. 静态工作点：理论值和实际值相差不大, 在合适的工作范畴内, 相对误差已随表给出估量静态工作点的误差一部分是由于运算时默认vbe=0.7v, 而实际为 0.64v 造成的 .2. 电压增益：（ 1）加入负载后，电压增益下降，本次试验的负载和rc相同，带负载电压增益减半；可以看出，如要获得更大的电压增益，且不考虑其他因素, 在rc相同的情形下，负载电阻越大越好；但最大不失真输出电压的峰峰值 输入信号摆幅 减小，简单显现饱和失真（在静态工作点较高时）、或截止失真（静态工作点较低时）；2 利用示波器双踪显示同时观看输

14、入输出波形 , 不断增大输入信号的幅度 , 观看发觉输出信号最先产生削顶现象 , 即电路最先产生截止失真 ; 连续增大输入信号的幅度 , 然后输出信号发生削底现象 , 即饱和失真 . 由示波器的标尺分别测量得到最大不失真输出电压峰峰值和饱和失真的输出电压峰峰值. 输入与输出信号相位差恒定为2k+1rl=rl=5.1k vivovivo., 反相 .未失真临界峰峰值截止失真39mv4.2v65.2mv2.98mv（ 3）最大不失真输出电压峰峰值测量为4.2v, 与理论分析值接近: 由于直流偏置信号为 15v, 且设计时的直流工作点工作在vc=10.053v情形 , 所以不失真的信号摆幅约为5v,

15、 最大不失真输出电压峰峰值<5v, 而4.2v<5v, 且足够大 , 符合要求 .试验中判定截止失真的临界输出电压方法: 在试验中 , 通过通过观看可知最先发生 截止失真 , 所以不断增大电压在波形明显削顶之前微调输入电压, 比对顶端和底端在相 同信号衰减的情形下的相位跨度 即示波器上幅值下降两格的横线确定的相位差, 当二者刚好从相等到不等时, 即为所求临界输出电压.（ 4）电压增益的实际值和仿真值均小于运算值，实际和仿真都会受到频率和电容的影响，但实际情形下仍有电阻阻值偏小等情形，所以实际值最小，而运算值是抱负的情况，频率和电容都根据抱负情形处理，并未考虑三极管的极间电容, 所以

16、增益最大；3. 输入电阻：（ 1）实际值与仿真值和运算值相比略小；可能是由于实际用的电阻r并不标准存在偏差；仿真值部分，分析了1khz时候的值，发觉只有121, 导致输入电阻阻值下降；（如下图所示）图中值：121.447121. 46121. 451.0000k,121.447121. 44121. 430hz0. 5khz1. 0khz1. 5khz2. 0khz i q2: c / i q2: b4. 输出电阻：fr equency（ 1）运算值不考虑厄利效应，数值最大；仿真和实际值都包含了厄利效应导致的电阻 r o，而实际电阻 rl的阻值无法保证，偏差会更大；5. 幅频特性：（ 1）实际

17、值和仿真值的下限截止频率相差不大，但是上限截止频率相差庞大；下限截止频率主要由耦合电容、旁路电容和电阻影响，实际值和仿真值不会相差很大；上限截止频率主要是电阻和极间电容影响. 经过查阅资料 , 引起上限截止频率的仿真值和实际测量值存在较大差异的主要缘由是, 示波器的输入电容限制拉低了输出回路的上限截止频率 ,起主要作用 , 是高频响应函数的主极点.经过运算 , 在某个合适不失真的输入信号下, 输出信号峰峰值为1.42v 时,3db衰减后的输出信号峰峰值为1.007v, 所以调剂输入信号频率, 直到输出信号波形在示波器上显示的 幅值为 1.00v, 此刻的输入信号频率即为上下限截止频率.八、争论

18、、心得本次试验涉及完整的放大器设计、仿真、测试过程，整体过程较为复杂；从试验结果来看，运算值、仿真值、实际值之间均有肯定误差；实际情形下，直流源供电电压偏差，电阻阻值和理论值的偏差, 极间电容 , 线路电阻等均会带来肯定的误差，但由于设计时充分考虑到这些因素, 设置了合适的直流工作点, 总体上放大器仍是能正常工作在放大状态；设计放大器时应考虑这些可能存在的情形，应设计合适的直流偏置, 确保直流工作点合适, 提供足够大的输入信号摆幅.附九. 电路测试所用设计的设计流程（ 1）高频小型号晶体管工作电流一般设定在1ma 以下，那么取 ic =1ma（ 2）取 v1 v，即 5v3bbcc（ 3） revbbi0.74.3ke（ 4）r2r1r2vccvbb5v一般取 r为 r 下限值的 3倍可满意输入电阻的要r21, r : r2i2 :112r1r23求，即 r2=24k ， r1=48k，取标称值47kvt（ 5） re