基本放大电路操作及仿真实验

1、实验一单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1、掌握放大电路的静态工作点的调整和测试方法。2、掌握放大电路的动态参数的测试方法。3 、观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。二、实验原理当三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三级管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区，如果静态工作点不适合，输出波形则会产生非线性失真饱和失真和截止失真，而不能正常放大。当静态工作点设置在合适的位置时，即保证三极管在交流信号的整个周期均工作在放大区时，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。由

2、于电路中有电抗元件电容，另外三极管中的PN结有等效电容存在，因此，对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性即电压放大倍数的相位与频率的关系。三、实验要求和实验步骤（1 ）实验要求1. 设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率2kHz（峰值5mV），负载电阻3.9k Q,电压增益大于 50。2. 调节电路静态工作点，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试 对应的静态工作点值。3. 调节电路静态工作点，要求输入信号峰值增大到10mV电路输出信号均不失真。在此状

3、态下测试： 电路静态工作点值； 三极管的输入、输出特性曲线和B、r be、r ce值； 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； 电路的频率响应曲线和f L、f H值。(2 )实验步骤1.设计分压偏置的单管电压放大电路VCC2.测试饱和失真和截止失真电路图如上图所示，当调整R1和R2的大小时，可以观测到饱和失真和截止失真。1)观察饱和失真并测定参数调节R1大小，使R仁24.9K，观察示波器， 可得输出电压的波形如图1所示。观察波形，发现输出电压波形出现了削底的现象，对于NPN管说明此时三极管出项了饱和失真。1创I 时间 ji * CCD通道LA酒道B相反T2 刚*嘩环 uot* vmio744.3

4、2 r FTtS! mV1， ,1 jPi mv保存| T2-T1| 241 Q9C |t-305 735 nft/GNC Ci时星通滴U通道e_利发| 咖(5W衽/Drv刻度h°°mV/Div封度 15 V/Diy沿T Ri A 位o'Yfeg |n uV位置 卩水平QV| Y/T Add-E/A I AjBAC 1 G1 DC <* JAC I 0 1 DC 亠 I r* 内】9E |自动|A 0 外 1图1三极管放大电路饱和失真时的输出电压波形再通过对电路图进行直流分析，可得图2中的数据。扌歹分frfggjftr 丨匕 .-文盅：诣点曄二員ED|Bg|H

5、|aIrJ 為电曲|円|1 建1 J .j.1 *J血囲ISI直说工作点示波器xci ftifirffc点电路11饱和失真图2三极管放大电路饱和失真时的静态工作点值此时静态工作点为lb=144.87uA、lc=2.08mA、Vce=0.08V。2)观察截止失真并测定参数由于输入的信号过小，因此很难观察到截止失真的现象，因此将小信号的峰值调至20mV,将R2调至21K,观察示波器，可得输出电压的波形如图3所示。观察波形，发现输出电压波形出现了削顶的现象，对于NPN管说明此时三极管出项了截止失真。图3三极管放大电路截止失真时的输出电压波形再通过对电路图进行直流分析，可得图4中的数据。图4三极管放大

6、电路饱和失真时的静态工作点值此时静态工作点为lb=947.55nA、lc=208.40uA、Vce=10.84V c3）观察不失真并测定参数无需改变设计图中的任何参数。观察波形，发现输出电压波形出现了较为对称的波形（图5）。示波器-XSC1T1 *|*1T2rt时囘2 560 s2 560 s羽F72衽314 922 mV-344 21B mV-659 140 mV通逵Ai-X f 岳 Q相反I1-WS保存.c tiig r1 E1?J衽/D '刻度rriWniv|刻度|sv/Div>/x+ |t广xfcS|oYfcg |0-'位這0水平p1 v| yTt Ajd,bza

7、| a/b IAC I 0 I I DC GAC I 0 H応 |广 lr无|自动| H B外|图5三极管放大电路不失真时的输出电压波形再通过对电路图进行直流分析，可得图6中的数据。图6三极管放大电路不失真时的静态工作点值此时静态工作点为lb=4.96uA、lc=1.07mA、Vce=6.07V。由于静态工作点位置不合适，波形会产生失真，如图7所示。（1 ）静态工作点偏低，如Qb所示，接近截止区，交流量在截止区，使输出电压波形正半周被削顶，产生截止失真。（2）静态工作点偏高，女口所示，接近饱和区，交流量在饱和区，使输出电压波形负半周被削底，产生饱和失真。图7放大电路波形失真图4.测试三极管的输

8、入、输出特性曲线和B、r be、r ce 值1）测试三极管的B值当输入信号峰值增大到 10mV时，可以得到电路静态工作点值（图8）,得到B = 1 c = 215.82I b图8电路静态工作点值2）测试三极管的输入特性曲线图9为测试三极管输入的实验图，使得VCE=VCE，Q使用直流扫描，可得输入特性曲线如图10所示。图9测试输入特性曲线的实验图示Stas-xsci fttas-xsci左谎分析I亘直扫Mt 直SI扫描3-dcswecp2綸入特性曲线-ImOOOin图10输入特性曲线通过静态时的lb找到Q点，在Q点附近取两个点，斜率的倒数即为r be。求r be值的过程如图11所示|p bedx

9、=6K dy變入琴性曲注示鮭XSC1|亲理XSC1|爍分析|醴Mt3-dcsweep2X1£29.59771111 -Ff弓上Lx2627 * 34S:玄Mlj-k j -m pl494jqC:A-l,7451rdv-291.5251：* /-lvJL f _LA-5_上,FHhz»f-3.a2txTTIT SC0.0000rax xS9Q.OOO(tam r， ®t i 4l M j-12<179prax y2 218rr9qtjlit图11通过输入特性曲线得到r be3）测试三极管的输出特性曲线图12为测试输出特性曲线的实验图，使得IB=IBQ,使用直流

10、扫描，可得输出特性曲线如图13所示。图12测试输出特性曲线的实验图修分析耋表文件 编場 视囹工具r ce。求r ce值的过r ce口|8| 巳爭|Bi示滦器xsci | fts-xsci |交谎分析 直流扫描图13输出特性曲线通过静态时的Ic找到Q点，在Q点附近取两个点，斜率的倒数即为程如图14所示。dx=10 0.2Kdydxroax y图14通过输入特性曲线得到r ce5.测量输入电阻、输出电阻和电压增益1）测量输入电阻输入电阻的测试电路如图15所示。将万用表XMM1设置为交流电流表，万用表 XM设置为交流电压表。从这两个表中读出电流和电压的值，如图16所示。=4.98Ki图15输入电阻的

11、测试电路I。图16输入电流和输入电压的读数2）测量输出电阻输出电阻的测试电路如图17所示。将万用表 XMM1设置为交流电流表，万用表 XMM2设置为交流电压表。从这两个表中读出电流和电压的值，如图18所示。Ro= 2.79KXHM1S322万用寒A设養电压增益的测试电路如图eTkOha 丄13）测量电压增益图18输出电流和输出电压的读数设置为交流电压表。从这两个表中读出电压的值，如图I卜QuFR£9O.?kOhiLlCmV JZkHxCDa+1lDOuT-POL图17输出电阻的测试电路viA =严二 65.4220所示。19所示。将万用表XMM1设置为交流电压表，万用表 XMM27.

12、071 mV2533 確|I3线如图21所示图19电压增益的测试电路7 07 mV图20输出电压和输出电压的读数6 .电路的频率响应曲线和f L、f H值1 ）电路的频率响应曲线 对电路进行交流分析，幅频，相频特性曲文件 WS UBS 2LMC0| 国 |ttl电%昭逐| ib|团呢图21频率特性曲线2) f l、f h值的测定通过软件得到幅频最大的值后，再通过三分贝点得到f L、fH值，从而得到通频带宽。22 得至叽 f l=69.21HZ、 f h=27.13MH Z回D gS H打卑ic -1沁：牴醱分析翌垂c Iqs旦级眉 _L具；10k频率他)f l、f H值的测定可通过图示ifeS

13、-xsci示jfe-xsci交说份柝电路1图22 f l、f h值的测定四、分析实验结果2N2222A的B的理论值为220，而实验中测试出的B 值为 215.82 ,1.计算误差1）实验中所用的三极管可得误差为IB - B I真E =真=1.9%B直r be = 200 + (1 + B)V TI E=5.57 K，则误差为|be | r be 真-r = 7.7% E =r be真Ri= Rl|R2|r be=5.11K，则误差为E = | Ri真-Ri| = 2.5%R真Ro = Rc = 2.87K,则误差为ERo真-Ro真Ro1 = 2.8%r beAv = - B Rc|1 Rl = - 65.30，则误差为EA 真-A =0.2%A真2.分析结果入特性曲线选点时对于r be的误差是因为其理论公式中就是近似相等，本身就存在误差，另外在输出、输也存在误差导致最后结果产生误差。输入电阻产生的误差较大是与电源及所选取的三极管的型号有关，输出电阻的误差是B的值比较接近软件提供的理论值220,其产生的误差的原因可能是由于电路中的电阻有1%波动，造成测量上的误差。总体来说，虽然实验存在误差，但误差在可以接受的范围之内五、实验感想虽然以前也对 Multisim软件有所了解，但真正将其用在EDA设计