单极管放大电路实验报告

单极管放大电路实验报告 (一)实验电路 (二)理论计算公式：①直流参数计算：IBEQBQRBCQEQBQCEQCQC②交流参数计算：bebb'I(mA)rrbebb'I(mA)EQ*R'A=LVr;LCLA=Ri*AVSRS+RiViBbeiBbeOC (三)放大电路参数测试方法由于半导体元件的参数具有一定的离散性，即便是同一型号的元件，其参数往往也有较大差异。设计和制作电路前，必须对使用的元器件参数有全面深入的了解。有些参数可以通过查阅元器件手册获得；而有些参数，如晶体管的各项有关参数(最重要的是β值)，常常需要通过测试获取，为电路设计提供依据。另一方面，即便是经过精心设计和安装的放大电路，在制作完成后，也必须对静态工作点和一些交流参数进行测试和调节，才能使电路工作在最佳状态。一个优质的电子电路必定是理论设计和实验调试相结合的产物。因此，我们不但要学习电子电路的分析和设计方法，还应认真学习电子调节和测试的方法。晶体管的静态工作点对放大电路能否正常工作起着重要的作用。对安装好的晶体管放大电路必须进行静态工作点的测量和调试。①静态工作点的测量：量，所以应该使用万用电表的直流电压和直流电流档进行测量。测量时，应该保持电路工作在“静态”，即输入电压Vi＝0。要使Vi=0，对于阻容耦合电路，由于存在输入隔直电容，所以信号源的内阻不会影响放大器的静态工作点，只要将测试用的信号发生器与待测放大器的输入端断开，即可使Vi=0；但是输入端开路很可能引入干扰信号，所以最好不要断开信号发生器，而是将信号发生器的“输出幅度”旋钮调节至“0”的位置，使Vi=0。对于直接耦合放大电路，由于信号源的内阻直接影响待测放大器的静态工作点，所以在测量静态工作点时必须将信号发生器连接在电路中，而将输出在实验中，为了不破坏电路的真实工作状态，在测量电路的电流时，尽量不采用断开测点串入电流表的方式来测量，而是通过测量有关电压，然后换算出电流。在本实验中，只要测出VBQ、VCQ、VCC电压值，便可计算出VBEQ、VCEQ、ICQ、IBQ。计算公式如下(计算前，需知道RB、RC的值)：V=V;BEQBQVCCVI=CQCQRCV=VCEQCQVCCVI=BQBQRB为减小测量误差，应选用内阻较高的直流电压表。(500型万用表的直流电压档内阻静态工作点的设置是否合适，对放大器的性能有很大的影响。静态工作点对放大器的“最大不失真输出幅值”和电压放大倍数有直接影响。当输入信号较大时，如果静态工作点设置过低，就容易产生截止失真(NPN管的输出波形为顶部失真。见图(a))；如果静态工作点设置较高，就容易出现饱和失真(NPN管的输出波形为底部失真。见图 (b))。当静态工作点设置在交流负载线的中点时，如果出现失真，将是一种上下半周同时削峰的失真(见图(c))。这时放大器有最大的不失真输出幅值。tttta(b)(c)因此，当放大器需要处理大信号时，应将静态工作点设置在交流负载线的中点；对于前置放大器，由于处理的信号幅度较小，不容易出现截幅现象，而应着重考虑放大器的噪声、增益、输入阻抗、稳定性等方面，所以一般设置静态工作点在交流负载线中点以下偏CEQBV减小；增大RCEQB工作点的值(ICQ、VCEQ)，然后给待测放大器加电后，用万用表测量VCEQ，调节RB，使VCEQ达到设计值。必要时，需要在放大器输入端输入一定幅度的正弦信号，用示波器B观察输出波形，并调节R，使输出信号的失真最小。实验中，为调节静态工作点方便，BBR采用了可变电阻RW(当然，如果改变VCC和其它元件的数值也会影响静态工作点，B但都不如调节RB方便)。实际应用电路中在Q点调节好后，将RW换为阻值相同的固定试的动态指标如下：电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、最大不失真输出幅值和通频带fbw。实用放大电路常常还要测试谐波失真系数、噪声系敏度、最大不失真输出功率、电源效率等参数。这些参数也很重要，但限于实验课时限制，本次实验不进行测试。首先调节放大器静态工作点至规定值。用低频信号发生器(XD22型)输出1KHz正弦波信号VS，用屏蔽线将正弦波信号接至放大器的输入端(线路图中的A点和地之间，注意将屏蔽线的外层屏蔽网接地)。调节信号发生器输出幅度为规定值，用示波器(XJ4241型)观察输出电压VO的波形，注意输出不应产生失真。如果存在失真，应再次检查静态工作点和电路元件的数值，这些方面都正确的话，应减小输入信号的幅值。信信信IiVi用电子管毫伏表(GB-9型)测量Vs、Vi、Vo，由下式计算：VA=OVViVA=OVSVSVR=iiIi由于输入电流Ii的直接测量比较困难(直接在输入端串入电流表测量Ii将对放大器引入较大的干扰信号)，所以在测量Ii时，采用了间接测量的方法。在电路输入端串入采样VVI=SiiRsO.f.fVO接RL后测得。在上述测量过程中注意保持输入电压Vi的频率和幅值不变。④最大不失真输出幅值的测量：(最大动态范围)放大器的静态工作点确定之后，其“最大不失真输出幅值”就确定了，但由于Q点不一定是在交流负载线的中点，所以不一定是该电路能够达到的最大值。测试“最大不失真输出幅度”的电路接线同AV的测试电路相同。在测量过程中，将输入信号VS的幅值由小逐渐增大，并注意观测VO的波形，当波形刚开始出现失真时，这时的输出电压VO的幅度就是该电路对应当前工作点的“最大不失真输出幅度”。记录该波形和幅值，并注意首先出现的是“截止失真”还是“饱和失真”，可分析出静态工作点是偏低(首先出现截止失真)还是偏高(首先出现饱和失真)。参看图的失真波形。为使电路能达到最大的不失真输出幅度，应该将静态工作点调节到交流负载线的中点。为此，应根据当前工作点情况，将Q点适当调高(Q点偏低时)或调低(Q点偏高时)。同时，逐步增大输入信号的幅W工作点，使失真消除。当波形上下半周同时出现削峰现象时，说明静态工作点已调节在交流负载线的中点上，用示波器测量最大不失真输出电压的幅值VOP-P，或用电子管毫伏表测量最大不失真输出电压的有效值VOM有效。两者之间的关系为：V＝22V。OP-POM有效⑤放大器频率特性的测量lglg|AV|ff线LHf.放大器频率特性反映了放大器对不同频率输入信号的放大能力。放大器的频率特性用频率特性曲线来表示。频率特性曲线直观的反映出电压放大倍数AV、附加相移ΔΦ与输单管阻容耦合放大器的频率特性曲线如图所示。Avm为中频(信号频率f0=1KHz)电压放大倍数。当输入信号频率的变化时，电压放大倍数下降3dB(为中频放大倍数的BB2VBQ(V)VEQ(V)VCQ(V)VBEQ(V)QV理论计算值R(K12≈倍)时对应的频率分别称为下限截止频率和(fL)和上限截止频率(fH)，并定义fbw=fH-fLVA=O计算而VVi由于放大器的AA=O计算而VVi得，所以一般采用如下方法测量放大器的上、下限截止频率：固定信号发生器的输出Vi的幅值不变，改变其输出频率，这时VO的变化即代表了AV的变化。先将信号发生器的频率设为1KHz，用示波器观察放大电路的输出波形不失真，VOmpVOm，在保证输出信号不失真的前提下，可微调信号发生器的输出幅度，使放大器的输出电压易于读数 (指针指示某一整数值)。然后保持信号发生器的输出幅值不变，逐渐改变信号发生器的输出频率，记录对应该频率点的放大器输出电压VO，当信号频率较低或较高时，VO将下使VO=时的频率值f，该频率值就是fL或fH。为减少测量所用的时间，在中频段，因放大电路的输出电压有较宽的一段基本不变，所以调节频率可适当粗一些，而在放大器输出电压发生变化时，应多测几点，以保证测量的准确性。测试时，必须保证输入信号的幅值不变，只改变频率。所以应使用双踪示波器同时监视Ui和Uo，当改变输入信号频率时，如果幅值有所改变，应调整信号发生器的输旋钮使Ui幅值与初始值相同。⑥干扰和自激振荡的消除：参看附录。三、实验内容：实验电路如图所示。先画出装配图，然后焊接电路。电路焊接好后，经检查无误，将实验电路与各电子仪器正确连接，再次检查无误后(特别要注意稳压电源的输出电压和极性、万用电表的量程)，向下进行通电调试。为防止干扰，信号发生器、示波器、毫伏表的屏蔽线外层屏蔽网和稳压电源的负极应接在公共地线上。(二)参数测试先将RW调至阻值最大位置，稳压电源输出调至12V，信号发生器的输出幅度调节为0，再接通电源。用万用表监视ICQ(参看前面介绍测量ICQ的方法)，调节RW，使ICQ=2mA(即VCQ=6V)，用数字万用表的直流电压档测量VBQ、VEQ、VCQ，断开电源在放大器输入端加入频率为1000HZ的正弦信号V，调节低频信号发生器的输出幅度，使Vi=5mV，同时用示波器观察放大器输出电压VO的波形，在保持波形不失真的条件下，用交流毫伏表测量下述两种情况下的VO值，并用双踪示波器同时观察VO和Vi的相VV表ICQ=2mAVi=5mVRRC(KΩ)RL(KΩ)VO(V)AV∞3．观察静态工作点对电压放大倍数的影响置RC=3KΩ，RL=∞，Vi适当(≈10mV)，调节RW，用示波器监视输出电压波形，表RC=3KΩRL=∞Vi(mV)Vo(V)AV4．观察静态工作点对输出波形失真的影响逐步加大输入信号Vi，使输出幅值最大但不失真，然后保持输入信号幅值不变，分别增大OCQCEQ和减小RW，使波形出现失真，画出V的波形，并测出失真情况下的IOCQCEQ果记入表中。每次测I和V时，注意应使输入信号为表RC=3KΩRL=∞Vi=mVQVV波形O6．测量输入电阻和输出电阻CLCQO置R=3KΩ，R=3KΩ，I=2mA。输入1KHZCLCQOVO3-6中，并计算得到Ri、Ro的计算值。表中的理论值是指根据电路图计VSI=2mAVSI=2mACLRiKΩRiKΩ)V’VoRo(KΩ)io(V)(V)测量计算值理论值*7．测量幅频特性曲线fmV1．晶体管直流稳压电源(型号DH1718)：调节输出电压为＋12V；2．低频信号发生器(型号XD22)；3．双踪示波器(型号XJ4241)；4．交流毫伏表(型号GB-9)；5．万用电表(型号500)；6．数字万用表(型号D803或D809)；7．电烙铁、焊锡、松香9．电位器(可变电阻)2MΩ；CEQCCCQCCECLCEQCQL式中V’是交流负载线在VmAmA8765487654OmCQLV=IR’≈OmCQL交流负载线3Q(6V,2mA)Q(6V,2mA)2VceV'V=IR'33VCEQCQL因此可由下式联立求得VVEQIVEQIR'CQL'(|V=IR''IcmA〈CEQIcmACEQCQC|lV=VCCCEQCQC8765EQCQ8765EQCQCEQCQCEQ