晶体管共射极单管放大器实验报告

系（院）、专业班级： 电气自动化（2）班 姓名： 吴捷 学号：0202日期：成绩： 课程 名称 实验 名称 同组 同学 模拟电子技术（本） 晶体管共射极单管放大器 刘桀铭 指导 老师 实验室 名 称 模拟电路实验室 实验目的 1、 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 2、 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 实验设备 1、＋12V直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、直流毫安表 7、频率计 8、万用电表 9、晶体三极管3DG6×1(β＝50～100)或9011×1 （管脚排列如图2－7所示） 电阻器、电容器若干 实验原理 图2－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。 图2－1 共射极单管放大器实验电路 在图2－1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2 的电流远大于晶体管T 的 基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算 UBRB1UCC RB1RB2 IEUBUBEICRE UCE＝UCC－IC（RC＋RE） 电压放大倍数 β AV输入电阻 Ri＝RB1 // RB2 //r be 输出电阻 RO≈RC RC // RL rbe 由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。 放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1、 放大器静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量 测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行， 即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用 ICIEUEUCCUC算出IC（也可根据IC，由UC确定IC）， RERC同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。 为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图2－2(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2－2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。 (a) (b) 图2－2 静态工作点对uO波形失真的影响 改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。 图2－3 电路参数对静态工作点的影响 最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 2、放大器动态指标测试 放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。 1) 电压放大倍数AV的测量 调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则 AVU0 Ui 2) 输入电阻Ri的测量 为了测量放大器的输入电阻，按图2－4 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得 RiUiUiUiR URUSUiIiR 图2－4 输入、输出电阻测量电路 测量时应注意下列几点: ① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压 UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。 ② 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。 3) 输出电阻R0的测量 按图2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据 UL即可求出 RLUO RORL RO(UO1)RL UL 在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。 4) 最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围） 如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2－5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于22U0。或用示波器直接读出UOPP来。 图 2－5 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真 5) 放大器幅频特性的测量 放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数AU与输入信号频率f 之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2－6所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/倍，即所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带 fBW＝fH－fL 放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AU。为此，可采用前述测AU的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。 6) 干扰和自激振荡的消除 参考实验附录 3DG 9011(NPN) 2 3CG 9012(PNP) 9013(NPN) 图 2－6 幅频特性曲线 图2－7晶体三极管管脚排列 实验内容和步骤 实验电路如图2－1所示。各电子仪器可按实验一中图1－1所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。 1、调试静态工作点 接通直流电源前，先将RW调至最大， 函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通＋12V电源、调节RW，使IC＝（即UE＝）， 用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。记入表2－1。 表2-1 IC＝2mA 测 量 值 UB（V） UE（V） UC（V） 计 算 值 RB2（KΩ） UBE（V） UCE（V） IC（mA） 2、测量电压放大倍数 在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，记入表2－2。 表2－2 Ic＝ Ui＝ mV RC（KΩ） RL(KΩ) ∞ ∞ Uo(V) AV 观察记录一组uO和u1波形 3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响 置RC＝Ω，RL＝∞，Ui适量，调节RW，用示波器监视输出电压波形，在uO不失真的条件下，测量数组IC和UO值，记入表2－3。 表2－3 RC＝Ω RL＝∞ Ui＝ mV IC(mA) UO(V) AV 测量IC时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使Ui＝0）。 4、观察静态工作点对输出波形失真的影响 置RC＝Ω，RL＝Ω， ui＝0，调节RW使IC＝，测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u0 足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表2－4中。每次测IC和UCE 值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。 表2－4 RC＝Ω RL＝∞ Ui＝ mV IC(mA) UCE(V) u0波形 失真情况 管子工作状态 5、测量最大不失真输出电压 置RC＝Ω，RL＝Ω，按照实验原理中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器RW，用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值，记入表 2－5。 表2－5 RC＝ RL＝ IC(mA) Uim(mV) Uom(V) UOPP(V) *6、测量输入电阻和输出电阻 置RC＝Ω，RL＝Ω，IC＝。输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US，Ui和UL记入表2-6。 保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-6。 表2-6 Ic＝2mA Rc＝Ω RL＝Ω US (mv) 实验数据记录及（分析）讨论 1、调试静态工作点 表2-1 IC＝2mA 测 量 值 UB（V） 2、测量电压放大倍数 表2－2 Ic＝ Ui＝ mV RC（KΩ） RL(KΩ) ∞ ∞ Uo(V) AV 观察记录一组uO和u1波形 UE（V） UC（V） 计 算 值 RB2（KΩ） UBE（V） UCE（V） IC（mA） 55 2 Ui (mv) Ri（KΩ） 测量值 计算值 U（ LV） UO R0（KΩ） 计算值 （V） 测量值 3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响 表2－3 RC＝Ω RL＝∞ Ui＝ mV IC(mA) UO(V) AV 4、观察静态工作点对输出波形失真的影响 表2－4 RC＝Ω RL＝∞ Ui＝ mV IC(mA) UCE(V) u0波形 失真情况 下部平顶 管子工作状态 截止失真 1 无 线性放大 上不评定 饱和失真 5、测量最大不失真输出电压 2－5。 表2－5 RC＝ RL＝ IC(mA) Uim(mV) Uom(V) UOPP(V) 通过这次实验， 让我了解到了晶体管共射极放大器的基本工作原理， 学会了分析静态工作点 对放大器的性能影响，掌握了放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出 电压的测试方法， 还有就是熟悉了常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用方法。 在这次的 实验操作过程中，我们要用到很多的实验器材，而且比较复杂，在连接的时候，比较容易出 错，所以我们都非常认真的完成这次的实验操作。模拟电子电路是抽象的一门科学，在学习 的过程中我们和实验相结合的