單管分壓式穩(wěn)定共射極放大電路設(shè)計報告

1、單管分壓式穩(wěn)定共射極放大電路設(shè)計 設(shè)計題目： 輸入信號 vi=5mv，f=10kHz ，輸出信號 vo=500mv，工作電 壓 Vcc=6v ，輸入電阻 Ri1k，輸出電阻 Ro2k 用分壓式穩(wěn) 定單管共射極放大路進行設(shè)計。 RL=10k。 一、設(shè)計思考題。 如何正確選擇放大電路的靜態(tài)工作點， 在調(diào)試中應(yīng)注意什么？ 負載電阻 RL 變化對放大電路靜態(tài)工作點 Q 有無影響？對放大 倍數(shù) AU 有無影響？ 放大電路中，那些元件是決定電路的靜態(tài)工作點的？ 試分析輸入電阻 Ri 的測量原理(兩種方法分別做簡述)。 二、設(shè)計目的 a) 掌握單管放大電路的靜態(tài)工作點和電壓放大倍數(shù)的測量方法。 b) 三極管

2、在不同工作電壓下的共基放大系數(shù)的測定。 c) 了解電路中元件的參數(shù)改變對靜態(tài)工作點及電壓放大倍數(shù)的 影響。 d) 掌握放大電路的輸入和輸出電阻的測量方法。 三、所需儀器設(shè)備 a) 示波器 b) 低頻模擬電路實驗箱 c) 低頻信號發(fā)生器 d) 數(shù)字式萬用表 e) PROTUES仿真 四、設(shè)計原理 a) 設(shè)計原理圖如圖 1 所示分壓式穩(wěn)定共射極放大電路 圖 1 分壓式穩(wěn)定共射極放大電路 b) 對電路原理圖進行靜態(tài)分析與反饋分析說明分壓式對電路穩(wěn) 定性的作用。 靜態(tài)分析：當外加輸入信號為零時，在直流電源 VCC 的作用下， 三極管的基極回路和集電極回路均存在著直流電流和直流電壓， 這些 直流電流和直

3、流電壓在三極管的輸入、輸出特性上各自對應(yīng)一個點， 稱為靜態(tài)工作點。 靜態(tài)工作點的基極電流、 基極與發(fā)射極之間的電壓 分別用符號 I BQ和UBEQ 表示，集電極電流、 集電極與發(fā)射極之間的電壓 則用 ICQ和UCEQ 表示。 為了保證 UBQ 的基本穩(wěn)定，要求流過分壓電阻的電流 IR IBQ,為此 要求電阻 R1,R2 小些，但若 R1,R2 太小，則電阻上消耗的功率將增大， 而且放大電路的輸入電阻將降低。在實際工作中通常用適中的 R1,R2 值。一班取 IR (510)IBQ,常常取 10倍，而且使 UBQ (5 10)UBEQ ，常常 取5倍 分析分壓式工作點穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點時，可先從

4、估算UBQ 入手。 由于 IR IBQ ，可得 Rb1 U BQVCC Rb1 Rb 2 然后可得到靜態(tài)發(fā)射極電流為 U EQ UBQ U BEQ I EQI CQ ReRe 對于硅管一般 UBEQ 0.7V 則三極管 c、e 之間的靜態(tài)電壓為 UCEQ VCC ICQ Re VCC ICQ(Rc Re) 最后得到靜態(tài)基極電流為 ICQ I BQ 。 反饋分析： 在圖 1 所示的電路圖中，三極管的靜態(tài)基極電位 UBQ由VCC 經(jīng)電阻分壓得到，可認為其基本上不受溫度變化的影響，比較穩(wěn)定。 當溫度升高時，集電極電流 I CQ增大，發(fā)射極電流 IEQ 也相應(yīng)的增大。 IEQ 流過 Re使發(fā)射極電位U

5、EQ 升高，則三極管的發(fā)射極結(jié)電壓 UBEQ UBQ - UEQ將降低，從而使靜態(tài)基極電流 IBQ 減小，于是 I CQ也隨之 減小，最終使靜態(tài)工作點基本保持穩(wěn)定。 c) 對電路進行動態(tài)分析，輸入電阻與輸出電阻對放大電路的作 輸入電阻：從放大電路的輸入端看進去的等效電阻。輸入電阻Ri 的 Ii 輸入電阻這項技術(shù)指描述放大電路對信號源索取能力的大小， 通常希 望放大電路的輸入電阻越大越好， Ri 愈大， 說明放大電路對信號索取 的能力越強， 即輸入放大電路的信號越多， 消耗到電源內(nèi)阻上的信號 越少。 輸出電阻：從放大電路的輸出端看進去的等效電阻。在中頻段，當輸 入信號短路， 輸出端負載開路時，

6、輸出電阻 Ro 的大小等于外加輸出電 壓與相應(yīng)輸出電流之比。 Uo 即 Ro| U s 0 RL 即I o 輸出電阻是描述放大電路帶負載能力的一項技術(shù)指標， 通常希望放大 電路的輸出電阻越小越好， 由上圖可知， Ro 越小，說明放大電路的帶 負載能力越強。 放大器的輸入電阻應(yīng)該越高越好， 這樣可以提高輸入信號源的有效輸 入，將信號源的內(nèi)阻上所消耗的有效信號降低到最小的范圍。 而輸出 電阻則應(yīng)該越低越好， 這樣可以提高負載上的有效輸出信號比例， 提 高放大電路帶負載能力。 Ic Ui Rb Ri Rb2 rbe Ib rbe / Rb1 / Rb2 RL Uo RLRc / RL 五、設(shè)計步驟

7、1. 三極管共射放大系數(shù) 的測定 (1) 按圖 2 連接共射極放大電路。 (2) 共射放大系數(shù) 測量靜態(tài)工作點 仔 測量值 Ib1細(uA) Ib2(uA) Ib3(uA) I b4(uA) Ib5(uA) I b6(uA) Ib7(uA) Ib8(uA) Ib平均值 I b9(uA) I b10(uA) 3.25 3.31 3.38 3.44 3.51 3.58 3.65 3.73 3.554 3.80 3.89 檢 Ic1(m Ic2(m Ic3(m Ic4(m Ic5(m Ic6(m Ic7(m Ic8(m Ic 平均值 Ic9(m Ic10( A)查 A) A) A) A) A) A)

8、 A) A) mA) 0查.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.48 1 1 2 3 4 4 5 6 41 7 b 平均值 = 3.554 uA ； Ic 平均值 = 0.441mA； Ic 平均 值 124 .1 。 I b平均 值 結(jié)論： 首先 把滑 動變阻器 的阻值調(diào) 到最 大 ，求 出最 小電 流 ibmin=1.79uA, 再連續(xù)調(diào)小滑動變阻器 Rv1 的阻值從而引起 ib與 ic 的連續(xù)變化，當 ic 不在隨 ib 連續(xù)變化時記下此時的 ib 值 為 ibmax=3.55uA 。 ib = ( ibmin+ibmax )/2 =2.67u

9、A 。 調(diào)整滑動變阻器 Rv1 使得微安表的示數(shù)為 ib=2.67uA 左右，我取 2.67uA。記錄下毫安表的示數(shù) ic=0.33 毫安，如圖一所示。 =ic/ib =123.6 上表可讀出：隨著 Ib 的增加， 的值也不斷增加，但是當 Ib 達到一 定值后， 的值又隨著降低。 26mv rbe 300 10.2uA。 2. 三極管共射放大倍數(shù)的設(shè)計 由電路圖 2 可知， Rb vcc -vbe 357.7 k 。 b I BQ 連接電路，對電路進行微調(diào)，使放大電路的放大倍數(shù)為AV 100 ，測得 IBQ= 15.0uA ，V BEQ= 0.67V 。 3. 分壓式穩(wěn)定共射極放大電路設(shè)計 (

10、1) 設(shè) Re=0.6k，由IBQ=15uA 可知 VBQ= VBEQ +IBQ(1+ )Re= 1.76 V 得：VBQ= 1.76V。 (2) 按工程設(shè)計可知，電路原理圖如圖 1 所示，流經(jīng) R1、R2的電流 I 10I BQ 0.15mA，可知 R1 R2 Vcc Vcc39k 1 BQ 放大信號的放大倍數(shù)的測定 4. 分壓式穩(wěn)定共射極放大電路各參數(shù)的測定 I 10I BQ 又因： Vcc -VBQ VBQ 2 R1R2 聯(lián)立 1 2 解方程組得： R1= 12k 、 R2= 27k (3) 分別接入耦合電容、旁路電容， C1、C3約 10uF。在三極管基極 B 接入直流電流表，在 R1

11、、R2 兩端分別接入可變電阻 RV1 、RV2 ， 微調(diào) RV1 、RV2 使 IB= IBQ= 15 uA。 (4) 直流反饋過程：(說明當溫度變化時對此電路的靜態(tài)工作點的 影響) 三極管的靜態(tài)基極電位 UBQ由VCC經(jīng)電阻分壓得到， 可認為其基本上 不受溫度變化的影響， 比較穩(wěn)定。當溫度升高時， 集電極電流 ICQ增 大，發(fā)射極電流 IEQ 也相應(yīng)的增大。 IEQ 流過 Re 使發(fā)射極電位 UEQ 升高， 則三極管的發(fā)射極結(jié)電壓 UBEQ UBQ - UEQ將降低，從而使靜態(tài)基極電 流 IBQ 減小，于是 ICQ也隨之減小， 最終使靜態(tài)工作點基本保持穩(wěn)定。 將低頻信號發(fā)生器和萬用表接入放大

12、器的輸入 V i，放大電路輸 出端接入示波器，如圖 2 所示，信號發(fā)生器和示波器接入直流電源， 調(diào)整信號發(fā)生器的頻率為 10KHZ ，輸入信號幅度為 5mv 的正弦波， 從示波器上觀察放大電路的輸出電壓 VO 的波形，分別測 Ui 和 UO 的值，求出放大電路電壓放大倍數(shù) AV 。 則 AV=96 。 則放大誤差為： 4 。 (2) 保持輸入信號大小不變， 改變 RL ，觀察負載電阻的改變對電壓 放大倍數(shù)的影響，并將測量結(jié)果記入表 2 中 表 2 電壓放大倍數(shù)實測數(shù)據(jù)(保持 Vi不變) RL Vo/mV Vi/mV A U 測量 值 AU 理論 值 誤差 1K 136 3.54 42 100

13、58 5K 287 3.54 78 100 22 10K 334 3.54 92 100 8 20K 363 3.54 100 100 0 500 3.54 100 100 0 結(jié)論：在 Ui 不變的情況下，隨著 RL的增加， Au增加， Au測量值 與 Au 理論值的差減小，誤差減小。在一定范圍內(nèi)，即負載越大， 誤差越小 （3）觀察工作點變化對輸出波形的影響 調(diào)整信號發(fā)生器的輸出電壓幅值 （增大放大器的輸入電壓 Ui ）， 觀察放大電路的輸出電壓的波形， 使放大電路處于最大不失真狀態(tài) 時（同時調(diào)節(jié) RP1 與輸入電壓使輸出電壓達到最大又不失真）， 記錄此時的 RP1RB11 值，測量此時的靜

14、態(tài)工作點，保持輸入信 號不變。改變 RP1使 RP1RB11分別為 25K和 100K，將所測 量的結(jié)果記入表 3 中。（注意：觀察記錄波形時需加上輸入信號， 而測量靜態(tài)工作點時需撤去輸入信號。） 表3 R b對靜態(tài)、動態(tài)影響的實驗結(jié)果 RL= 結(jié)果 Rv1 R1 （萬用表）靜態(tài)測量與計算值 輸出波形 （保持 UI 不變） 判斷失 真性質(zhì) Ic/mA V E/V V B/V V CE/V Ri 35k 2.52 1.37 2.07 0.96 1.6k 上不失真，下不失真 不失真 23k 2.3 1.77 245 1.4 1.47k 上不失真，下失真 截止失 真 63K 1.26 1.1 1.8

15、 3.48 1.67k 上失真，下不失真 飽和失 真 （4） 測量放大電路的輸入電阻 Ri 與誤差 方法一：測量原理如圖 3 所示，在放大電路與信號源之間串入 一固定電阻 Rs Ri 1.6k ，在輸出電壓 Vo 不失真的條件下，用 示波器測量 vi 及相應(yīng)的 vs的值，并按下式計算 Ri： Ri Ui Us Ui Rs 信號發(fā)生器 Rs 放大電路 圖 3 Ri 測量原理一 則輸入電阻 Ri= 1.5 k。 其輸入電阻誤差為： 0.1k。 方法二：測量原理如圖 4 所示，當 Rs0 時，在輸出電壓 UO 不失真的條件下， 用示波器測出輸出電壓 UO1；當 Rs 4.7K時， 測出輸出電壓 Uo

16、2，并按下式計算 Ri Ri U o2Rs U o1 Uo2 s 圖 4 Ri 測量原理二 則輸入電阻 Ri = 1.43k 。 其輸入電阻誤差為： 0.17k。 (5) 測量輸出電阻 Ro 與誤差 輸出電阻 Ro 的測量原理如圖 5 所示，在輸出電壓 Uo 波形保持 不失真的條件下， 用示波器測出空載時的輸出電壓 Uo1 和帶負載時 的輸出電壓 Uo，按下式計算 Ro 信號發(fā)生器 Rs 放大電路 圖 5 Ro 的測量原理圖 Ro (UUoo1 1)RL 則輸出電阻 Ro = 1.92k 其輸出電阻誤差為： 0.08k 六、 討論與心得體會。 （1）懂得單管分壓式共射極電流負反饋式工作點穩(wěn)定電路原理。 （2）計算數(shù)據(jù)。 （3）接好電路微調(diào)出預定結(jié)果。 （4）通