共射放大電路實(shí)驗(yàn)報告

1、實(shí)驗(yàn)報告課程名稱：電子電路設(shè)計實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師：李錫華,葉險峰,施紅軍 成績：_實(shí)驗(yàn)名稱：晶體管共射放大電路分析 實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計實(shí)驗(yàn) 同組學(xué)生姓名:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計方法，2、掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測量方法，了解放大器的非線性失真。3、掌握放大電路電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等主要性能指標(biāo)的測量方法。4、理解射極電阻和旁路電容在負(fù)反饋中所起的作用及對放大電路性能的影響。5、學(xué)習(xí)晶體管放大電路元件參數(shù)選取方法，掌握單級放大器設(shè)計的一般原則。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求1.設(shè)計一個阻容耦合單級放大電路已知條件：， 性能指標(biāo)要求：,對頻率為1kHz的正弦信號2.設(shè)計要求（1

2、）寫出詳細(xì)設(shè)計過程并進(jìn)行驗(yàn)算（2）用軟件進(jìn)行仿真3.電路安裝、調(diào)整與測量自己編寫調(diào)試步驟，自己設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格4.寫出設(shè)計性實(shí)驗(yàn)報告三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計與實(shí)驗(yàn)參數(shù)計算共射放大電路(一).電路電阻求解過程（=100）(沒有設(shè)置上課要求的160的原因是因?yàn)殡娐菲渌麉?shù)要求和講義作業(yè)要求基本一樣,為了顯示區(qū)別,將改為100進(jìn)行設(shè)計)：（1）考慮噪聲系數(shù),高頻小型號晶體管工作電流一般設(shè)定在1mA以下，取Ic=1mA（2）為使Q點(diǎn)穩(wěn)定,取，即4V,（3）,恰為電阻標(biāo)稱值（4） 取R2為Ri下限值的3倍可滿足輸入電阻的要求，即R2=22.5k，R1=33.75k;綜上:取標(biāo)稱值R1=51k,R2=33k（5）

3、 （6）從輸入電阻角度考慮:Ri=R1/R2/+1re+RE1>7.5k，取Ri=9k,Vc=35VCC=6V(獲得4V足夠大的正負(fù)信號擺幅)得: RE1=118,RE2=3.3k,RC=6.6k從電壓增益的角度考慮:Av=5100/RCre+RE1>15V/V,取Av=20V/V;得:RE1=86,RE2=3.3k,RC=4k;綜上:取標(biāo)稱值為RE1=100,RE2=3.3k,RC=5.1k(二).電路頻率特性（1） 電容與低頻截止頻率取fL=25HZ<30HZ;CE=12fRE2/(RE1+re+Rs/R2/R11+=48.3FCE取標(biāo)稱值47F,C1,C2取推薦的標(biāo)稱值

4、22F(三).參數(shù)指標(biāo)驗(yàn)算過程 由已確定的參數(shù): RE1=86,RE2=3.3k,RC=4k, ，,C1=C2=22F,CE=47F計算得:IC=VBB-VBERBB1+RE=0.917mA,VCC-ICRC=5.323V,Av=20.24>15VV, Av=20.24>15VV, Ri=8.305k>7.5k,fL=12*CE*R=26HZ<30HZ;(R為與CE串聯(lián)的等效電阻),所有參數(shù)符合指標(biāo).四、實(shí)驗(yàn)步驟與過程(一).實(shí)驗(yàn)電路仿真：1. 代入?yún)?shù)的實(shí)驗(yàn)電路2.直流工作點(diǎn)Q:2.1仿真類型與參數(shù)設(shè)置:選擇時域瞬態(tài)分析(Time domain),由于交流小信號的頻率

5、為1kHZ,設(shè)置仿真時間為2個周期,0-2ms,掃描步長為0.02ms,精度足夠2.2圖像處理:將交流小信號源斷開,分別觀察IC,VCE,VBE,VC,的波形,利用標(biāo)尺(toggle cursor)得到仿真值為:IC=0.892V,VCE=2.38V,VBE=0.622V,VC=5.45V3.交流參數(shù)分析:3.1仿真類型與參數(shù)設(shè)置:選擇頻域分析(AC SWEEP),要將電壓源由給定頻率的VSIN源換成可供頻率掃描的VAC,幅值設(shè)定為10mV;為得到完整頻域特性,掃描頻率選擇對數(shù)掃描,從1HZ到100MHZ,采樣點(diǎn)設(shè)置為10,3.2圖像處理(其他圖像略去,只摘取需要用到標(biāo)尺工具的復(fù)雜圖像)(1)

6、.電壓增益:觀察V2(RL)/V1(RS)的頻域波形,用標(biāo)尺得出1Khz時的電壓增益為17.607;在直流分析中,設(shè)置y軸變量為max(V2(RL)/max(V1(RS),利用標(biāo)尺得到電壓增益為178.55mv/9.993mv=17.87;(2).上下限截止頻率與通頻帶:同樣是上面的頻域增益波形,利用orcad自帶的信號處理函數(shù)可以得到:Fl=26.24877HZ,FH=1.99MHZ,由于FL相對較小,通頻帶近似為FH (3).輸入電阻:觀察V(VS+)/I(C1)的頻域波形,利用標(biāo)尺可得,當(dāng)信號源的頻率為1Khz時,輸入電阻Ri=7.6816k4.數(shù)據(jù)處理與誤差分析計算可得除VCE外直流工

7、作點(diǎn)的相對誤差約為2.5%,而頻幅特性相對誤差約為10%,較大;直流工作狀態(tài)的誤差主要是由于將VCE直接認(rèn)定為0.7V導(dǎo)致的,而交流特性是由三極管直流工作點(diǎn)決定的,且計算時忽略了電容對電路產(chǎn)生的影響,且忽略厄利效應(yīng),所以會有至少3類誤差的疊加,導(dǎo)致誤差較大.(二).實(shí)際電路測試：1.測試原理:(注釋:由于事先不知道實(shí)際測試電路所用三極管放大倍數(shù)只有160的,而我設(shè)計是用100的,所以在測試時無法利用我的設(shè)計方案,采用了另一個設(shè)計方案,附在報告最后.)1.靜態(tài)工作點(diǎn)：（1）按元件參數(shù)安裝、連接電路（2）不加輸入信號，調(diào)節(jié)RC兩端的電壓使IC符合設(shè)計值（3）測量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并和理論值相比

8、較2.電壓增益：（1）保持靜態(tài)工作點(diǎn)不變，利用示波器觀察輸入信號波形,調(diào)節(jié)信號源，使輸出信號為頻率1kHz,幅值30MV的正弦波.（2）輸入、輸出波形用雙蹤顯示觀察，指出它們的相位關(guān)系。當(dāng)輸入輸出波形無失真時，分別讀出vi、vo的峰-峰值，記入表格（3）增大輸入信號幅度，用示波器監(jiān)視輸出波形。使輸出波形出現(xiàn)失真，記下此時的輸出波形草圖，說明首先出現(xiàn)的是哪種失真。測出最大不失真輸出電壓峰值，記入表格。（4）接入負(fù)載RL=5.1k。重做上述步驟，分析負(fù)載對電壓增益的影響。3.輸入電阻：（1）在信號源與被測放大器之間串入一個與Ri同一數(shù)量級的已知電阻R，在輸出波形不失真的情況下，分別測出vs和vi，

9、則放大器的輸入電阻為：4.輸出電阻：（1）輸出波形不失真的情況下，分別測出輸出端空載時的輸出電壓vo和接入負(fù)載RL后的輸出電壓vo，則放大器的輸出電阻為：5.幅頻特性：電壓增益下降到中頻增益0.707倍時（分貝數(shù)下降3dB）所對應(yīng)的的上、下限頻率即（1）在為設(shè)計值、情況下，輸入1kHZ正弦信號，改變輸入信號幅度，使輸出電壓峰-峰值為左右。測出此時輸出電壓峰-峰值（2）保持放大器輸出電壓幅度不變，改變信號源輸出頻率（增大或減?。?，當(dāng)輸出電壓值達(dá)到值時，停止信號源頻率的改變，此時信號源所對應(yīng)的輸出頻率即為2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄(1).靜態(tài)工作點(diǎn)：IC/mAVCE/VVBE/VVB/V理論值(仿真)0.

10、975.7560.6444.938實(shí)際值(測試)1.005.620.644.87(2).電壓增益：實(shí)測值（峰-峰值）計算值仿真值vi/mVvo/VAVAVRL=59.62.94-49.3-46.875-46.2RL=5.1k59.61.496-25.1-23.68-23.1相對誤差RL=6.71%1.46%基準(zhǔn)RL=5.1k8.66%2.51%基準(zhǔn)(3).輸入電阻：Ri（理論值）仿真值Rvs/mVvi/mVRi（實(shí)際值）82657272790055.2277564(4).輸出電阻：Ro（理論值）仿真值Vo/VVo2/VRLRo（實(shí)際值）510050211.4962.9451004900(5).

11、幅頻特性實(shí)測值理論值（仿真）fL39.0Hz31.5HzfH0.2MHz15.7MHz3.結(jié)果分析:1.靜態(tài)工作點(diǎn)：理論值和實(shí)際值相差不大,在合適的工作范圍內(nèi),相對誤差已隨表給出估計靜態(tài)工作點(diǎn)的誤差一部分是由于計算時默認(rèn)VBE=0.7V,而實(shí)際為0.64V造成的.2.電壓增益：（1）加入負(fù)載后，電壓增益下降，本次實(shí)驗(yàn)的負(fù)載和RC相同，帶負(fù)載電壓增益減半?？梢钥闯觯粢@得更大的電壓增益，且不考慮其他因素,在RC相同的情況下，負(fù)載電阻越大越好。但最大不失真輸出電壓的峰峰值(輸入信號擺幅)減小，容易出現(xiàn)飽和失真（在靜態(tài)工作點(diǎn)較高時）、或截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)較低時）。(2)利用示波器雙蹤顯示同時觀察

12、輸入輸出波形,不斷增大輸入信號的幅度,觀察發(fā)現(xiàn)輸出信號最先產(chǎn)生削頂現(xiàn)象,即電路最先產(chǎn)生截止失真;繼續(xù)增大輸入信號的幅度,然后輸出信號發(fā)生削底現(xiàn)象,即飽和失真.由示波器的標(biāo)尺分別測量得到最大不失真輸出電壓峰峰值和飽和失真的輸出電壓峰峰值.輸入與輸出信號相位差恒定為(2k+1),反相.RL=RL=5.1k未失真臨界峰峰值ViVoViVo截止失真39mV4.2V65.2mV2.98mV（3）最大不失真輸出電壓峰峰值測量為4.2V,與理論分析值接近:由于直流偏置信號為15V,且設(shè)計時的直流工作點(diǎn)工作在VC=10.053V情況,所以不失真的信號擺幅約為5V,最大不失真輸出電壓峰峰值<5V,而4.2

13、V<5V,且足夠大,符合要求.實(shí)驗(yàn)中判斷截止失真的臨界輸出電壓方法:在實(shí)驗(yàn)中,通過通過觀察可知最先發(fā)生截止失真,所以不斷增大電壓在波形明顯削頂之前微調(diào)輸入電壓,比對頂端和底端在相同信號衰減的情況下的相位跨度(即示波器上幅值下降兩格的橫線確定的相位差),當(dāng)二者剛好從相等到不等時,即為所求臨界輸出電壓.（4）電壓增益的實(shí)際值和仿真值均小于計算值，實(shí)際和仿真都會受到頻率和電容的影響，但實(shí)際情況下還有電阻阻值偏小等情況，所以實(shí)際值最小，而計算值是理想的情況，頻率和電容都按照理想情況處理，并未考慮三極管的極間電容,所以增益最大。3.輸入電阻：（1）實(shí)際值與仿真值和計算值相比略小?？赡苁且?yàn)閷?shí)際用的

14、電阻R并不標(biāo)準(zhǔn)存在偏差。仿真值部分，分析了1kHz時候的值，發(fā)現(xiàn)只有121,導(dǎo)致輸入電阻阻值下降。（如下圖所示）圖中值：121.4474.輸出電阻：（1）計算值不考慮厄利效應(yīng)，數(shù)值最大。仿真和實(shí)際值都包含了厄利效應(yīng)導(dǎo)致的電阻ro，而實(shí)際電阻RL的阻值無法保證，偏差會更大。5.幅頻特性：（1）實(shí)際值和仿真值的下限截止頻率相差不大，但是上限截止頻率相差巨大。下限截止頻率主要由耦合電容、旁路電容和電阻影響，實(shí)際值和仿真值不會相差很大。上限截止頻率主要是電阻和極間電容影響.經(jīng)過查閱資料,引起上限截止頻率的仿真值和實(shí)際測量值存在較大差異的主要原因是,示波器的輸入電容限制拉低了輸出回路的上限截止頻率, 起主要作用,是高頻響應(yīng)函數(shù)的主極點(diǎn).經(jīng)過計算,在某個合適不失真的輸入信號下,輸出信號峰峰值為1.42V時,3DB衰減后的輸出信號峰峰值為1.007V,所以調(diào)節(jié)輸入信號頻率,直到輸出信號波形在示波器上顯示的幅值為1.00V,此刻的輸入信號頻率即為上下限截止頻率.八、討論、心得本次實(shí)驗(yàn)涉及完整的放大器設(shè)計、仿真、測試過程，整體過程較為復(fù)雜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，計算值、仿真值、實(shí)際值之間均有一定誤差。實(shí)際情況下，直流源供電電壓偏差，電阻阻值和理論值的偏差,極間電容,線路電阻等均會帶來一定的誤差，但由于設(shè)計時充分考慮到這些因素,設(shè)置了合適的直流工作點(diǎn),總體上放大器還是能正常工作在放大狀態(tài)。設(shè)