共射放大電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)：電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師：李錫華,葉險(xiǎn)峰,施紅軍 成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：晶體管共射放大電路分析 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：設(shè)計(jì)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(jì)方法，2、掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量方法，了解放大器的非線(xiàn)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(cè)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(duì)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(jí)放大器設(shè)計(jì)的一般原則。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)阻容耦合單級(jí)放大電路已知條件：， 性能指標(biāo)要求：,對(duì)頻率為1kHz的正弦信號(hào)2.設(shè)計(jì)要求（1

2、）寫(xiě)出詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)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(cè)量自己編寫(xiě)調(diào)試步驟，自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格4.寫(xiě)出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算共射放大電路(一).電路電阻求解過(guò)程（=100）(沒(méi)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(jì))：（1）考慮噪聲系數(shù),高頻小型號(hào)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(chēng)值（4） 取R2為Ri下限值的3倍可滿(mǎn)足輸入電阻的要求，即R2=22.5k，R1=33.75k;綜上:取標(biāo)稱(chēng)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(hào)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(chēng)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(chēng)值47F,C1,C2取推薦的標(biāo)稱(chēng)值

4、22F(三).參數(shù)指標(biāo)驗(yàn)算過(guò)程 由已確定的參數(shù): RE1=86,RE2=3.3k,RC=4k, ，,C1=C2=22F,CE=47F計(jì)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(guò)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(lèi)型與參數(shù)設(shè)置:選擇時(shí)域瞬態(tài)分析(Time domain),由于交流小信號(hào)的頻率

5、為1kHZ,設(shè)置仿真時(shí)間為2個(gè)周期,0-2ms,掃描步長(zhǎng)為0.02ms,精度足夠2.2圖像處理:將交流小信號(hào)源斷開(kāi),分別觀(guān)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(lèi)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(duì)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(guān)察V2(RL)/V1(RS)的頻域波形,用標(biāo)尺得出1Khz時(shí)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(hào)處理函數(shù)可以得到:Fl=26.24877HZ,FH=1.99MHZ,由于FL相對(duì)較小,通頻帶近似為FH (3).輸入電阻:觀(guān)察V(VS+)/I(C1)的頻域波形,利用標(biāo)尺可得,當(dāng)信號(hào)源的頻率為1Khz時(shí),輸入電阻Ri=7.6816k4.數(shù)據(jù)處理與誤差分析計(jì)算可得除VCE外直流工

7、作點(diǎn)的相對(duì)誤差約為2.5%,而頻幅特性相對(duì)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(jì)算時(shí)忽略了電容對(duì)電路產(chǎn)生的影響,且忽略厄利效應(yīng),所以會(huì)有至少3類(lèi)誤差的疊加,導(dǎo)致誤差較大.(二).實(shí)際電路測(cè)試：1.測(cè)試原理:(注釋:由于事先不知道實(shí)際測(cè)試電路所用三極管放大倍數(shù)只有160的,而我設(shè)計(jì)是用100的,所以在測(cè)試時(shí)無(wú)法利用我的設(shè)計(jì)方案,采用了另一個(gè)設(shè)計(jì)方案,附在報(bào)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(hào)，調(diào)節(jié)RC兩端的電壓使IC符合設(shè)計(jì)值（3）測(cè)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(guān)察輸入信號(hào)波形,調(diào)節(jié)信號(hào)源，使輸出信號(hào)為頻率1kHz,幅值30MV的正弦波.（2）輸入、輸出波形用雙蹤顯示觀(guān)察，指出它們的相位關(guān)系。當(dāng)輸入輸出波形無(wú)失真時(shí)，分別讀出vi、vo的峰-峰值，記入表格（3）增大輸入信號(hào)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(shí)的輸出波形草圖，說(shuō)明首先出現(xiàn)的是哪種失真。測(cè)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(duì)電壓增益的影響。3.輸入電阻：（1）在信號(hào)源與被測(cè)放大器之間串入一個(gè)與Ri同一數(shù)量級(jí)的已知電阻R，在輸出波形不失真的情況下，分別測(cè)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(cè)出輸出端空載時(shí)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(shí)（分貝數(shù)下降3dB）所對(duì)應(yīng)的的上、下限頻率即（1）在為設(shè)計(jì)值、情況下，輸入1kHZ正弦信號(hào)，改變輸入信號(hào)幅度，使輸出電壓峰-峰值為左右。測(cè)出此時(shí)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(hào)源輸出頻率（增大或減?。?，當(dāng)輸出電壓值達(dá)到值時(shí)，停止信號(hào)源頻率的改變，此時(shí)信號(hào)源所對(duì)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(cè)試)1.005.620.644.87(2).電壓增益：實(shí)測(cè)值（峰-峰值）計(jì)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(duì)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(cè)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(duì)誤差已隨表給出估計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)的誤差一部分是由于計(jì)算時(shí)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?，若要獲得更大的電壓增益，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(hào)擺幅)減小，容易出現(xiàn)飽和失真（在靜態(tài)工作點(diǎn)較高時(shí)）、或截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)較低時(shí)）。(2)利用示波器雙蹤顯示同時(shí)觀(guān)察

12、輸入輸出波形,不斷增大輸入信號(hào)的幅度,觀(guān)察發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)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(hào)的幅度,然后輸出信號(hào)發(fā)生削底現(xiàn)象,即飽和失真.由示波器的標(biāo)尺分別測(cè)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(hào)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(cè)量為4.2V,與理論分析值接近:由于直流偏置信號(hào)為15V,且設(shè)計(jì)時(shí)的直流工作點(diǎn)工作在VC=10.053V情況,所以不失真的信號(hào)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(guò)通過(guò)觀(guān)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(duì)頂端和底端在相同信號(hào)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(xiàn)確定的相位差),當(dāng)二者剛好從相等到不等時(shí),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(jì)算值，實(shí)際和仿真都會(huì)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(wú)法保證，偏差會(huì)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(huì)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(guò)查閱資料,引起上限截止頻率的仿真值和實(shí)際測(cè)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

15、主要作用,是高頻響應(yīng)函數(shù)的主極點(diǎn).經(jīng)過(guò)計(jì)算,在某個(gè)合適不失真的輸入信號(hào)下,輸出信號(hào)峰峰值為1.42V時(shí),3DB衰減后的輸出信號(hào)峰峰值為1.007V,所以調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率,直到輸出信號(hào)波形在示波器上顯示的幅值為1.00V,此刻的輸入信號(hào)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(jì)、仿真、測(cè)試過(guò)程，整體過(guò)程較為復(fù)雜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，計(jì)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(xiàn)路電阻等均會(huì)帶來(lái)一定的誤差，但由于設(shè)計(jì)時(shí)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)計(jì)放大器時(shí)應(yīng)考慮這些可