模電實(shí)驗(yàn)單級(jí)共射放大電路(精選.)

1、單極共射放大電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握用Multisim 13仿真軟件分析單極放大電路主要性能指標(biāo)的方法。（2）熟悉掌握常用電子儀器的使用方法，熟悉基本電子元器件的作用。（3）學(xué)會(huì)并熟悉“先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)”的電子線(xiàn)路的基本調(diào)試方法。（4）分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響，學(xué)會(huì)調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。（5）掌握放大器的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測(cè) 試方法。（5）測(cè)量放大電路的頻率特性。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 基本電路電路在接通直流電源Vcc而未加入輸入信號(hào)時(shí)（通過(guò)隔直流電容G將輸入端接地），電路中產(chǎn)生的電流、電壓為直流量，記為Vbeq，Vceq，Ibq，Icq，由它們確定了電路的一

2、個(gè)工作點(diǎn)，稱(chēng)為靜態(tài)工作的Q。三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下 式近似估算：Vbeq （0.60.7）V 硅管；（0.20.3） V 鍺管VCEQVCCI CQ Rc ReVBQRpR1R2IVBQ VBEQCQ EQCQREI BQ2. 靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇是指對(duì)三極管集電極電流 IC （或VCE ）的調(diào)整與測(cè) 試。在晶體管低頻放大電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇及穩(wěn)定具有舉足輕重的作用， 直接關(guān)系到放大電路能否正?？煽康毓ぷ?。若工作點(diǎn)偏高（IC放大），則放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)輸出信號(hào)Uo的負(fù)半周將被削底；若 工作點(diǎn)偏低，則易產(chǎn)生截止失真，即Uo的正半周被削頂（一般截止

3、失真不如飽和 失真明顯）。這些情況都不符合不失真放大的要求。 所以在選定工作點(diǎn)以后還必 須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，即在放大電路的輸入端加入一定的輸入電壓 Ui，并檢查輸出電壓Uo的大小和波形是否滿(mǎn)足要求。如不滿(mǎn)足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。還應(yīng)說(shuō)明的是，上面所說(shuō)的工作點(diǎn)“偏高”或“偏低”不是絕對(duì)的，應(yīng)該是 相對(duì)信號(hào)的幅度而言。若輸入信號(hào)幅度很小，則即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定 會(huì)出現(xiàn)失真。所以確切地說(shuō)，產(chǎn)生波形失真是信號(hào)幅度與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置配合不 當(dāng)所致。若須滿(mǎn)足較大信號(hào)幅度的要求，則靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近輸出特性曲 線(xiàn)上交流負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)，如圖 Q點(diǎn)，使靜態(tài)Vce大致等于電源電壓的一半。這樣 可使交流信

4、號(hào)輸入時(shí)，工作點(diǎn) Q沿著交流負(fù)載線(xiàn)向上或向下移動(dòng)較大范圍，使 得輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍大致在 2Vceq范圍內(nèi)變化，從而獲得較大的輸出電壓幅 度，且波形上下對(duì)稱(chēng)。實(shí)際工作中往往通過(guò)調(diào)節(jié)基極偏置電阻的大小， 觀察輸出波形的變化。當(dāng)輸 入電阻逐漸放大時(shí)，若要輸出波形正、負(fù)同時(shí)出現(xiàn)削波現(xiàn)象，即表明此時(shí)放大電 路的靜態(tài)工作點(diǎn)選擇合適，此時(shí)放大電路動(dòng)態(tài)范圍最大。按照?qǐng)D連好電路，在輸入端引入正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出。靜態(tài)工作點(diǎn) 具體的調(diào)節(jié)步驟如下：實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象無(wú)失真出現(xiàn)截止失真出現(xiàn)飽和失真兩種失真都出現(xiàn)操作 方法加大輸入信號(hào)減小Rp增大Rp減小輸入信號(hào)據(jù)示波器上觀察到的現(xiàn)象，做出不同的調(diào)整動(dòng)作，反復(fù)進(jìn)行。直到

5、輸入信號(hào) 略微增大，兩種失真同時(shí)出現(xiàn)；輸入信號(hào)略微減小，兩種失真同時(shí)消失時(shí)，可以認(rèn)為此時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)正好處于交流負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)。去掉輸入信號(hào)，測(cè)量Vbeq，Vceq，Ibq，Icq，就得到了該電路的最佳靜態(tài)工作點(diǎn)。3電壓放大倍數(shù)的測(cè)量電壓放大倍數(shù)是指輸出電壓Vo和輸入電壓Vi之比，其值與負(fù)載Rl有關(guān)，是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。Av匕Vi4.輸入電阻和輸出電阻的測(cè)量（1）輸入電阻。輸入電阻是指從放大器輸入端看進(jìn)去的等效電阻，它表明 放大器對(duì)信號(hào)源的影響程度。一般采用間接法進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)被測(cè)電路的輸入電阻不太高時(shí)（與毫伏級(jí)電壓表內(nèi)阻相比），采用如圖的電路進(jìn)行測(cè)量。在信號(hào)源與被測(cè)放大器的輸入端之間串

6、入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下（保證輸出電壓不失真），用交流毫伏表測(cè)出Vs和Vi,根據(jù)輸入電阻的定義可得:ViVRRVVsVi測(cè)量時(shí)應(yīng)注意，電阻R值不宜取得過(guò)大，易引入干擾；但也不宜取得過(guò)小,否則測(cè)量誤差較大。通常取與 R為同一數(shù)量級(jí)比較合適，本實(shí)驗(yàn)取 R=12kQ(2) 輸出電阻。輸出電阻是指從放大器輸出端看進(jìn)去信號(hào)源的等效電阻， 用來(lái)描述信號(hào)輸出方式和帶負(fù)載的能力。輸出電阻也用間接法測(cè)量，原理如圖，根據(jù)戴維南定理，放大器的輸出 端可以等效為一個(gè)理想的電壓源和輸出電阻 Ro相串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)測(cè)量放大器空載時(shí)的輸出電壓V。和加上已知負(fù)載后的輸出電壓Vl，根據(jù)式子測(cè)試其輸出電阻Ro

7、Vl由此可求輸出電阻R。冷1 Rl ( Rl為阻值已知的電阻，一般情況下曲線(xiàn)平坦，放大倍數(shù)不隨頻率而變， 隨著頻率的減小或增大，放大倍數(shù)0.707時(shí)，相對(duì)應(yīng)的低頻頻率和高頻頻率分別稱(chēng)為下限頻率和上限頻率fH。通頻帶fBW定義為為數(shù)千歐)。5幅頻特性的測(cè)量放大器放大的實(shí)際信號(hào)由不同的諧波組成，只有當(dāng)放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的 放大能力相同時(shí)，放大信號(hào)才能不失真。但實(shí)際上，放大器的交流放大電路含有 耦合電容、旁路電容、分布電容和晶體管極間電容等電抗元件， 使得放大倍數(shù)與 信號(hào)的頻率有關(guān)，此關(guān)系即為放大器的頻率特性。放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)Av與輸入信號(hào)頻率fi之間的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖。在一

8、個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)， 這一段頻率范圍稱(chēng)為中頻段。在中頻段以外, 都將下降。當(dāng)放大倍數(shù)降為中頻段放大倍數(shù)的三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(一)仿真分析1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整(1) 用示波器同時(shí)觀察圖所示電路的輸入和輸出波形。輸入信號(hào)設(shè)為正弦波、頻率 fi 1kHz 、信號(hào)電壓峰值 vip 100mV 。（2）進(jìn)行仿真分析。雙擊示波器 XSC1 圖標(biāo)，打開(kāi)示波器面板，觀察放大 電路的輸入、輸出信號(hào)波形。（3）逐漸增大輸入信號(hào)的幅度，使放大電路的輸出信號(hào)略有失真（飽和失 真或截止失真），調(diào)節(jié)電位器 Rp ，消除失真。（4）重復(fù)步驟（ 3），直到略微增大輸入信號(hào)幅值，輸出信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)飽和 和截止失真； 再略微減小

9、輸入信號(hào)的幅值， 輸出信號(hào)的失真現(xiàn)象同時(shí)消失。 此時(shí) 得到的輸出信號(hào)電壓，即為最大不失真輸出電壓。2. 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量 用萬(wàn)用表測(cè)量。將萬(wàn)用表接入電路，單擊仿真開(kāi)關(guān)，進(jìn)行電路分析。此時(shí)， 萬(wàn)用表顯示的數(shù)值即為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。3. 放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試（1）電壓放大倍數(shù)測(cè)量。 調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)， 在圖示電路中， 閉合開(kāi)關(guān) J1 ， J2 ，調(diào)整輸入電壓 vip 100mV ，頻率 fi 1kHz 。單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn) 行仿真，打開(kāi)示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下， 用萬(wàn)用表測(cè)出Vi和V。的有效值V和V。，根據(jù)式子計(jì)算電壓放大倍數(shù)（2）輸入電阻測(cè)量。在圖示電

10、路中，斷開(kāi)開(kāi)關(guān) Ji，閉合開(kāi)關(guān)J2，調(diào)整輸入電壓 Vip 100mV ，頻率 fi 1kHz 。單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真，打開(kāi)示波器，觀察 輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬(wàn)用表測(cè)出電阻 R 兩端 電壓Vs，Vi的有效值Vs和Vi，根據(jù)式子計(jì)算輸入電阻R。（3）輸出電阻測(cè)量。在圖示電路中，閉合開(kāi)關(guān)Ji，調(diào)整輸入電壓Vip 100mV，頻率 fi 1kHz 。單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真， 打開(kāi)示波器， 觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬(wàn)用表測(cè)出開(kāi)關(guān)J 2打開(kāi)和閉合兩種情況下電壓V。，Vl的有效值V。和Vl，根據(jù)式子計(jì)算輸出電阻Ro o（4）放大電路的幅頻特性測(cè)量。直接測(cè)

11、量法。將波特圖儀連接在電路中。雙擊波特圖儀， 設(shè)置其參數(shù)：垂直 F=100MHz ， I=1Hz ，水平 F=100dB， I=-100dB ， 單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真。放大電路的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)分別如圖。（二）實(shí)驗(yàn)室操作1.靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量（ 1）按照實(shí)驗(yàn)原理圖連接電路，布線(xiàn)要整齊、均勻、便于檢查，經(jīng)檢查無(wú)誤接 通12V直流電源。（2）在放大電路的輸入端加入1kHz、峰值為100mV的正弦波，將放大電路的 輸出端接示波器。調(diào)節(jié)電位器，使示波器所顯示的輸出波形最大不失真。關(guān)掉函 數(shù)信號(hào)發(fā)生器電源，使輸入電壓 vi 0 ，用萬(wàn)用表分別測(cè)量三極管三個(gè)級(jí)對(duì)地的 電壓（Vbq , Vcq , Veq

12、）, Vceq和Icq。并將測(cè)量結(jié)果記錄于表，與估算值進(jìn)行 比較。3. 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響將頻率為 1kHz 的正弦波信號(hào)加到放大器的輸入端、調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅值，使輸出 波形不失真的正弦波。（1）將電位器Rp的阻值調(diào)為最大，此時(shí)靜態(tài)電流Icq下降，用示波器觀察輸出 波形是否出現(xiàn)失真， 并畫(huà)下此時(shí)的波形。 若失真不夠明顯， 可適當(dāng)增大輸入信號(hào) 幅值。（2）將電位器Rp的阻值調(diào)為最小，此時(shí)靜態(tài)電流Icq增大，觀察輸出波形的變 化情況，畫(huà)下此時(shí)的波形，并將相應(yīng)結(jié)果記錄于表。4. 電壓放大倍數(shù)測(cè)量（1）打開(kāi)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電源，輸入 1kHz，峰值為100mV的正弦波信號(hào)。當(dāng) 輸出開(kāi)路（Rl ）時(shí)

13、，測(cè)量輸入輸出電壓 V輸和V。的有效值Vi和Vo的大小， 并根據(jù)式子計(jì)算電壓放大倍數(shù)。（2） 放大電路輸出端接入 R 2k的負(fù)載電阻，保持輸入電壓Vi不變，測(cè)量輸 出電壓V。，計(jì)算此時(shí)的電壓放大倍數(shù)，并分析負(fù)載對(duì)放大電路電壓放大倍數(shù)的影 響。（3）用雙蹤示波器觀察Vi和V。的波形，比較兩波形之間的相位關(guān)系。5. 輸入電阻和輸出電阻測(cè)量（1） 按照實(shí)驗(yàn)原理圖連接電路，斷開(kāi) J!，用示波器分別測(cè)出電阻 R兩端電壓Vs， Vi的有效值Vs和V，根據(jù)式子計(jì)算該放大電路輸入電阻 Ri。（2）閉合J1，測(cè)量負(fù)載開(kāi)路（J2斷開(kāi)）時(shí)的輸出電壓V。和接上2kQ負(fù)載（J2閉 合）時(shí)的輸出電壓Vl，根據(jù)式子計(jì)算該放

14、大電路的輸出電阻 Ro。將步驟 4和 5的測(cè)試結(jié)果記錄整理，填入表中，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。6. 幅頻特性的測(cè)量（1）打開(kāi)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電源，輸入 1kHz，峰值為100mV的正弦波信號(hào)， 輸出端接2k負(fù)載電阻Rl，用示波器分別測(cè)量Vi，V。的大小，計(jì)算電壓放大倍 數(shù)。（2）保持輸入信號(hào)電壓Vi的幅度不變，分別增大和減小信號(hào)的頻率，再測(cè)量放大器的輸出電壓Vo。當(dāng)輸出電壓降到中頻值的1-2時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率即為放大器 是上限截止頻率fH或下限截止頻率fL，計(jì)算BW。將上述測(cè)量結(jié)果記錄整理后填入表中，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備(1) 雙路直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)(2) 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)。(3) 示波

15、器一臺(tái)。(4) 毫伏表一臺(tái)。(5) 萬(wàn)用表一塊。(6) 三極管一個(gè)。(7) 電容三個(gè)。(8) 電阻六個(gè)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析1.靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量(1)仿真電路MOmVpk(2)實(shí)驗(yàn)得最大不失真，電位器位置為 63%(3)撤掉信號(hào)發(fā)生器，用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量63%L(1 509 V-XMM3a+ -*dB4-C3-dH1luFciWiiF時(shí)：oo Qr a T. IRr2ver12VXbMlRL：:刖門(mén):：Ce ： I 027 577 mVa pqg朋 l I IisS -L_.靜態(tài)工作點(diǎn)(仿真)VBQVCQVEQVCEQICQ1.509V10.508V827.5mV9.681V744.29

16、4uA2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響(1) Rp最大(2) Rp最小X反向時(shí)基通道B觸發(fā)標(biāo)度：200 us/ni測(cè)度:5刻度：|*o他廊：邊沿:囚b at辛軸位瑤礙）：1V軸位移（格）：n珀位移滋）：n水罕：1V1 Y/r | 涯加 B/A A/B立諦帀1 sal |交測(cè)巨|直流| 單滋正常色動(dòng)保左T2-T1T1T2通適丄123,705 tW123.795 mV DO 70,000 V Cl,OOOV eoociwJL.563 trc9H.563 msDOOCi sICQVCEQ放大器輸出波形波形失真類(lèi)型Rp增大353.5uA10.9V正半周削頂截止失真Rp減小3.744mA48.561mV負(fù)

17、半周削頂飽和失真3電壓放大倍數(shù)測(cè)量-FC00C .1訂Qft 1- -(1) Vi=70.7mVVo=978.2mVAu=13.8(2) Vi=70.7mVVo=489.8mVAu=6.9負(fù)載電阻太小，會(huì)使放大器輸出電流過(guò)載，放大倍數(shù)出現(xiàn)衰減(3) 相位相差T/2個(gè)周期示汝關(guān)XSC1T1 + +0.000 通道0,000 V通適丄3.767 nVu.ooo $0,000 V3.767 H1VT2-T1WO s0,000 V.000 7反向時(shí)基通道占通道B觸發(fā)標(biāo)度：SOOgOM剰廈： 2CO刻度：|500 fW/tlv :邊沿:亦IT1 B B(t冥軸位瑤礙）：0V軸位移（格）：n珀位移滋）：n水罕：1h1 Y/T | 涯加 B/A A/B交晞?dòng)鱸交測(cè)巨|直流| 1F堆自動(dòng)陽(yáng)保左外觸岌4輸入電阻與輸出電阻測(cè)量(1) Vs=70.7mVVi=55.22mVRi=3.579k Q(2) Vs=70.7mVVi=55.24mVRi=3.573k Q仿真值參數(shù)ViVoAuRiRo負(fù)載開(kāi)路70.7 m