單管低頻電壓放大電路

1、實驗7 單管低頻電壓放大電路實驗?zāi)康?.認(rèn)識實驗所用的電子元器件(雙極型晶體管、電阻、電位器和電容器等。2.學(xué)習(xí)看圖接線,能熟練使用常用電子測量儀器。3.學(xué)習(xí)單管電壓放大電路的基本測試方法。4.了解雙極型晶體管電壓放大電路中引入負(fù)反饋后對其工作性能的影響。實驗原理1. 單管低頻電壓放大電路介紹 Oe CC圖3.7a.1單管低頻電壓放大電路阻容耦合分壓偏置共發(fā)射極電壓放大電路如圖3.7a.1所示。該電路中的雙極型晶體管T 是電路中的放大器件,它能把輸入回路(基極發(fā)射極中微小的電流信號在輸出回路中(集電極發(fā)射極放大為一定大小的電流信號。輸出回路中得到的較大輸出電流是源自直流電源,雙極型晶體管在電路

2、中實際上起著電流控制作用。電源提供放大電路能量,還為雙極型晶體管的集電極提供反向偏置,使其處于放大工作狀態(tài);并通過基極電阻R CC U B1 和R B2的分壓,提供合適的基極電壓,調(diào)節(jié)電位器R P 的阻值可以改變基極電流,從而改變集電極電流。集電極電阻R C 可以將集電極電流的變化變換為集電極電壓的變化,在輸出回路中得到放大的電壓信號。發(fā)射極電阻R E 對集電極電流的直流分量有負(fù)反饋的作用,穩(wěn)定了靜態(tài)工作電流。發(fā)射極電容C E 對集電極電流的交流分量提供了交流通路,起了分流交流作用。C 1、C 2能夠分隔直流電位,通過交流分量電流,起到隔直流通交流的作用;它們分別把交流信號電流輸入基極以及把放

3、大后的交流信號電壓送到負(fù)載端,而不影響晶體管的直流工作狀態(tài)。2. 靜態(tài)工作點Q 的估算當(dāng)外加輸入信號為零時,在直流電源的作用下,基極和集電極回路的直流電流和電壓分別用I BQ 、U BEQ 、I CQ 、U CEQ 表示,并在其輸入和輸出特性上各自對應(yīng)一個點,稱為靜態(tài)工作點。此時電路的直流通路如圖3.7a.2所示。假設(shè),則有 1BQ BE 0.7I I U >>,=V B2BQCC B1B2R U R R + , BQ BE EQ E U U I R =, EQ BQ 1I I =+ 由于CQ EQ I I , CEQ CC CQ C E (U U I R R + R 1.5k 1

4、I TCC圖3.7a.2電壓放大電路的直流通路3. 靜態(tài)工作點的選擇放大器靜態(tài)工作點Q 的位置對放大器放大信號有很大影響,從圖3.7a.3的輸出特性圖上能直觀地看到。選擇Q 點時,若靜態(tài)電壓居中,集電極電流I CQ 也適中,它能最大不失真地放大輸入的信號,放大器工作在晶體管的放大區(qū)域。如調(diào)節(jié)R P ,改變基極偏置電流IB 從而也改變了集電極電流I C ,使工作點上移到Q 1點,放大器就工作在晶體管放大電路的飽和區(qū)。輸入較大的信號就會產(chǎn)生飽和失真,輸出波形的下半波被截。如果工作點下移到Q 2點,放大器工作在晶體管放大電路的截止區(qū),輸入較大的信號就會產(chǎn)生截止失真,輸出波形的上半波被截。 圖3.7a

5、.3放大電路的靜態(tài)工作點4. 放大電路的電壓放大倍數(shù)如把放大電路看作一個“黑盒子”,并等效為一個雙端口有源網(wǎng)絡(luò),如圖3.7a.4所示,在輸出端斷開(空載及接通負(fù)載電阻R L (負(fù)載兩種情況下測定U i 及U O ,求出它們的比值A(chǔ) u 。稱為放大電路的電壓放大倍數(shù)?？蛰d時 OC O iu U A U = 負(fù)載時 OL L i,u U A U = LR圖3.7a.4測量放大電路電壓放大倍數(shù)的等效電路5. 輸入電阻的測量輸入電阻i R 即為放大電路輸入端看入的內(nèi)阻。在圖3.7a.4的輸入回路中具有以下的分壓關(guān)系;i i S S R U iR E U = 則ii S i S U R R E U =

6、所以,已知S R 并測出及U 即可求得S E i i R 。6. 輸出電阻的測量輸出電阻R O 即為放大電路輸出端看入的內(nèi)阻。 (1 輸出端開路短路法開路時測開路電壓U ,短路時測短路電流OC O E =SC I ,則輸出電阻O O O SC SCCE U R I I =。 (2輸出端通斷負(fù)載法若輸出端不允許短路或直接測SC I 有困難,則輸出端接通負(fù)載電阻R L ,此時輸出電壓LOL OO LR U E R R =+,換算得O OL OC OL O L OL OL E U U U L R R R U U =。7. 放大電路中的負(fù)反饋在分壓偏置共發(fā)射極單管放大電路中,若在輸出端與基極間接入電阻

7、F R 則構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋。F R 對外來輸入信號電流形成分流(輸出信號電壓與輸入信號電壓反相使基極實際輸入的信號電流下降,降低了電壓放大倍數(shù)。 Oe CC 100k 圖3.7a.5電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路若在圖3.7a.1所示的電路中,在三極管的發(fā)射極和R E 、C E 之間串聯(lián)接入一個低阻值電阻E1R ,則構(gòu)成電流串聯(lián)負(fù)反饋,這樣發(fā)射極電流中的交流分量通過發(fā)射極電阻R E1形成交流電壓降(與輸入信號電壓同相,在輸入回路中抵消了一部分輸入信號電壓,使實際輸入的信號電壓及信號電流減少,電流串聯(lián)負(fù)反饋降低了電壓放大倍數(shù)。放大器中引入負(fù)反饋后雖然減少了電壓放大倍數(shù),但它的電壓放大倍數(shù)穩(wěn)定性、非線性失真

8、、輸入阻抗、輸出阻抗和頻帶寬度都會得到改善。8. 射極輸出器射極輸出器(圖3.7a.6電路中的三極管集電極直接接電源,其輸出電壓從發(fā)射極引出,與輸入信號電壓同相。同時輸出電壓又全部反饋到輸入回路,抵消了大部分輸入信號電壓,構(gòu)成了電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器,電壓放大倍數(shù)小于近似于1。由于大部分輸入信號電壓被抵消,大大地減少了在BE 間實際輸入的信號電壓及信號電流,就相當(dāng)于把輸入阻抗提高了數(shù)十倍,同時電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出信號電壓,就相當(dāng)于大大地減少了放大器的輸出阻抗。利用射極輸出器輸入阻抗很高,輸出阻抗很小的特征,可以用作多級放大的輸入級或輸出級,同時利用其能夠放大電流的特點可以起功率輸出作用。e C

9、C U圖3.7a.6射極輸出器實驗儀器1.直流穩(wěn)壓電源030V 01 A 1臺2.函數(shù)發(fā)生器2Hz2MHz 5V P-P 1臺3.示波器020MHz 雙蹤1臺4.交流毫伏表100V300V 5Hz2MHz 1臺5.萬用表1臺6.直流毫安表050mA 1只7. 實驗電路板1塊實驗步驟1. 對照電路圖(圖3.7a.1認(rèn)識在實驗電路板上的電子元器件(雙極型晶體管、電阻、電位器和電容器及各個接線端。2. 測量靜態(tài)工作點首先按圖3.7a.1在實驗板上接線,電路輸入端不接信號源。接入直流電源(+12V和直流毫安表。通電后,通過調(diào)節(jié)基極偏置電路中的100k電位器P R 把C I 調(diào)到1.6mA,按表3.7a

10、.1用萬用表電壓檔測量靜態(tài)工作電壓,記錄測得的數(shù)據(jù)。表3.7a.1測試靜態(tài)工作點B / V UBE / V UE / VU CE / V UC / mA I估算值 實測值1.63. 觀察不同工作點的輸入和輸出波形在放大器的輸入端加入一個頻率為1kHz的正弦波,用示波器觀察輸入和輸出波形。在時,逐漸加大輸入信號電壓,用示波器觀察輸出波形,使它達(dá)到幅度最大且不失真,然后調(diào)整C 1.6mA I =C I 為2.4 mA 和0.5 mA ,不要改變輸入信號,再用示波器觀察輸出波形并畫在表3.7a.2中。 取以上三種工作點時,放大器工作在什么區(qū)域?4. 測量輸入電壓和輸出電壓,計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻

11、和輸出電阻在端接入1kHz正弦波信號電壓,要求為10m ,S e i U V C 1.6mA I =,測量信號源輸出電壓、接入負(fù)載電阻S E L R 時的輸出電壓、不接OL U L R 時的空載輸出電壓。OC U 表3.7a.3電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻i / mV U S / mV E OL / V U OC / V U L u AO u Ai / k R O / k R 10根據(jù)實驗原理中計算式計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻L u A O u A i R 和輸出電阻O R 。 5. 測量電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的源電壓放大倍數(shù)及放大倍數(shù)穩(wěn)定性通過F R 把輸出電壓引入輸入端S與輸入信號并聯(lián),

12、形成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路如圖3.7a.5。(圖中若不需要負(fù)反饋可把O U F R 斷開,就是無反饋電路。 OCso Su U A E =OLSL Su U A E =SO SL OC OL SO OC u u u A A U U A A A U =在輸入端加入100mV , 頻率為1kHz的交流信號,測量電路在無反饋和電壓并聯(lián)負(fù)反饋時空載和接入L R (3k 時的輸出電壓。計算放大器的源電壓放大倍數(shù)及放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。6. 觀察負(fù)反饋減小放大器非線性失真 (1無反饋電路(圖3.7a.1在輸入端輸入頻率為1kHz 、電壓為140mV 左右的正弦信號,在輸出端用示波器觀察輸出電壓波形,逐漸增大輸入信

13、號,使輸出電壓波形稍有一些失真(上下半波不對稱。 (2電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路(圖3.7a.5把電路改接成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路, 增大輸入信號電壓,使輸出信號幅度與無反饋電路相同, 在輸出端用示波器觀察輸出電壓波形,上下半波不對稱情況是否改善。7. 測量無反饋和有反饋時的帶寬在無反饋和有反饋兩種情況下,接通負(fù)載電阻L R ,用1kHz 信號送入放大器,調(diào)節(jié)輸入信號大小,在輸出端測得1V 電壓,并記下此時的。然后增大及減小信號頻率,保持信號源電壓幅度不變,測出輸出電壓為0.6,0.707,0.8,0.9V 時的頻率,記錄在表3.7a.5及表3.7a.6中。S E S E 表3.7a.5測量無反饋放大電路

14、的帶寬/ Hz f1kO / V U0.60.707 0.8 0.9 1 1 1 0.9 0.8 0.707 0.6 S / mV E表3.7a.6測量電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的帶寬/Hz f 1kO / V U 0.6 0.707 0.8 0.9 1 1 1 0.9 0.8 0.707 0.6S /mV E在單對數(shù)坐標(biāo)紙上畫出用逐點法測出的無反饋和有反饋時的幅頻特性圖,分析兩種電路的通頻帶寬度,說明負(fù)反饋放大的優(yōu)點。8. 電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路在圖3.7a.1的基礎(chǔ)上,斷開晶體管發(fā)射極電路,在發(fā)射極與發(fā)射極電阻和電容并聯(lián)電路之間串聯(lián)接入200電阻構(gòu)成一個電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。對該電路參照電壓

15、并聯(lián)負(fù)反饋電路測試方法進(jìn)行測試,將數(shù)據(jù)記錄在自擬表格中,并計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻,與無反饋時的相應(yīng)數(shù)值作比較。9. 射極輸出器的電壓放大倍數(shù)、輸入及輸出電阻測試 (1按圖3.7a.6連接電路。(2測量輸入、輸出電壓,計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻(計算方法同步驟4。表3.7a.7測射極輸出器的輸入電阻S /mV Ei /mV Ui /R 100表3.7a.8測射極輸出器的輸出電阻i /mV UeL /mV UO /mV e UL u AO u AO /R 100實驗報告要求1.記錄雙極型晶體管放大器靜態(tài)工作點及無反饋、有反饋時的各項測試數(shù)據(jù)。2.記錄射極輸出器的各項測試數(shù)據(jù)

16、。3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及所觀察到的波形進(jìn)行分析,并得出相關(guān)的結(jié)論。并說明放大器中引入負(fù)反饋對放大器性能的影響。4.說明測量電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)穩(wěn)定性時,為什么要用源電壓放大倍數(shù)來作比較。實驗現(xiàn)象1.靜態(tài)工作點的估算值和實測值較吻合。如果差別較大,可能是提供的晶體管值與估算用的值不一樣。I調(diào)得最大時大約為2.5mA。由于電位器的緣故(接2.觀察三種工作點的輸出波形時,當(dāng)CI調(diào)得最小時,如果看不清,觸不良,示波器上有時會沒有波形顯示,可往回調(diào)一些。當(dāng)C同樣處理。實驗結(jié)果分析1. 靜態(tài)工作點的估算值和實測值較吻合。如果差別較大,可能是提供的晶體管值與估算用的值不一樣。2. 當(dāng)C I 為1.6

17、mA 時,放大器工作在放大區(qū),能夠輸出最大不失真電壓波形。當(dāng)C I 為2.5mA 時,放大器工作在飽和區(qū),輸出電壓負(fù)半波被截去部分波形。當(dāng)C I 為0.5 mA 時,放大器工作在截止區(qū),正半波被截去部分波形。3. 有反饋和無反饋時輸出波形的失真情況。無反饋時當(dāng)輸入較大信號時,輸出波形正半波峰值電壓明顯小于負(fù)半波。有反饋時明顯改善。4. 電壓并聯(lián)負(fù)反饋改善輸出電壓波形的失真、降低了輸出電阻、增加了帶寬和提高了電壓放大倍數(shù)穩(wěn)定性。這些性能的改善是以犧牲電壓放大倍數(shù)為代價的。實驗相關(guān)知識預(yù)習(xí)要求1.了解晶體三極管電壓放大電路的工作原理及靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、非線性失真和頻帶寬度的含義。2.了解雙極型晶體管電壓放大電路中引入負(fù)反饋的方法及負(fù)反饋對放大器工作性能的影響,了解射極輸出器的功能。3.了解常用電子測量儀器的使用方法。相關(guān)知識點 放大電路的組成 放大電路靜態(tài)分析 靜態(tài)工作點的作用 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 放大電路動態(tài)分析 放大器基本性能指標(biāo) 微變等效電路 射（源）極輸出器 放大電路中的負(fù)反饋 反饋的概念