單管低頻電壓放大電路

1、實(shí)驗(yàn)7 單管低頻電壓放大電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)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(cè)量?jī)x器。3.學(xué)習(xí)單管電壓放大電路的基本測(cè)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(duì)其工作性能的影響。實(shí)驗(yàn)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(hào)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(hào)。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(shí)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(guò)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(hào)。發(fā)射極電阻R E 對(duì)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(duì)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(guò)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(hào)電流輸入基極以及把放

3、大后的交流信號(hào)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(diǎn)Q 的估算當(dāng)外加輸入信號(hào)為零時(shí),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(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn),稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。此時(shí)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(diǎn)的選擇放大器靜態(tài)工作點(diǎn)Q 的位置對(duì)放大器放大信號(hào)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(diǎn)時(shí),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(hào),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(diǎn)上移到Q 1點(diǎn),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(hào)就會(huì)產(chǎn)生飽和失真,輸出波形的下半波被截。如果工作點(diǎn)下移到Q 2點(diǎn),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(hào)就會(huì)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(diǎn)4. 放大電路的電壓放大倍數(shù)如把放大電路看作一個(gè)“黑盒子”,并等效為一個(gè)雙端口有源網(wǎng)絡(luò),如圖3.7a.4所示,在輸出端斷開(kāi)(空載及接通負(fù)載電阻R L (負(fù)載兩種情況下測(cè)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(shí) OC O iu U A U = 負(fù)載時(shí) OL L i,u U A U = LR圖3.7a.4測(cè)量放大電路電壓放大倍數(shù)的等效電路5. 輸入電阻的測(cè)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(cè)出及U 即可求得S E i i R 。6. 輸出電阻的測(cè)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(kāi)路短路法開(kāi)路時(shí)測(cè)開(kāi)路電壓U ,短路時(shí)測(cè)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(cè)SC I 有困難,則輸出端接通負(fù)載電阻R L ,此時(shí)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(duì)外來(lái)輸入信號(hào)電流形成分流(輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓反相使基極實(shí)際輸入的信號(hào)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(gè)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(guò)發(fā)射極電阻R E1形成交流電壓降(與輸入信號(hào)電壓同相,在輸入回路中抵消了一部分輸入信號(hào)電壓,使實(shí)際輸入的信號(hào)電壓及信號(hào)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(huì)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(hào)電壓同相。同時(shí)輸出電壓又全部反饋到輸入回路,抵消了大部分輸入信號(hào)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(hào)電壓被抵消,大大地減少了在BE 間實(shí)際輸入的信號(hào)電壓及信號(hào)電流,就相當(dāng)于把輸入阻抗提高了數(shù)十倍,同時(shí)電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出信號(hào)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(jí)放大的輸入級(jí)或輸出級(jí),同時(shí)利用其能夠放大電流的特點(diǎn)可以起功率輸出作用。e C

9、C U圖3.7a.6射極輸出器實(shí)驗(yàn)儀器1.直流穩(wěn)壓電源030V 01 A 1臺(tái)2.函數(shù)發(fā)生器2Hz2MHz 5V P-P 1臺(tái)3.示波器020MHz 雙蹤1臺(tái)4.交流毫伏表100V300V 5Hz2MHz 1臺(tái)5.萬(wàn)用表1臺(tái)6.直流毫安表050mA 1只7. 實(shí)驗(yàn)電路板1塊實(shí)驗(yàn)步驟1. 對(duì)照電路圖(圖3.7a.1認(rèn)識(shí)在實(shí)驗(yàn)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(gè)接線端。2. 測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)首先按圖3.7a.1在實(shí)驗(yàn)板上接線,電路輸入端不接信號(hào)源。接入直流電源(+12V和直流毫安表。通電后,通過(guò)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(wàn)用表電壓檔測(cè)量靜態(tài)工作電壓,記錄測(cè)得的數(shù)據(jù)。表3.7a.1測(cè)試靜態(tài)工作點(diǎn)B / V UBE / V UE / VU CE / V UC / mA I估算值 實(shí)測(cè)值1.63. 觀察不同工作點(diǎn)的輸入和輸出波形在放大器的輸入端加入一個(gè)頻率為1kHz的正弦波,用示波器觀察輸入和輸出波形。在時(shí),逐漸加大輸入信號(hào)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(hào),再用示波器觀察輸出波形并畫(huà)在表3.7a.2中。 取以上三種工作點(diǎn)時(shí),放大器工作在什么區(qū)域?4. 測(cè)量輸入電壓和輸出電壓,計(jì)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(hào)電壓,要求為10m ,S e i U V C 1.6mA I =,測(cè)量信號(hào)源輸出電壓、接入負(fù)載電阻S E L R 時(shí)的輸出電壓、不接OL U L R 時(shí)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(shí)驗(yàn)原理中計(jì)算式計(jì)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(cè)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(guò)F R 把輸出電壓引入輸入端S與輸入信號(hào)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(kāi),就是無(wú)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(hào),測(cè)量電路在無(wú)反饋和電壓并聯(lián)負(fù)反饋時(shí)空載和接入L R (3k 時(shí)的輸出電壓。計(jì)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(wú)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(hào),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(hào),使輸出電壓波形稍有一些失真(上下半波不對(duì)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(hào)電壓,使輸出信號(hào)幅度與無(wú)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(duì)稱情況是否改善。7. 測(cè)量無(wú)反饋和有反饋時(shí)的帶寬在無(wú)反饋和有反饋兩種情況下,接通負(fù)載電阻L R ,用1kHz 信號(hào)送入放大器,調(diào)節(jié)輸入信號(hào)大小,在輸出端測(cè)得1V 電壓,并記下此時(shí)的。然后增大及減小信號(hào)頻率,保持信號(hào)源電壓幅度不變,測(cè)出輸出電壓為0.6,0.707,0.8,0.9V 時(shí)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(cè)量無(wú)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(cè)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(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上畫(huà)出用逐點(diǎn)法測(cè)出的無(wú)反饋和有反饋時(shí)的幅頻特性圖,分析兩種電路的通頻帶寬度,說(shuō)明負(fù)反饋放大的優(yōu)點(diǎn)。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(kāi)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(gè)電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。對(duì)該電路參照電壓

15、并聯(lián)負(fù)反饋電路測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試,將數(shù)據(jù)記錄在自擬表格中,并計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻,與無(wú)反饋時(shí)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(cè)試 (1按圖3.7a.6連接電路。(2測(cè)量輸入、輸出電壓,計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻(計(jì)算方法同步驟4。表3.7a.7測(cè)射極輸出器的輸入電阻S /mV Ei /mV Ui /R 100表3.7a.8測(cè)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(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.記錄雙極型晶體管放大器靜態(tài)工作點(diǎn)及無(wú)反饋、有反饋時(shí)的各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)。2.記錄射極輸出器的各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)

16、。3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shuō)明放大器中引入負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。4.說(shuō)明測(cè)量電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)穩(wěn)定性時(shí),為什么要用源電壓放大倍數(shù)來(lái)作比較。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1.靜態(tài)工作點(diǎn)的估算值和實(shí)測(cè)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(shí)大約為2.5mA。由于電位器的緣故(接2.觀察三種工作點(diǎn)的輸出波形時(shí),當(dāng)CI調(diào)得最小時(shí),如果看不清,觸不良,示波器上有時(shí)會(huì)沒(méi)有波形顯示,可往回調(diào)一些。當(dāng)C同樣處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算值和實(shí)測(cè)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(shí),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(shí),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(shí),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(wú)反饋時(shí)輸出波形的失真情況。無(wú)反饋時(shí)當(dāng)輸入較大信號(hào)時(shí),輸出波形正半波峰值電壓明顯小于負(fù)半波。有反饋時(shí)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(jià)的。實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)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(diǎn)、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(duì)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(cè)量?jī)x器的使用方法。相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 放大電路的組成 放大電路靜態(tài)分析 靜態(tài)工作點(diǎn)的作用 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 放大電路動(dòng)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