實驗實訓(xùn)三 低頻信號電壓放大器

1、實驗實訓(xùn)三 低頻信號電壓放大器一、實驗實訓(xùn)目的1、了解晶體管放大器靜態(tài)工作點變動對其性能的影響；觀察工作點偏移過大時輸出波形的失真情況；2、進(jìn)一步加深對放大器工作原理的理解；3、掌握靜態(tài)工作點的調(diào)整與測試方法；4、掌握放大器電壓放大倍數(shù)AV、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法；5、了解RC、IC、RL的變化對AV的影響；6、實踐簡單電路的安裝；7、進(jìn)一步熟悉示波器、低頻信號發(fā)生器（或函數(shù)發(fā)生器）的使用方法。二、實驗實訓(xùn)器材1、12V直流穩(wěn)壓電源；2、函數(shù)信號發(fā)生器（低頻信號發(fā)生器）；3、雙蹤示波器；4、交流毫伏表；5、直流電壓表；6、直流毫安表；7、頻率計；8、萬用電表；9、晶體

2、三極管3DG6×1(50100)或9011×1（管腳排列如圖3.3.9所示）。三、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)相關(guān)內(nèi)容，弄懂放大器靜態(tài)工作點的調(diào)整方法、放大倍數(shù)的計算方法，以及失真問題。2、復(fù)習(xí)示波器、低頻信號發(fā)生器使用說明。3、按圖3.3.1所給數(shù)值估算其靜態(tài)工作點（預(yù)習(xí)時測量所用晶體管的）。4、掌握放大器的實驗原理、步驟、儀器的連接及使用方法。四、實驗實訓(xùn)原理說明設(shè)計放大器欲達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)，往往要經(jīng)過計算、測量、調(diào)試等多次反復(fù)才能完成。因此，掌握放大器的測量技術(shù)是很重要的。放大器的一個基本任務(wù)是將輸入信號進(jìn)行不失真的放大。這就要求晶體管放大器必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點（否

3、則就要出現(xiàn)截止失真或飽和失真）。1、常用的偏置電路有分壓式偏置和固定基流偏置，如圖3.3.1和圖3.3.2所示。圖3.3.1分壓式穩(wěn)定偏置放大器圖3.3.2固定基流偏置放大器圖中若忽略偏置電阻的分流影響，二者的源電壓放大倍數(shù)是：如果不考慮電源內(nèi)阻的影響，則放大倍數(shù)是：式中由上分析可知，RL、RC、IC變化時，AV、AVS也隨之變化。2、圖3.3.3為電阻分壓式工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號ui后，在放大器的輸出端便可得到一個與ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號u0

4、，從而實現(xiàn)了電壓放大。圖3.3.3 共射極單管放大器實驗電路在圖3.3.3電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2的電流遠(yuǎn)大于晶體管T的基極電流IB時（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點可用下式估算UCEUCCIC（RCRE）電壓放大倍數(shù)輸入電阻RiRB1 / RB2 / rbe輸出電阻RORC由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計和制作晶體管放大電路時，離不開測量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計前應(yīng)測量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計和裝配以后，還必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點和各項性能指標(biāo)。一個優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計與實驗調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識和設(shè)計方

5、法外，還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項動態(tài)參數(shù)的測量與調(diào)試等。1）放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試靜態(tài)工作點的測量測量放大器的靜態(tài)工作點，應(yīng)在輸入信號ui0的情況下進(jìn)行，即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測量晶體管的集電極電流IC以及各電極對地的電位UB、UC和UE。一般實驗中，為了避免斷開集電極，所以采用測量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測出UE，即可用算出IC。（也可根據(jù)，由UC確定IC），同時也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高

6、測量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。靜態(tài)工作點的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試是指對管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測試。靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時uO的負(fù)半周將被削底，如圖3.3.4(a)所示；如工作點偏低則易產(chǎn)生截止失真，即uO的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯），如圖3.3.4(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的位置。(a)

7、 (b)圖3.3.4 靜態(tài)工作點對uO波形失真的影響改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會引起靜態(tài)工作點的變化，如圖3.3.5所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來改變靜態(tài)工作點，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點提高等。圖3.3.5 電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響最后還要說明的是，上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的，應(yīng)該是相對信號的幅度而言，如輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定會出現(xiàn)失真。所以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態(tài)工作點最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點。2）放大器動態(tài)指標(biāo)測試放大器動態(tài)指標(biāo)包

8、括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓（動態(tài)范圍）和通頻帶等。電壓放大倍數(shù)AV的測量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測出ui和uo的有效值Ui和UO，則輸入電阻Ri的測量為了測量放大器的輸入電阻，按圖3.3.6 電路在被測放大器的輸入端與信號源之間串入一只電阻R，在放大器正常工作的情況下， 用交流毫伏表測出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得圖3.3.6 輸入、輸出電阻測量電路測量時應(yīng)注意下列幾點:a.由于電阻R兩端沒有電路公共接地點，所以測量R兩端電壓 UR時必須分別測出US和Ui，然后按URUSUi求出UR值。b

9、. 電阻R的值不宜取得過大或過小，以免產(chǎn)生較大的測量誤差，通常取R與Ri為同一數(shù)量級為好，本實驗可取R12K。輸出電阻R0的測量按圖3.3.6電路，在放大器正常工作條件下，測出輸出端不接負(fù)載RL的輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL，根據(jù)即可求出在測試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號的大小不變。最大不失真輸出電壓UOPP的測量（最大動態(tài)范圍）如上所述，為了得到最大動態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點調(diào)在交流負(fù)載線的中點。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號的幅度，并同時調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖3.3.7）時，說明靜態(tài)工作點已調(diào)在交

10、流負(fù)載線的中點。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時，用交流毫伏表測出UO（有效值），則動態(tài)范圍等于?；蛴檬静ㄆ髦苯幼x出UOPP來。圖 3.3.7 靜態(tài)工作點正常，輸入信號太大引起的失真放大器幅頻特性的測量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AU與輸入信號頻率f 之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖3.3.8所示，Aum為中頻電壓放大倍數(shù)，通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的倍，即0.707Aum所對應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBWfHfL放大器的幅率特性就是測量不同頻率信號時的電壓放大倍數(shù)AU。為此，可采用前述

11、測AU的方法，每改變一個信號頻率，測量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測量時應(yīng)注意取點要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測幾點，在中頻段可以少測幾點。此外，在改變頻率時，要保持輸入信號的幅度不變，且輸出波形不得失真。干擾和自激振蕩的消除參考實驗附錄 3DG 9011(NPN)3CG 9012(PNP) 9013(NPN) 圖 3.3.8 幅頻特性曲線 圖3.3.9 晶體三極管管腳排列五、實驗實訓(xùn)內(nèi)容與步驟1、按圖3.3.1所給元件數(shù)值連接好電路，用萬用表電阻擋來測量電路電源的進(jìn)線端，看是否短路。若有短路現(xiàn)象或電阻太小，則應(yīng)查出故障，待排出故障后才能接通電源。1）測量靜態(tài)工作點令RC=3K，在無輸入信號的情況下

12、，調(diào)節(jié)上偏置可變電阻RP，使ICQ1mA然后用萬用表分別測量VCEQ、VCQ、VBQ、EC和VEQ值。記下Rb2、Rb1、Re阻值，并測出此時RP的阻值,記錄在表3.3.1中。表3.3.1測量參數(shù)EC(V)ICQ(V)VCEQ(V)VCQ(V)VBQ(V)VEQ(V)Rb1()Rb2()Rp()(Rp+Rb1)()Re()測量儀表 萬用表2）觀察靜態(tài)工作點變動對放大器輸出波形的影響按圖3.3.10電路連好測量儀器。保持ICQ1mA、RC=3K、RL=1.5K，在放大器的輸入端加入一個頻率為lkHz的信號電壓，同時用示波器觀察放大器輸出波形。逐步增大輸入信號幅度直到輸出波形出現(xiàn)失真為止。若出現(xiàn)上

13、下波形失真、不對稱，可調(diào)節(jié)RP使輸出波形不失真。繼續(xù)加大輸入信號幅度，直到再次出現(xiàn)不對稱、失真為止。于是再次調(diào)節(jié)RP，使失真消除，如此反復(fù)，達(dá)到最大不失真輸出。此時靜態(tài)工作點已選擇在動態(tài)特性曲線的中心點。用毫伏表測量Vo，再用萬用表測ICQ、VCEQ ,從而用圖解法在輸出特性曲線上求出最大不失真輸出的電壓范圍，與測量值比較。圖3.3.10 觀察波形和測量放大倍數(shù)的連接電路圖調(diào)節(jié)RP，使ICQ2mA或IC0mA。改變輸入信號幅度，用示波器觀測并繪下放大器輸出波形的變化，分析失真的原因。3）放大倍數(shù)的測量測量儀器與電路的連接仍如圖3.3.10所示。令圖3.3.1電路中的RC = 3k、RL = 1

14、.5 k，調(diào)節(jié)RP，使IC lmA，輸入信號頻率為1kHz、有效值為Vi（1020）mV。在輸出波形基本不失真情況下（以示波器監(jiān)視），用毫伏表或示波器分別測出放大器輸入電壓Vi和輸出電壓Vo，求出AV。保持輸入信號幅度不變，分別改變輸入信號頻率和電路參數(shù)，測量不同情況下的放大倍數(shù)。具體參數(shù)變化量按表3.3.2要求進(jìn)行。表3.3.2序號測 量 條 件實 驗 值計 算 值誤差輸入信號頻率(Hz)RC()RL()ICQ()Vi(V)Vo(V)AV=Vo/ViAV=-R'L /rbe RLRbe11k3 k1.5 k1<70     &#

15、160; 21000k3 k1.5 k1<70       3100k3 k.5 k1<70       41 k.5 k1.5 k1<70       51 k3 k6.2 k1<70        61 k3 k1.5 k2<70    

16、0;   測量信號源內(nèi)阻RS對放大倍數(shù)的影響。圖3.3.11 測量AVS連接電路令圖3.3.1中RC=3k、RL=1.5k、IClmA，保持原輸入信號幅度，在低頻信號發(fā)生器與放大器輸入端A之間串聯(lián)一個電阻RS（600），測出此時的Vo，求AVS。，將AVS與表3.3.2中1的測量結(jié)果AV比較，測量電路連接如圖3.3.11所示。2、實驗電路如圖3.3.3所示。為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起，同時信號源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)采用專用電纜線或屏蔽線，如使用屏蔽線，則屏蔽線的外包金屬網(wǎng)應(yīng)接在公共接地端上。1)調(diào)試靜態(tài)工作點接通直流電源前，先將RW調(diào)至最大，函

17、數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。接通12V電源、調(diào)節(jié)RW，使IC2.0mA（即UE2.0V），用直流電壓表測量UB、UE、UC及用萬用電表測量RB2值。記入表3.3.3。表3.3.3 IC2mA測 量 值計 算 值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（K）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2)測量電壓放大倍數(shù)在放大器輸入端加入頻率為1KHz的正弦信號uS，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓Ui10mV，同時用示波器觀察放大器輸出電壓uO波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下述三種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表3.3.4中。表3.3.4 Ic2.0m

18、A Ui10mVRC（K）RL(K)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.41.22.42.43）觀察靜態(tài)工作點對電壓放大倍數(shù)的影響置RC2.4K，RL，Ui適量，調(diào)節(jié)RW，用示波器監(jiān)視輸出電壓波形，在uO不失真的條件下，測量數(shù)組IC和UO值，記入表3.3.5。表3.3.5RC2.4K RL UimVIC(mA)2.0UO(V)AV測量IC時，要先將信號源輸出旋鈕旋至零（即使Ui0）。4)觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響置RC2.4K，RL2.4K，ui0，調(diào)節(jié)RW使IC2.0mA，測出UCE值，再逐步加大輸入信號，使輸出電壓u0 足夠大但不失真。 然后保持輸入信號不變，分別增大和減小

19、RW，使波形出現(xiàn)失真，繪出u0的波形，并測出失真情況下的IC和UCE值，記入表3.3.6中。每次測IC和UCE 值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。表3.3.6 RC2.4K RL UimVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.0 5)測量最大不失真輸出電壓置RC2.4K，RL2.4K，按照實驗原理2）、4)中所述方法，同時調(diào)節(jié)輸入信號的幅度和電位器RW，用示波器和交流毫伏表測量UOPP及UO值，記入表3.7中。表3.3.7 RC2.4K RL2.4KIC(mA)Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)6）測量輸入電阻和輸出電阻置RC2.4K，RL2.4K，IC2.0mA。輸入f1KHz的正弦信號，在輸出電壓uo不失真的情況下，用交流毫伏表測出US，Ui和UL記入表3.3.8。保持US不變，斷開RL，測量輸出電壓Uo，記入表3.3.8。表3.3.8 Ic2mA Rc2.4K RL2.4KU