模電實(shí)驗(yàn)單級(jí)共射放大電路

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而未加入輸入信號(hào)時(shí)（通過隔直流電容將輸入端接地），電路中產(chǎn)生的電流、電壓為直流量，記為，由它們確定了電路的一個(gè)工作點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作的Q。三極管

2、的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式近似估算：V硅管； （0.20.3）V 鍺管2. 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（或）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?？煽康毓ぷ鳌Ｈ艄ぷ鼽c(diǎn)偏高（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)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，即的正半周被削頂（一般截止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，并檢查輸出電壓的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)

3、節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。還應(yīng)說明的是，上面所說的工作點(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，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上交流負(fù)載線的中點(diǎn)，如圖Q點(diǎn)，使靜態(tài)大致等于電源電壓的一半。這樣可使交流信號(hào)輸入時(shí)，工作點(diǎn)Q沿著交流負(fù)載線向上或向下移動(dòng)較大范圍，使得輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍大致在2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。實(shí)際工作中往往通過調(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

4、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)減小增大減小輸入信號(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)載線的中點(diǎn)。去掉輸入信號(hào)，測(cè)量，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)是指輸出電壓和輸入電壓之比，其值與負(fù)載有關(guān)，是衡量

5、放大電路放大能力的指標(biāo)。4. 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)出和，根據(jù)輸入電阻的定義可得：測(cè)量時(shí)應(yīng)注意，電阻R值不宜取得過大，易引入干擾；但也不宜取得過小，否則測(cè)量誤差較大。通常取與為同一數(shù)量級(jí)比較合適，本實(shí)驗(yàn)取R=12k。（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

6、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相串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)中可以通過測(cè)量放大器空載時(shí)的輸出電壓和加上已知負(fù)載后的輸出電壓，根據(jù)式子測(cè)試其輸出電阻。由此可求輸出電阻（為阻值已知的電阻，一般情況下為數(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)

7、與輸入信號(hào)頻率之間的關(guān)系曲線，如圖。在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，曲線平坦，放大倍數(shù)不隨頻率而變，這一段頻率范圍稱為中頻段。在中頻段以外，隨著頻率的減小或增大，放大倍數(shù)都將下降。當(dāng)放大倍數(shù)降為中頻段放大倍數(shù)的0.707時(shí)，相對(duì)應(yīng)的低頻頻率和高頻頻率分別稱為下限頻率 和上限頻率。通頻帶定義為三、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、信號(hào)電壓峰值。（2）進(jìn)行仿真分析。雙擊示波器XSC1圖標(biāo)，打開示波器面板，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）

8、，調(diào)節(jié)電位器，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)量用萬用表測(cè)量。將萬用表接入電路，單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行電路分析。此時(shí)，萬用表顯示的數(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，閉合開關(guān)，調(diào)整輸入電壓，頻率。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測(cè)出和的有效值和，根據(jù)式子計(jì)算電壓放大倍數(shù)。（2）輸

9、入電阻測(cè)量。在圖示電路中，斷開開關(guān)，閉合開關(guān)，調(diào)整輸入電壓，頻率。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測(cè)出電阻R兩端電壓，的有效值和，根據(jù)式子計(jì)算輸入電阻。（3）輸出電阻測(cè)量。在圖示電路中，閉合開關(guān)，調(diào)整輸入電壓，頻率。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測(cè)出開關(guān)打開和閉合兩種情況下電壓，的有效值和，根據(jù)式子計(jì)算輸出電阻。（4）放大電路的幅頻特性測(cè)量。直接測(cè)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，

10、單擊仿真開關(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，布線要整齊、均勻、便于檢查，經(jīng)檢查無誤接通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，用萬用表分別測(cè)量三極管三個(gè)級(jí)對(duì)地的電壓（，），和。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） 將電位器的阻值調(diào)為最

11、大，此時(shí)靜態(tài)電流下降，用示波器觀察輸出波形是否出現(xiàn)失真，并畫下此時(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） 將電位器的阻值調(diào)為最小，此時(shí)靜態(tài)電流增大，觀察輸出波形的變化情況，畫下此時(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)輸出開路（）時(shí)，測(cè)量輸入輸出電壓輸和的有效值和的大小，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的負(fù)載電阻，保持輸入電壓不變，測(cè)量輸出電壓，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） 用雙蹤示波器觀察和的波形，比較兩波形之間的相位關(guān)系

12、。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，用示波器分別測(cè)出電阻R兩端電壓，的有效值和，根據(jù)式子計(jì)算該放大電路輸入電阻。（2) 閉合，測(cè)量負(fù)載開路（斷開）時(shí)的輸出電壓和接上2k負(fù)載（閉合）時(shí)的輸出電壓，根據(jù)式子計(jì)算該放大電路的輸出電阻。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)，輸出端接負(fù)載電阻，用示波器分別測(cè)量，的大小，計(jì)算電壓放大倍數(shù)。（2） 保持輸入信號(hào)電壓的幅度不變，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。當(dāng)輸出電壓降到中頻值的時(shí)，對(duì)應(yīng)

13、的頻率即為放大器是上限截止頻率或下限截止頻率，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。4、 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） 示波器一臺(tái)。（4） 毫伏表一臺(tái)。（5） 萬用表一塊。（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（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，用萬用表進(jìn)行測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)（仿真）VBQVCQVEQVCEQICQ1.509V10.508V827.5mV9.681V744.294uA2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響（1）Rp最大（2）Rp最小ICQVCEQ放大器輸出波形波形失真類型Rp增大353.5uA10.9V正半周削頂截止失真Rp減小3.744mA48.561mV負(fù)半周削頂飽和失真3.電壓放大倍數(shù)測(cè)量（1）Vi=70.7mV Vo=978.2mV Au=13.8（2）Vi=70.7mV Vo=489.8mV Au=6.9 負(fù)載電阻太小，會(huì)使放大器輸出電流過載，放大倍數(shù)出現(xiàn)衰減