模電仿真實(shí)驗(yàn) 共射極單管放大器

1、仿 真 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 冊仿真實(shí)驗(yàn)課程名稱：模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)仿真仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：共射極單管放大器仿真類型（填）：（基礎(chǔ)、綜合、設(shè)計(jì)）院系： 專業(yè)班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 成績：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，熟悉靜態(tài)工作點(diǎn)對放大器性能的影響。（2）掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。（3）熟悉低頻電子線路實(shí)驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)一步掌握常用電子儀器的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、交流毫伏表、萬用表、直流穩(wěn)壓電源、實(shí)驗(yàn)電路板。圖3.2.1 共射極單管放大器三、實(shí)驗(yàn)原理電阻分壓式共射極單管放大器電路如圖3

2、.2.1所示。它的偏置電路采用（RW+R1）和R2組成的分壓電路，發(fā)射極接有電阻R4（RE），穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。在放大器的輸入端加入輸入微小的正弦信號Ui ，經(jīng)過放大在輸出端即有與Ui 相位相反，幅值被放大了的輸出信號Uo，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。在圖3.2.1電路中，當(dāng)流過偏置電阻R1和R2的電流遠(yuǎn)大于晶體管T的基極電流IB時(shí)（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式進(jìn)行估算（其中UCC為電源電壓）： （3-2-1） （3-2-2） （3-2-3）電壓放大倍數(shù) （3-2-4） 輸入電阻 （3-2-5） 輸出電阻 （3-2-6）1、放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測量與調(diào)試（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的測量測量放大器

3、的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號Ui = 0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萬用表，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(shí)驗(yàn)中，為了避免測量集電極電流時(shí)斷開集電極，所以采用測量電壓，然后計(jì)算出IC的方法。例如，只要測出UE，即可用 計(jì)算出IC（也可根據(jù)，由UC確定IC），同時(shí)也能計(jì)算出UBE = UB-UE ， UCE = UC-UE。（2）靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對三極管集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測試。圖3.2.2 靜態(tài)工作點(diǎn)對Uo波形失真的影響靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大的影響。如工

4、作點(diǎn)偏高（如圖3.2.2中的Q1點(diǎn)），放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)Uo的負(fù)半周將被削底。如工作點(diǎn)偏低（如圖3.2.2中的Q2點(diǎn)），則易產(chǎn)生截止失真，即Uo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)行動態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的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(diǎn)的位置。改變電路的參數(shù)UCC、RC、RB（RW，R2）會引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。通常采用調(diào)節(jié)偏電阻RW的方法來改變靜態(tài)工作點(diǎn)，如減小RW，可提高靜態(tài)工作點(diǎn)等。注意：靜態(tài)工作點(diǎn)的“偏高”或“偏低”是相對信號

5、的幅度而言。如果信號幅度很小，即使工作點(diǎn)較高或較低也不會出現(xiàn)失真。所以說，波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不匹配而導(dǎo)致的。如須滿足較大的輸入信號，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。2、放大器動態(tài)指標(biāo)測試放大器動態(tài)指標(biāo)測試包括電壓放大倍數(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。（1）電壓放大倍數(shù)Au的測量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，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 （3-2-7）（2）輸入電阻Ri的測量為了測量放大器的輸入電阻，在被測放大器的輸入端與信號源之間串入一已知電阻RS，如圖3.2.3所

6、示。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： （3-2-8）測量時(shí)應(yīng)注意: 測量RS兩端電壓UR時(shí)必須分別測出US和Ui，然后按UR=US-Ui求出UR值。 電阻RS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RS與Ri為同一數(shù)量級為宜，本實(shí)驗(yàn)可取RS =1 k。圖3.2.4 輸出電阻測量電路圖3.2.3 輸入電阻測量電路（3）輸出電阻Ro的測量輸出電阻Ro的測量電路如圖3.2.4所示，同樣應(yīng)取RL的值接近Ro為宜。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U和接入負(fù)載后輸出電壓UL，根據(jù)： （3-2-9）即可求出Ro： （3-2-

7、10）在測試中應(yīng)注意的是，必須保持RL接入前后的輸入信號大小不變。（4）最大不失真輸出電壓Uomp-p的測量（最大動態(tài)范圍） 為了得到最大動態(tài)范圍，首先應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。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(shí)調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點(diǎn)），用示波器觀察Uo，當(dāng)輸出波形在正、負(fù)峰附近同時(shí)開始出現(xiàn)削底和削頂現(xiàn)象（如圖3.2.5）時(shí)，說明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。然后再反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時(shí)，從示波器上可直接讀出最大動態(tài)范圍Uomp-p，或用交流毫圖3.2.5 波形同時(shí)出現(xiàn)削底和削頂現(xiàn)象的失真伏表測出Uo（有效值），則最大動態(tài)范

8、圍Uomp-p=。（5）放大器頻率特性的測量放大器的頻率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3.2.6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1/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，則通頻帶圖3.2.6 放大器的幅頻特性曲線BW = fH -fL （3-2-11）測量放大器的幅頻特性就是測量不同頻率信號時(shí)的電壓放大倍數(shù)Au?？梢圆捎们懊鏈yAu的方法，每改變一個(gè)信號頻率，測量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)即可。測量時(shí)要注意取點(diǎn)要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段要多測幾個(gè)點(diǎn)，在

9、中頻可以少測幾個(gè)點(diǎn)。此外，在改變頻率時(shí)，要保持輸入信號的幅度不變，且輸出波形不能失真。實(shí)驗(yàn)中通常只要求測量出通頻帶。利用示波器可以進(jìn)行BW的簡易測量，方法是在示波器上測量出輸入中頻段信號時(shí)的輸出信號幅度后，在保持輸入信號幅度不變的情況下，減小或增大輸入信號的頻率，再通過在示波器上觀測輸出信號幅度，找到輸出信號幅度降低至中頻段輸出的1/倍時(shí)的輸入信號頻率即為fL或fH。4、 仿真元件及仿真測試儀器萬用表電位器三極管示波器函數(shù)信號發(fā)生器電容電阻五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如圖3.2.1所示連接共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路。注意當(dāng)檢查電路無誤后，調(diào)節(jié)直流電源電壓至UCC選定值12V，方可接通電源。1、靜態(tài)工作點(diǎn)的測量與

10、調(diào)整（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的測量靜態(tài)工作點(diǎn)測量條件：沒有輸入信號，即Ui = 0。實(shí)驗(yàn)時(shí)將電路信號輸入端接地。調(diào)節(jié)電位器RW，使ICQ =1.5 mA。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了避免直接測量電流，可采取測量晶體管發(fā)射極電壓UE或測量晶體管集電極電壓UC的方法：調(diào)節(jié)電位器RW，使UE=2.25V或UC =9.3V或者ICQ =1.5mA。調(diào)整好ICQ后，用萬用表直流電壓檔測量UBQ、UEQ、UCQ值，記入表3-2-1。根據(jù)測量值計(jì)算UBEQ=UBQ-UEQ 和UCEQ=UCQ-UEQ，再與理論計(jì)算值比較。表3-2-1 靜態(tài)工作點(diǎn)測量數(shù)據(jù)記錄 電壓單位： / V測 量 值 理 論 計(jì) 算 值U B QU

11、E QU C QU B E QU C E Q I C Q U B E Q U C E Q 2.888V2.274V9.284V613.249mV7.01V1.508mA0. 7V7V（2）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出波形失真的影響在前面實(shí)驗(yàn)設(shè)定的靜態(tài)工作點(diǎn)（RC =1.8 k、IC =1.5 mA）基礎(chǔ)上，取RL=。按圖3.2.7連接測量儀器，用示波器觀測放大器的輸入、輸出信號波形，交流毫伏表測量放大器的輸入信號電壓。圖3.2.7 放大器性能測試系統(tǒng)仿真電路 調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，輸出頻率為1kHz、有效值為5mV的正弦波從A1端輸入信號Ui，用示波器觀察并記錄輸出電壓的輸出波形，將數(shù)據(jù)記入表3-2-2。

12、保持輸入信號Ui不變，增大電位器RW的值，使波形出現(xiàn)失真，定性繪出Uo的波形，并測出失真情況下的IC和UCE值，記入表3-2-2。 仍保持輸入信號Ui不變，減小電位器RW的值，使波形出現(xiàn)失真，定性繪出Uo的波形，并測出失真情況下的IC和UCE值，記入表3-2-2。注：表3-2-2中工作狀態(tài)判斷：判斷輸出波形是否存在失真？存在的失真是截止失真還是飽和失真？晶體管工作點(diǎn)狀態(tài)判斷是否基本合適？是偏高還是偏低？表3-2-2 測量靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出波形失真的影響數(shù)據(jù)記錄 RC =1.8 k RL= 工 作 條 件Uo 波 形工作狀態(tài)判斷Ui = 5 mVRW適中UEQ = 2.25 Vuot失真情況：基本

13、不失真晶體管工作點(diǎn)狀態(tài)：基本合適UCQ =9. 284 VICQ = 1.5 mAUCEQ=7.009 VUi = mVRW偏小UEQ =4.484Vuot失真情況：飽和失真晶體管工作點(diǎn)狀態(tài)：偏高UCQ =6.698VICQ =2.946mAUCEQ =2.214 VUi = mVRW偏大UEQ =1.536 Vuot失真情況：截止失真晶體管工作點(diǎn)狀態(tài)：偏低UCQ =10.164 VICQ =1.02mAUCEQ = 8.628 V飽和失真電路及各項(xiàng)參數(shù)如下：飽和失真波形：截止失真電路圖及其各項(xiàng)參數(shù)：截止失真波形：2、放大器性能指標(biāo)測試（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）放大器性能指標(biāo)測量儀器的連接如圖3.2.7所

14、示。（1）測量電壓放大倍數(shù)Au調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，輸出頻率f =1kHz、有效值為5mV的正弦波（用毫伏表測量）作為輸入信號Ui，同時(shí)用雙線示波器觀察放大器輸入電壓Ui和輸出電壓Uo的波形，在Uo波形不失真的條件下，用示波器測量不同負(fù)載時(shí)放大器輸出電壓Uo波形，計(jì)算放大器的電壓放大倍數(shù)Au。測量數(shù)據(jù)記入表3-2-3，并記錄其中一組輸入、輸出電壓波形，注意用雙線示波器觀察Uo和Ui的相位關(guān)系。表3-2-3 電壓放大倍數(shù)Au 測量數(shù)據(jù)記錄 RL / kUop-p / VUorms /VAu測試條件5.110.33768RC=1.8 kIC =1.5 mA Uirms = 4.95 mV 511.250

15、.436881.250.45191ui 和uo波形輸入輸出波形如下：注意：由于晶體管元件參數(shù)的分散性，定量分析時(shí)所給Ui，根據(jù)具體實(shí)際情況輸入適當(dāng)?shù)腢i值，在表3-2-3中測試條件欄記入實(shí)際輸入的Ui值。由于用示波器所測Uo的值為峰峰值，故需要轉(zhuǎn)化為有效值或用毫伏表測得的Uo來計(jì)算Au值。切記萬用表、毫伏表測量的是有效值，而示波器觀察的是峰峰值。 （1）測量輸入電阻Ri和輸出電阻Ro輸入電阻Ri：電路連接如圖3.2.3所示，從A端輸入f =1kHz、有效值分別為5mV、8mV的正弦信號US，在輸出電壓Uo不失真的情況下，用毫伏表分別測出US、Ui，記入表3-2-4，利用式3-2-8計(jì)算出Ri和

16、Ri平均值，并與理論計(jì)算值比較。表3-2-4 輸入電阻Ri測量數(shù)據(jù)記錄 RC=1.8 k；IC=1.5 mARS / kUS / mVUi / mVRi /kRi 平均值 /k1 53.6952.8312.895185.982.960（2） 輸出電阻Ro：電路連接如圖3.2.4所示。 斷開RL時(shí)的輸出波形如下：接入RL=5.1 k時(shí)的輸出波形如下： 保持輸入信號Ui（3mv、5mV）不變的條件下，分別在斷開RL與接入RL =5.1 k的情況下，示波器測量輸出電壓U和UL的峰峰值，記入表3-2-5，利用式3-2-10計(jì)算Ro和Ro平均值，并與理論計(jì)算值比較。表3-2-5 輸出電阻Ro測量數(shù)據(jù)記錄 RC =1.8 k；IC =1.5 mAUi / mVU / mVp-p （ RL= ）UL / mVp-p （RL =5.1 k）Ro /kRo 平均值 /k39006002.552.555150010002.55六、實(shí)驗(yàn)