模擬電路實驗講稿(06級單放篇)

電工電子實驗技術（模擬電路）盧慶莉編寫單級放大器3/13/2024盧慶莉編寫主要授課內(nèi)容：一、模擬電路學習指導三、模擬電路的裝配四、模擬電路參數(shù)的調(diào)測五、測試數(shù)據(jù)記錄與分析六、測試舉例二、單級放大電路的設計指導3/13/2024盧慶莉編寫1、模擬電路理論課與實驗課的不同學習要求理論課——電路工作原理與工程估算方法。實驗課——電路的設計方法與實驗方法。2、明確模擬電路課程的工程性和技術性工程性——是指為使理論具有可行性而使分析和估算方法進行的簡化，理論設計與實際測試的吻合只能靠不斷的試湊。技術性——是指它是用于解決實際問題的學科，它的每項技術指標對實際應用都有著特定的意義。一、模擬電路學習指導3/13/2024盧慶莉編寫3、明確電路工作原理的物理意義（1）何為放大、放大的物理意義是什么?它的本質(zhì)是什么?放大:是將信號的幅度由小增大。物理意義:是把小能量變成大能量。

本質(zhì):實現(xiàn)能量的控制。3/13/2024盧慶莉編寫放大器的最基本要求：

是將輸入的模擬信號按比例地進行線性放大，使放大后的輸出信號盡可能和原來輸入信號的波形保持一致，不產(chǎn)生失真。（3）要達到這個目的應采取什么樣的電路實現(xiàn)?

①實現(xiàn)放大的形式有兩種:

電流放大

和

電壓放大。（2）放大的要求是什么?3/13/2024盧慶莉編寫②根據(jù)不同要求,放大的電路有三種（可進行電流放大或電壓放大）即：共射、共基、共集。具有電流和電壓放大具有電壓放大，無電流放大無電壓放大，具有電流放大3/13/2024盧慶莉編寫③三種基本的放大電路各有什么特點，在什么場合下用什么電路？

共基、共射、共集放大電路的主要特點和應用，可以大致歸納如下：共射電路：

①具有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，同時輸入電阻和輸出電阻又比較適中。②一般只要對輸入電阻、輸出電阻和頻率響應沒有特殊要求的地方，均常采用共射電路。③共射電路被廣泛地用作單級放大或多級放大器的中間級。3/13/2024盧慶莉編寫①共集電路的特點是電壓跟隨，即：輸入電阻很高、輸出電阻很低、電壓放大倍數(shù)接近于1而小于1,具有電流放大作用。②常被作為多級放大器的輸入級、輸出級和中間緩沖級。共集電路：3/13/2024盧慶莉編寫①共基電路的突出特點在于它具有很低的輸入電阻使晶體管結電容的影響不顯著，因而頻率響應得到很大改善。②常用于寬頻帶放大器和高頻電路中。③輸出電阻高，共基電路還可以作為恒流源。共基電路：3/13/2024盧慶莉編寫(4)為什么要設置直流工作點

為了使放大電路能正常工作,必須給放大電路設置合適的靜態(tài)工作點,以保證信號在基本上不失真的條件下，能順利地輸入、輸出。

換句話來講，設立直流工作點就是要減小放大電路的非線性失真，而非線性失真包括兩種：飽和失真和截止失真。3/13/2024盧慶莉編寫（5）為什么要考慮放大器的輸出信號動態(tài)范圍主要是指:工作點的選擇不可偏高或者偏低。工作點偏高：會出現(xiàn)飽和失真；工作點偏低：會出現(xiàn)截止失真。3/13/2024盧慶莉編寫4、明確所有電路參數(shù)的物理含義以及對應用的影響。（1）當其它參數(shù)保持不變,增大基極電阻Rb時,IBQ減小,使Q點下移,靠近截止區(qū)[如圖(a)中Q3點];反之,如減小Rb則IBQ增大,靠近飽和區(qū)[如圖(a)中Q1點]。以上兩種情況下，當信號幅度較大時都將使輸出波形易于產(chǎn)生失真。3/13/2024盧慶莉編寫（2）當其它參數(shù)保持不變,升高電源電壓EC時，直流負載線平行右移，Q點偏向右上方[如圖(b)中Q2點]，使放大電路的動態(tài)工作范圍擴大，但同時三極管的靜態(tài)功耗也增大。3/13/2024盧慶莉編寫（3）當其它參數(shù)保持不變,增大集電極電阻RC時，直流負載線與橫軸的交點（EC）不變，但與縱軸的交點（EC/RC）下降，因此直流負載線比原來平坦，即斜率變小。而IBQ不變，所以Q點移近飽和區(qū)[見圖(c)中Q2點]。3/13/2024盧慶莉編寫（4）當其它電路參數(shù)不變，增大管子的電流放大系數(shù)β時（例如由于更換三極管或由于溫度升高等原因而引起β增大），使輸出特性之間的間距加大,假設此時特性曲線改變?yōu)槿鐖D（d）中虛線所示，如果IBQ不變，則Q點上移，使ICQ值增大，即Q點靠近飽和區(qū)[見圖（d）中Q2點]。3/13/2024盧慶莉編寫①電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)為無量綱的數(shù)值，是定義放大器的輸出電壓與輸入電壓的比值。②電流放大倍數(shù)：電流放大倍數(shù)為無量綱的數(shù)值，是定義放大器的輸出電流與輸入電流的比值。①功率放大倍數(shù)：功率放大倍數(shù)為無量綱的數(shù)值，是定義放大器的輸出功率與輸入功率的比值。5、電壓放大、電流放大、功率放大倍數(shù)對實際應用的意義3/13/2024盧慶莉編寫6、輸入電阻、輸出電阻、幅頻特性對實際應用的意義①輸入電阻輸入電阻是從放大器輸入端看進去的電阻，它定義為：Ri=Ui/Ii。3/13/2024盧慶莉編寫

對信號源來說，放大器相當于它的負載，Ri則表示該負載能從信號源獲取多大的信號。由于實際信號源均有內(nèi)阻，對于低阻電壓源，Ri越大，放大器從該信號源獲取的電壓就越大。而對高阻電流源，Ri越小，則放大器從該信號源獲取的電流也越大。否則信號源內(nèi)阻的消耗將增大，而輸出給放大器的信號減小。Ri實際應用的意義：3/13/2024盧慶莉編寫②輸出電阻

輸出電阻是從放大器輸出端看進去的電阻，它定義為：Ro=Uo/Io。理論上用:輸入短路,輸出加壓求流法來求輸出電阻。3/13/2024盧慶莉編寫實際應用的意義：

對負載來說，放大器相當于它的信號源，Ro正是該信號源的內(nèi)阻。Ro是一個表征放大器帶負載能力的參數(shù)。對于電壓輸出，Ro越小，帶負載能力越強，即負載變化時放大器輸出給負載的電壓基本不變。而對于電流輸出，Ro越大，則帶負載能力越強，即負載變化時，放大器輸出給負載的電流基本不變。3/13/2024盧慶莉編寫③幅頻特性

理想放大電路的輸出信號與輸入信號應完全相似。也就是說，除放大一常數(shù)外，輸出信號應是輸入信號的真實再現(xiàn)。但實際的放大電路，在輸入信號的幅度不變而僅改變其頻率時，輸出信號的幅度和相位都會隨著頻率而改變。由放大電路放大倍數(shù)的幅度與頻率的關系畫成的曲線，稱為放大電路的幅頻特性（或頻率響應）。1）什么是幅頻特性？3/13/2024盧慶莉編寫

在實際應用中,放大電路所放大的信號都是有一定的頻率范圍的。如通信設備中的音頻放大電路，要求放大300～3400Hz頻率范圍內(nèi)的信號；電視接受機中放大圖象信號的視頻放大器，要求放大25Hz～6MHz頻率范圍內(nèi)的信號。在放大電路中耦合電容、旁路電容和晶體管極間電容是與放大電路的放大倍數(shù)與頻率有關的，不同頻率的輸入信號其放大倍數(shù)不同，這樣就產(chǎn)生了失真，影響放大器的工作質(zhì)量。2）是什么原因影響了放大器的工作質(zhì)量？3/13/2024盧慶莉編寫3）幅頻特性的分析①理想的幅頻特性

一個放大電路如果沒有頻率失真，其幅頻特性應是一條與橫軸平行的直線，也就是在放大器的工作頻率范圍內(nèi)，放大倍數(shù)的幅值與頻率無關，是一常數(shù)。3/13/2024盧慶莉編寫②實際的幅頻特性

RC耦合放大電路的幅頻特性，在頻率的低端和高端，放大倍數(shù)都要下降。這說明不同頻率信號的放大倍數(shù)不同，使輸出信號的波形產(chǎn)生失真，這種失真稱為幅頻失真。fL是放大電路通頻帶的下線頻率。fH是放大電路通頻帶的上線頻率。頻帶寬度：BW=fH－fL3/13/2024盧慶莉編寫③影響幅頻特性的原因是什么？★

在中頻段，曲線是平坦的，即：放大倍數(shù)不隨信號頻率而變。耦合電容、射極旁路電容（相當于短路）和器件的極間電容等的影響可以忽略不計（相當于開路）

。3/13/2024盧慶莉編寫★

在低頻段，當頻率降低時，器件的極間電容的影響可以忽略不計（相當于開路）

，但耦合電容、射極旁路電容的容抗變大，不可被看成短路，致使放大倍數(shù)下降。3/13/2024盧慶莉編寫★

在高頻段，當頻率升高時，耦合電容、射極旁路電容可以忽略不計（相當于短路）

，而器件的極間電容的影響不可以忽略不計，極間電容的容抗減少，不可看成開路，致使放大倍數(shù)下降。3/13/2024盧慶莉編寫7、單級放大電路原理分析舉例

（1）為何要用EC？

（2）R1和R2有何作用？可否不用R2?（3）R3有何作用，改變它ICQ是否會變化？（4）R4有何作用？（5）C1、C3有何作用？（6）C2有何作用？（7）共射電路有何特點？（8）C1和C3的接法有何要求？3/13/2024盧慶莉編寫（1）Ri對實際應用有何影響？（2）哪些電路元件對Ri有影響？（3）Au偏小應調(diào)整哪些元件？（4）R3對哪些電路參數(shù)有影響？（5）輸出阻抗Ro與哪些元件參數(shù)有關？3/13/2024盧慶莉編寫1、明確模擬電路的分析估算與電路設計的區(qū)別二、單級放大電路的設計指導（1）電路分析是在已知電路元件參數(shù)的情況下求電路參數(shù)。（2）電路設計是在已知電路參數(shù)要求的情況下求出所有的元件參數(shù)。（3）模擬電路的設計遠遠難于電路分析，沒有對電路原理、各個元器件作用、電路參數(shù)以及它們之間的關系的深刻理解，是無法設計電路的，這正是許多人將模擬電路的設計視為畏途的原因。3/13/2024盧慶莉編寫2、模擬電路設計基本思路（1）分析電路技術指標，找出關鍵性指標或難點指標作為設計起點，設計相關元件參數(shù)（2）在關鍵或難點指標設計完成后，進行核算，若達到要求，繼而為次要指標設計相關元件參數(shù)，因為模擬電路的同一個元件往往對多個電路技術指標有影響，當A指標滿足要求后可能B指標變?yōu)椴粷M足，所以，每設計一個指標都必須核算一次所有的電路參數(shù)，發(fā)現(xiàn)電路指標不合格必須重新設計元件參數(shù)，通過反復設計、反復核算、反復調(diào)整，最終使所有的電路技術指標達到設計要求。3/13/2024盧慶莉編寫3、模擬電路設計注意事項（1）在電路設計之前必須對每一個元件對電路相關參數(shù)的影響必須十分清楚，否則設計無從下手。（2）模擬理論書中給出的公式，不能隨便套用，必須分析使用條件，當現(xiàn)有公式不能直接套用時，必須自行推導設計使用公式。（3）由于分立元件的晶體管模型做了高度的簡化，精度差，在沒有深負反饋的情況下，核算的電路參數(shù)值與實際測量值有30%～100%的誤差是常見的。3/13/2024盧慶莉編寫（4）設計說明事項:①直流工作點不必十分準確，一般為整數(shù)或0.5的倍數(shù)。②每得到一個電阻值時，必須取接近的標稱值。③為了方便，可以設β=100。④直流參數(shù)設計完成后必須核算所有直流工作點。⑤在保證直流參數(shù)可以達到指標要求的前提下核算交流參數(shù)3/13/2024盧慶莉編寫4、實驗三十四單級放大電路（J1）（一）設計技術指標要求如下：（1）電路結構要求采用單級分壓偏置共射極放大電路，如圖所示：（2）電路指標1）Au≥302)Ri≥1KΩ3)Ro=3KΩ4)Uopp≥2V;5)fL≤500HZ;fH≥200KHZ3/13/2024盧慶莉編寫（3）設計條件1）Ec=12V2)RL=3KΩ（二）設計已知：RL=3K，Ec=+12VRo=3K∴R3=RL=3K3/13/2024盧慶莉編寫一般UCES=1V從最大的動態(tài)范圍考慮3/13/2024盧慶莉編寫Re的確立：確立Rb1、Rb2:令：I1≈（5～10）IBQ，取I1=10IBQ3/13/2024盧慶莉編寫取標稱值為：Rb2=10KRb1=68K=RW+R1其中，RW=100K，R1=20K取標稱值：Rb1=68K3/13/2024盧慶莉編寫(1)C1、Ｃ2、C3越大，下限頻率越低，低頻失真越小，附加相移也將會減小。(2)因為C2等效到基極回路時要除以(1+β)，所以若要求C2對ωL的影響與C1相同，需要求取C2=(1+β)C1，所以射極旁路電容的取值往往比C1要大得多。(3)工作點越低，輸入阻抗越大，對改善低頻響應有好處。對C1、Ｃ2、C3討論:3/13/2024盧慶莉編寫C1、C2、C3的取值：

C1、C3在低頻段影響較小，C2的影響較大，在C2上就會產(chǎn)生交流反饋使增益下降。為減少影響,C2的取值就必須大。3/13/2024盧慶莉編寫3/13/2024盧慶莉編寫將以上值代入驗算：將以上值代入驗算：3/13/2024盧慶莉編寫三、模擬電路的裝配1、裝配前檢查所有的元件。2、先安裝元件，后連接導線。3、按照電路圖中信號傳輸方向逐個連線。3、連線之后立即檢查有誤安裝錯誤。3/13/2024盧慶莉編寫安插元件的方法介紹：3/13/2024盧慶莉編寫電路連線的方法介紹：3/13/2024盧慶莉編寫四、模擬電路參數(shù)的調(diào)測1.首先調(diào)測直流參數(shù)（1）測試UCEQ,UBQ,ICQ(用間接法測試）。（2）合理掌握直流工作點的誤差。2.測試交流電路參數(shù)（1）合理選定輸入信號的頻率、電壓。（2）首先測試電壓放大倍數(shù)（AU），它是基礎參數(shù)。（3）測試AU時必須保證輸出信號不出現(xiàn)明顯失真。（4）在AU基本正確的情況下測試其他參數(shù)。（5）一些參數(shù)只能用間接法測試，如，Ri和Ro。3/13/2024盧慶莉編寫直流工作點測試：2.7V2V2mA2mA4V測UeQ測UcQ3/13/2024盧慶莉編寫3/13/2024盧慶莉編寫3/13/2024盧慶莉編寫交流參數(shù)測試：3/13/2024盧慶莉編寫fL和fH的測量方法：

調(diào)測UOPP=1V，減小信號源頻率（即:f↓)，使UOPP=0.707V時，從信號源上讀出的頻率f=fL;

調(diào)測UOPP=1V，增大信號源頻率（即:f↑)

，使UOPP=0.707V時，從信號源上讀出的頻率f=fH;3/13/2024盧慶莉編寫3/13/2024盧慶莉編寫3/13/2024盧慶莉編寫五、測試數(shù)據(jù)記錄與分析1、測試前必須核算出預期值，測試出的數(shù)據(jù)如果沒有預期值作為標準，實驗將失去意義。2、直流工作點和交流參數(shù)由于模型不準必將會產(chǎn)生一些誤差。3、發(fā)現(xiàn)實測數(shù)據(jù)與預期值不同時，必須及時分析，如果不在容許誤差范圍內(nèi)，則應立即找出原因。4、必須完整記錄測到的數(shù)據(jù)和波形。本次輸出正弦波的上半周有些失真，可請教師幫助判斷是否在容許范圍內(nèi)。3/13/2024盧慶莉編寫六、測試舉例例1電壓放大倍數(shù)測試：Au=Uo/Ui(用示波器監(jiān)測，在輸出不失真的條件下）3/13/2024盧慶莉編寫例2輸入阻抗的測試：（注：用示波器進行監(jiān)控）沒有交流阻抗測試儀表，必須用間接法測試。3/13/2024盧慶莉編寫輸入阻抗測試注意事項:不可用萬用表電阻檔直接測量，因為萬用表測的是直流電阻與放大器輸入阻抗定義不同測試輸入阻抗的輔助電阻R有特定要求，一般應取Rs≈Ri(試分析當Rs>>Ri，或Rs<<Ri會產(chǎn)生什么情況）如果Ri偏差過大，試分析原因。3/13/2024盧慶莉編寫例3輸出阻抗的測量3/13/2024盧慶莉編寫2）R1和R2有何作用？可否不用R2?答：1、R1和R2的作用是穩(wěn)定直流工作點。2、不能。解釋：3/13/2024盧慶莉編寫優(yōu)點：電路結構簡單。缺點：工作點穩(wěn)定性差；（∵IBQ固定，當β、ICBO等變化

ICQ、UCEQ的變化→工作點產(chǎn)生較大的漂移→使管子進入飽和或截止區(qū)）3/13/2024盧慶莉編寫為確保UB固定，應滿足流過RB1、RB1的電流I1>>IBQ，這就要求RB1、RB2的取值越小越好。但是RB1、RB2過小，將增大電源UCC的無謂損耗，因此要二者兼顧。通常選取并兼顧UCEQ而取3/13/2024盧慶莉編寫（3）R3有何作用，改變它ICQ是否會變化？答：1、

R3的作用是提供直流工作點（即：提供ICQ電流），防止交流短路。2、改變R3，ICQ不會變化。原因是：ICQ只受IBQ

控制，與R3無關。3/13/2024盧慶莉編寫（4）R4有何作用？答：

1、R4的作用是提供直流工作點（即：提供IEQ電流）。2、提供直流負反饋機制，目的是穩(wěn)定工作點。若ICQ↑UBEQ(=UBQ-UEQ)↓負反饋機制→IEQ↑→UEQ(=IEQRE)↑↓IBQ

↓←ICQ↓←3/13/2024盧慶莉編寫（5）C1、C3的有何作用？答：電容C1、C3稱為隔直流電容或耦合電容，它們的作用是隔直流通交流，即在保證信號正常流通的情況下，使