模擬電路實驗-三極管及其放大電路

模擬實驗三三極管及其放大電路一．實驗目的1．對晶體三極管(3DG6、9013)、場效應管（3DJ6G）進行實物識別，了解它們的命名方法和主要技術指標。2．學習用數(shù)字萬用表、模擬萬用表對三極管進行測試的方法。3．用圖3-10提供的電路，對三極管的β值進行測試。4．學習共射、共集電極（*）、共基極放大電路靜態(tài)工作點的測量與調整，以及參數(shù)選取方法，研究靜態(tài)工作點對放大電路動態(tài)性能的影響。5．學習放大電路動態(tài)參數(shù)（電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓）的測量方法。6.調節(jié)CE電路相關參數(shù)，用示波器觀測輸出波形，對飽和失真和截止失真的情況進行研究。7．用Multisim軟件完成對共射極、共集電極、共基極放大電路性能的分析，學習放大電路靜態(tài)工作點的測試及調整方法，觀察測定電路參數(shù)變化對放大電路的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)及輸出電壓波形的影響。加深對共射極、共集電極、共基極基本放大電路放大特性的理解。二．知識要點1．半導體三極管半導體三極管是組成放大電路的核心器件，是集成電路的組成元件，在電路中主要用于電流放大、開關控制或與其他元器件組成特殊電路等。半導體三極管的種類較多，按制造材料不同有硅管、鍺管、砷化鎵管、磷化鎵管等；按極性不同有NPN型和PNP型；按工作頻率不同有低頻管、高頻管及超高頻管等；按用途不同有普通管、高頻管、開關管、復合管等。其功耗大于1W的屬于大功率管，小于1W的屬于小功率管。半導體三極管的參數(shù)主要有電流放大倍數(shù)β、極間反向電流ICEO、極限參數(shù)（如最高工作電壓VCEM、集電極最大工作電流ICM、最高結溫TjM、集電極最大功耗PCM）以及頻率特性參數(shù)等。有關三極管命名、類型以及參數(shù)等可查閱相關器件手冊。下面給出幾種常用三極管的參數(shù)舉例如表3-01所示：表3-01幾種常用三極管的參數(shù)參數(shù)PCM(mW）ICM(mA)VBRCBO(V)ICBO(μAhFEfT(MHz)極性3DG100D1002040140.01NPN3DG200A10020150.125~2700.01NPNCS9013H400500250.5144150NPNCS9012H600500250.5144150PNP參數(shù)VP(V)IDSSgm(mA/V)PDM(mW)rGS（Ω）fM3DJ6G-93~6.5110010830N溝道2．半導體三極管的識別與檢測半導體三極管的類型有NPN型和PNP型兩種。可根據管子外殼標注的型號來判別是NPN型，還是PNP型。在半導體三極管型號命名中，第二部分字母A、C表示PNP型管；B、D表示NPN型管；而A、B表示鍺材料；C、D表示硅材料。另外，目前市場上廣泛使用的9011～9018系列高頻小功率9012、9015為PNP型，其余為NPN型。半導體三極管的型號和命名方法，與半導體二極管的型號及命名方法相同，詳見康華光第四版P44頁附錄或者參考有關手冊。(1)三極管的電極和類型判別1)直觀辨識法。半導體三極管有基極(B)、集電極(C)和發(fā)射極(E)三個電極，如圖3-11所示，常用三極管電極排列有E-B-C、B-C-E、C-B-E、E-C-B等多種形式。2)特征辨識法。如圖3-01所示，有些三極管用結構特征標識來表示某一電極。如高頻小功率管3DGl2、3DG6的外殼有一小凸起標識，該凸起標識旁引腳為發(fā)射極；金屬封裝低頻大功率管3DD301、3AD6C的外殼為集電極等。圖3-11三極管結構特征標識極性3)萬用表歐姆檔判別法如圖3-12所示，選用指針式萬用表歐姆檔R×lkΩ檔。首先判定基極b方法：用萬用表黑表筆碰觸某一極，再用紅表筆依次碰觸另外兩個電極，并測得兩電極間阻值。若兩次測得電阻均很小(為PN結正向電阻值)，則黑表筆對應為基極且此管為NPN型；或者兩次測得電阻值均很大(為PN結反向電阻值)，但交換表筆后再用黑筆去碰觸另兩極，也測量兩次，若兩次阻值也很小，則原黑表筆對應為管子基極，且此管為PNP型。注意：指針式萬用表歐姆檔時，黑表筆則為正極，紅表筆為負極；這與（a）（b）數(shù)字式萬用表不同。圖3-12萬用表歐姆檔判別法其次，判別集電極和發(fā)射極。其基本原理是把三極管接成基本放大電路，利用測量管子的電流放大倍數(shù)值β的大小，來判定集電極和發(fā)射極。以NPN管為例說明，如圖3-12b所示，基極確定后，不管基極，用萬用表兩表筆分別接另兩電極，用100kΩ的電阻一端接基極，電阻的另一端接萬用表黑表筆，若表針偏轉角度較大，則黑表筆對應為集電極，紅表筆對應為發(fā)射極。也可用手捏住基極與黑表筆(但不能使兩者相碰)，以人體電阻代替l00kΩ電阻的作用(對于PNP型，手捏紅表筆與基極)。上面這種方法，實質上是把三極管接成了正向偏置狀態(tài)，若極性正確，則集電極有較大電流。(2)硅管、鍺管的判別根據硅材料PN結正向電阻較鍺材料大的特點，可用萬用表歐姆R×1kΩ檔測定，若測得PN結正向阻值約為3～l0kΩ，則為硅材料管；若測得正向阻值約為50～1kΩ，則為鍺材料管?；驕y量發(fā)射結(集電結)反向電阻值，若測得反向阻值約為500kΩ，則為硅材料管；若測得反向阻值約為100kΩ，則為鍺材料管。3．三極管場效應管放大電路共射極放大電路既有電流放大作用，又有電壓放大作用，故常用于小信號的放大。改變電路的靜態(tài)工RS兩端對地電壓，求得RS上的壓降(Vs-Vi)，則：所以有通過測量VS和Vi來間接地求出RS上的壓降，是因為RS兩端沒有電路的公共接地點。若用一端接地的毫伏表測量，會引入干擾信號，以致造成測量誤差。(4)輸出電阻的測量放大電路的輸出端可看成有源二端網絡。如圖3-17所示。圖3-17測量輸出電阻的電路用毫伏表測出不接RL時的空載電壓Vo’和接負載RL后的輸出電壓Vo，即可間接地推算RO的大?。?。(5)放大電路頻率特性的測量放大電路頻率特性是指放大電路的電壓放大倍數(shù)Av，與輸入信號頻率之間的關系。Av隨輸入信號頻率變化下降到0.707Av。時所對應的頻率定義為下限頻率和上限頻率，通頻帶為。上、下限頻率可用以下方法測量：先調節(jié)輸入信號Vi使Vi頻率為1kHz；調節(jié)Vi幅度，使輸出電壓Vo幅度為1V。保持Vi幅度不變，增大信號Vi的頻率，Vo幅度隨著下降，當Vo下降到0.707V時，對應的信號額率為上限頻率；保持Vi幅度不變，降低Vi頻率，同樣使Vo幅度下降到0.707V時，對應的信號頻率為下限頻率。(6)觀察截止失真、飽和失真兩種失真現(xiàn)象測量電路如圖3-18所示，在ICQ=3.0mA，RL=∞情況下，增大輸入信號，使輸出電壓保持沒有失真，然后調節(jié)電位器Rb2阻值，改變電路的靜態(tài)工作點，使電路分別產生較為明顯的截止失真與飽和失真，測出產生失真后相應的集電極靜態(tài)電流。做好相應的實驗記錄。圖3-18共射放大電路舉例圖3-19共射放大電路對應的三個仿真電路圖圖3-20共集電極放大電路舉例三．實驗內容1．查閱手冊并測試晶體三極管(3DG100D、CS9013)、場效應管（3DJ6G）的參數(shù)，記錄所查和所測數(shù)據。2．用晶體三極管3DG100D或CS9013組成如圖3-21所示單管共射極放大電路，通過改變電位器R2，使得VCE為4V，測量此時VCEQ、VBEQ、Rb的值，計算放大電路的靜態(tài)工作點Q對應的三個參數(shù)值。3．在下列兩種情況下，測量放大電路的電壓放大倍數(shù)和最大Av不失真輸出電壓VOMAX。(1)RL=R4=∞（開路）②RL=R4=10kΩ。建議：最初使用1KHz、5mV的正弦信號作為輸入信號進行測試；然后改變輸入信號的幅值，使用雙蹤顯示方式同時顯示VI與VO，進行監(jiān)視，盡量選擇較大幅度的正弦信號作為放大器的VI，在保證VO波形不失真的條件下圖3-21單管共射極放大電路進行測量。（若VO波形失真，所測動態(tài)參數(shù)就毫無意義）。表3-09靜態(tài)數(shù)據記錄表實測值實測計算值VCE（V）VBE（V）Rb（KΩ）VCEQ（V）IBQ（μA）ICQ（mA）表3-10測AV的記錄表實測值理論估算值實測計算值Vi（mV）Vo（mV）AVAV觀察飽和失真和截止失真，并測出相應的集電極靜態(tài)電流。測量放大電路的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。*6．按照圖3-10設計BJT的β測試電路，確定電路中所有元器件和輸入電壓的參數(shù)值，并對測試結果進行比較和誤差分析。圖3-10BJT的β值測試電路圖*7．測量圖3-18放大電路帶負載時的上限頻率和下限頻率。*8．實驗電路如圖3-20所示，要求仿真并實物實現(xiàn)電路，計算并實測電路的輸入電阻和輸出電阻。四．思考題1．Rb為什么要由一個電位器和一個固定電阻串聯(lián)組成？2．電解電容兩端的靜態(tài)電壓方向與它的極性應該有何關系？3．如果儀器和實驗線路不共地會出現(xiàn)什么情況？通過實驗說明。五．實驗報告1．按照實驗準備的要求完成設計作業(yè)一份，并估算放大電路的性能指標。2．記錄實驗中測得的有關靜態(tài)工作點和電路的Au、Vo(max)、Ri和Ro的數(shù)據。3．認真記錄和整理測試數(shù)據，按要求填入表格并畫出輸入、輸出對應的波形圖。4．對測試結果進行理論分析，找出產生誤差的原因。5．詳細記錄組裝、調試過程中發(fā)