電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教程 課件 第一章 基本放大電路

第一章

基本放大電路1.1晶體管共射極單管放大電路1.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1.3負(fù)反饋放大電路1.4射極跟隨電路1.5差動(dòng)放大電路1.1晶體管共射極單管放大電路１.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保W(xué)會(huì)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)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(cè)試方法。３）熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。２.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實(shí)驗(yàn)箱。３）信號(hào)發(fā)生器。４）萬(wàn)用表。５）直流電源。1.1晶體管共射極單管放大電路３.實(shí)驗(yàn)原理圖２-７所示為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定的共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路。在圖1-1中，當(dāng)流過(guò)偏置電阻ＲＢ１和ＲＢ２的電流遠(yuǎn)大于晶體管ＶＴ的基極電流ＩＢ時(shí)（一般為５～１０倍），則其靜態(tài)工作點(diǎn)可進(jìn)行如下估算：1.1晶體管共射極單管放大電路（１）放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試１）靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量。２）靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試。靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如果靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)ｕｏ的負(fù)半周將被削底，如圖1-2所示；如果靜態(tài)工作點(diǎn)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1-3所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。1.1晶體管共射極單管放大電路（２）放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)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(dòng)態(tài)范圍）和通頻帶等。１）電壓放大倍數(shù)Ａｕ的測(cè)量。２）輸入電阻Ｒｉ的測(cè)量。３）輸出電阻Ｒｏ的測(cè)量。1.1晶體管共射極單管放大電路４）最大不失真輸出峰峰電壓ＵＯＰＰ的測(cè)量（最大動(dòng)態(tài)范圍）。５）放大器幅頻特性的測(cè)量。1.1晶體管共射極單管放大電路４.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（１）調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)接通直流電源前，先將Ｒｗ調(diào)至最大，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。（２）測(cè)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(hào)ｕＳ，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓ｕｉ≈１０ｍＶ，同時(shí)用示波器觀察放大器輸出電壓ｕｏ的波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測(cè)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，并記入表1-2中。1.1晶體管共射極單管放大電路（３）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響置ＲＣ＝２.４ｋΩ，ＲＬ＝∞，Ｕｉ連續(xù)設(shè)置測(cè)試值，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(cè)量數(shù)組ＩＣ和Ｕｏ值，記入表1-3中。（４）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響置ＲＣ＝２４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ，ｕｉ＝０Ｖ，調(diào)節(jié)Ｒｗ，使ＩＣ＝２.０ｍＡ，測(cè)出ＵＣＥ值，再逐步加大輸入信號(hào)，使輸出電壓ｕｏ足夠大，但不失真，然后保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減?。遥?，使波形出現(xiàn)失真，繪出ｕｏ的波形，并測(cè)出失真情況下的ＩＣ和ＵＣＥ值，記入表1-4中。1.1晶體管共射極單管放大電路（５）測(cè)量最大不失真輸出電壓置ＲＣ＝２４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ，按照實(shí)驗(yàn)原理中所述方法，同時(shí)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的幅度和電位器Ｒｗ，用示波器和交流毫伏表測(cè)量輸出峰峰值ｕＯＰＰ及ｕｏ值，記入表1-5中。（６）測(cè)量輸入電阻和輸出電阻置ＲＣ＝２.４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ，ＩＣ＝２.０ｍＡ。輸入ｆ＝１ｋＨｚ的正弦信號(hào)電壓ｕｉ≈１０ｍＶ，在輸出電壓ｕｏ不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出ＵＳ、Ｕｉ和ＵＬ，記入表1-6中。1.1晶體管共射極單管放大電路（７）測(cè)量幅頻特性曲線?。桑茫剑?０ｍＡ，ＲＣ＝２４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ。保持輸入信號(hào)ｕｉ的幅度不變，改變信號(hào)源頻率ｆ，逐點(diǎn)測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓ｕｏ，并記入表1-7中。1.1晶體管共射極單管放大電路5.實(shí)驗(yàn)總結(jié)１）列表整理測(cè)量結(jié)果，并把實(shí)測(cè)的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計(jì)算值比較（取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較），分析產(chǎn)生誤差的原因。２）總結(jié)ＲＣ、ＲＬ及靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻及輸出電阻的影響。３）討論靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)放大器輸出波形的影響。４）分析討論在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。1.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路１.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保┝私饨Y(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的性能和特點(diǎn)。２）進(jìn)一步熟悉放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試方法。２.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材1）+12V直流電源2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3）雙蹤示波器4）交流毫伏表5）直流電壓表6）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3DJ6F×17）電阻、電容若干1.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路3.實(shí)驗(yàn)原理

場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型器件，按結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型和絕緣柵型兩種類型。由于場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間處于絕緣或反向偏置，因此輸入電阻很高（一般可達(dá)上百兆歐）。又由于場(chǎng)效應(yīng)管是一種多數(shù)載流子控制器件，因此熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲系數(shù)小。加之制造工藝較簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模集成，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。１）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大器性能分析

圖1-8所示為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成的共源極放大電路。其靜態(tài)工作點(diǎn)為1.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2）輸入電阻的測(cè)量方法

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)和輸出電阻的測(cè)量方法，與1.1節(jié)中晶體管放大器的測(cè)量方法相同。其輸入電阻的測(cè)量，從原理上講也可采用1.1節(jié)中所述的方法，但由于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的R比較大，如直接測(cè)輸入電壓US和Ui，則限于測(cè)量?jī)x器的輸入電阻有限，必然會(huì)帶來(lái)較大的誤差。因此為了減小誤差，常利用被測(cè)放大器的隔離作用，通過(guò)測(cè)量輸出電壓Uo來(lái)計(jì)算輸入電阻。輸入電阻測(cè)量電路如圖1-9所示。在放大器的輸入端串入電阻R，把開(kāi)關(guān)K擲向位置1（使R=0），測(cè)量放大器的輸出電壓；保持不變，再把K擲向位置2（接入R），測(cè)量放大器的輸出電壓。由于兩次測(cè)量中Au和保持不變，因此1.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路４.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量和調(diào)整（1）接圖1-8連接電路，令，接通+12V直流電源，用直流電壓表測(cè)量。檢查靜態(tài)工作點(diǎn)是否在特性曲線放大區(qū)的中間部分，若合適，則把結(jié)果記入表1-9。（2）若不合適，則適當(dāng)調(diào)整，調(diào)好后再測(cè)量，記入表1-9。2）電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的測(cè)量（1）AU和R0的測(cè)量在放大器的輸入端加入的正弦信號(hào)（有效值為50～100mV），并用雙蹤示波器觀察輸出電壓uo的波形。在輸出電壓uo沒(méi)有失真的條件下，用交流毫伏表分別測(cè)量的輸出電壓Uo（注意：保持幅值不變），記入表1-10。用雙蹤示波器同時(shí)觀察ui和uo的波形，描繪出來(lái)并分析它們的相位關(guān)系。1.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路5

實(shí)驗(yàn)總結(jié)1）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將測(cè)得的Au、Ri、Ro和理論計(jì)算值進(jìn)行比較。2）把場(chǎng)效應(yīng)管放大器與晶體管放大器進(jìn)行比較，總結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管放大器的特點(diǎn)。3）分析測(cè)試中的問(wèn)題，總結(jié)實(shí)驗(yàn)收獲。1.3負(fù)反饋放大電路１.實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由罾斫夥糯箅娐分幸胴?fù)反饋的方法和負(fù)反饋對(duì)放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。２.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實(shí)驗(yàn)箱。３）信號(hào)發(fā)生器。４）萬(wàn)用表。５）直流電源。３.實(shí)驗(yàn)原理負(fù)反饋在電子電路中有著非常廣泛的應(yīng)用，雖然它使放大器的放大倍數(shù)降低，但能在多方面改善放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入、輸出電阻，減小非線性失真和展寬通頻帶等。因此，幾乎所有的實(shí)用放大器都帶有負(fù)反饋。負(fù)反饋放大器有４種組態(tài)，即電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián)。本實(shí)驗(yàn)以電壓串聯(lián)負(fù)反饋為例，分析負(fù)反饋對(duì)放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。1.3負(fù)反饋放大電路（１）電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器的主要性能指標(biāo)圖2-10所示為帶有負(fù)反饋的兩級(jí)阻容耦合放大電路，在電路中通過(guò)Ｒｆ把輸出電壓ｕｏ（Ｃ３的正極電壓）引回到輸入端，加在晶體管ＶＴ１的發(fā)射極上，在發(fā)射極電阻ＲＦ１上形成反饋電壓ｕｆ。根據(jù)反饋的判斷法可知，它屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋。1.3負(fù)反饋放大電路１）閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為２）反饋系數(shù)為３）輸入電阻為４）輸出電阻為1.3負(fù)反饋放大電路（２）測(cè)量基本放大器的動(dòng)態(tài)參數(shù)本實(shí)驗(yàn)還需要測(cè)量基本放大器的動(dòng)態(tài)參數(shù)。１）在繪制基本放大器的輸入回路時(shí)，因?yàn)槭请妷贺?fù)反饋，所以可將負(fù)反饋放大器的輸出端交流短路，即令ｕｏ＝０Ｖ，此時(shí)Ｒｆ相當(dāng)于并聯(lián)在ＲＦ１上。２）在繪制基本放大器的輸出回路時(shí)，由于輸入端是串聯(lián)負(fù)反饋，因此需將反饋放大器的輸入端（ＶＴ１的發(fā)射極）開(kāi)路，此時(shí)（Ｒｆ＋ＲＦ１）相當(dāng)于并接在輸出端。由此可近似認(rèn)為Ｒｆ并接在輸出端。1.3負(fù)反饋放大電路４.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（１）測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)按圖1-１1連接實(shí)驗(yàn)電路，?。眨茫茫健溃保玻郑酰椋剑埃?，用直流電壓表分別測(cè)量第一級(jí)、第二級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，并記入表1-12中。（２）測(cè)試基本放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)將實(shí)驗(yàn)電路按圖1-11改接，即把Ｒｆ斷開(kāi)后分別并在ＲＦ１和ＲＬ上，其他連線不動(dòng)。１）測(cè)量中頻電壓放大倍數(shù)Ａｕ，輸入電阻Ｒｉ和輸出電阻Ｒｏ。①以ｆ＝１ｋＨｚ，ｕＳ≈８ｍＶ正弦信號(hào)輸入放大器，用示波器監(jiān)視輸出波形ｕｏ，在ｕｏ不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)量ｕＳ、ｕｉ、ｕＬ，記入表1-13中。②保持ｕＳ不變，斷開(kāi)負(fù)載電阻ＲＬ（注意，Ｒｆ不要斷開(kāi)），測(cè)量空載時(shí)的輸出電壓ｕｏ，記入表1-13中。1.3負(fù)反饋放大電路２）測(cè)量通頻帶。接上ＲＬ，保持ｕＳ不變，然后增加和減小輸入信號(hào)的頻率，找出上、下限頻率ｆＨ和ｆＬ，記入表1-14中。（３）測(cè)試負(fù)反饋放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)將實(shí)驗(yàn)電路恢復(fù)為圖1-10所示的負(fù)反饋放大電路。適當(dāng)加大ｕＳ（約１０ｍＶ），在輸出波形不失真的條件下，測(cè)量負(fù)反饋放大器的Ａｕｆ、Ｒｉｆ和Ｒｏｆ，記入表２-１１中；測(cè)量ｆＨｆ和ｆＬｆ，記入表1-14中。（４）觀察負(fù)反饋對(duì)非線性失真的改善１）實(shí)驗(yàn)電路改接成基本放大器形式，在輸入端加入ｆ＝１ｋＨｚ的正弦信號(hào)，輸出端接示波器，逐漸增大輸入信號(hào)的幅度，使輸出波形開(kāi)始出現(xiàn)失真，記下此時(shí)的波形和輸出電壓的幅度。２）再將實(shí)驗(yàn)電路改接成負(fù)反饋放大器形式，增大輸入信號(hào)幅度，使輸出電壓幅度的大小與（１）相同，比較有負(fù)反饋時(shí)，輸出波形的變化。1.3負(fù)反饋放大電路5.實(shí)驗(yàn)總結(jié)１）將基本放大器和負(fù)反饋放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)的實(shí)測(cè)值和理論估算值列表進(jìn)行比較。２）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)電壓串聯(lián)負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。３）如果輸入信號(hào)存在失真，能否用負(fù)反饋加以改善？４）怎樣判斷放大器是否存在自激振蕩？如何進(jìn)行消振？1.4射極跟隨電路１.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保┱莆丈錁O跟隨器的特性及測(cè)試方法。２）進(jìn)一步學(xué)習(xí)放大器各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試方法。２.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實(shí)驗(yàn)箱。３）信號(hào)發(fā)生器。４）萬(wàn)用表。５）直流電源。1.4射極跟隨電路３.實(shí)驗(yàn)原理射極跟隨器的原理如圖1-12所示。它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，它具有輸入電阻高，輸出電阻低，電壓放大倍數(shù)接近于１，輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化以及輸入、輸出信號(hào)同相等特點(diǎn)。（１）輸入電阻Ｒｉ的計(jì)算由圖1-12所示電路可知如果考慮偏置電阻ＲＢ和負(fù)載ＲＬ的影響，則輸入電阻的測(cè)試方法同單管放大器一樣，實(shí)驗(yàn)電路如圖1-12所示。因此，射極跟隨器的輸入電阻Ｒｉ為即只要測(cè)得Ａ、Ｂ兩點(diǎn)的對(duì)地電位即可計(jì)算出Ｒｉ。1.4射極跟隨電路（２）輸出電阻Ｒｏ的計(jì)算由圖1-13所示電路可知若考慮信號(hào)源內(nèi)阻ＲＳ，則輸出電阻Ｒｏ的測(cè)試方法也與單管放大器一樣，即先測(cè)出空載輸出電壓Ｕｏ，再測(cè)接入負(fù)載ＲＬ后的輸出電壓ＵＬ，根據(jù)即可求出輸出電阻Ｒｏ的值，即1.4射極跟隨電路（３）電壓放大倍數(shù)Ａｕ的計(jì)算由圖1-13所示電路可知，Ａｕ值為（４）電壓跟隨器峰峰值ＵＯＰＰ的計(jì)算電壓跟隨范圍是指射極跟隨器輸出電壓ｕｏ跟隨輸入電壓ｕｉ做線性變化的區(qū)域。1.4射極跟隨電路４.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按圖1-13所示組接電路，并調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，測(cè)量Ａｕ、Ｒｏ、Ｒｉ，繪制跟隨特性和頻率特性曲線。（１）靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整接通±１２Ｖ直流電源，在Ｂ點(diǎn)加入ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號(hào)ｕｉ，輸出端用示波器監(jiān)視輸出波形，反復(fù)調(diào)整Ｒｗ及信號(hào)源的輸出幅度，使在示波器的屏幕上得到一個(gè)最大不失真的輸出波形，然后置ｕｉ＝０Ｖ，用直流電壓表測(cè)量晶體管各電極對(duì)地電位，將測(cè)得數(shù)據(jù)記入表1-15中。（２）測(cè)量電壓放大倍數(shù)Ａｕ接入負(fù)載ＲＬ＝１ｋΩ，在Ｂ點(diǎn)加ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號(hào)ｕｉ，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅度，用示波器觀察輸出波形ｕｏ，在輸出最大不失真波形的情況下，用交流毫伏表測(cè)ｕｉＵＬ值，并記入表1-16中。1.4射極跟隨電路（３）測(cè)量輸出電阻Ｒｏ接上負(fù)載電阻（ＲＬ＝１ｋΩ），在Ｂ點(diǎn)加ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號(hào)ｕｉ，用示波器監(jiān)視輸出波形，測(cè)空載輸出電壓ｕｏ及有負(fù)載時(shí)輸出電壓ＵＬ，并記入表1-16中。（４）測(cè)量輸入電阻Ｒｉ在Ａ點(diǎn)加ｆ＝１ｋＨｚ的正弦信號(hào)ｕＳ，用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表分別測(cè)出Ａ、Ｂ點(diǎn)對(duì)地的電位ｕＳ、ｕｉ，并記入表1-18中。1.4射極跟隨電路（５）測(cè)試跟隨特性接入負(fù)載ＲＬ＝１ｋΩ，在Ｂ點(diǎn)加入ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號(hào)ｕｉ，逐漸增大信號(hào)ｕｉ的幅值，用示波器監(jiān)視輸出波形直至輸出波形達(dá)最大且不失真，測(cè)量對(duì)應(yīng)的ｕＬ值，并記入表1-19中。（６）測(cè)試頻率響應(yīng)特性保持輸入信號(hào)ｕｉ幅值不變，改變信號(hào)源頻率，用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表測(cè)量不同頻率下的輸出電壓ｕＬ值，記入表1-20中。5.實(shí)驗(yàn)總結(jié)１）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將測(cè)量數(shù)據(jù)Ａｕ、Ｒｏ、Ｒｉ與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，并分析誤差原因。２）分析射極跟隨器的性能和特點(diǎn)。1.5差動(dòng)放大電路１.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保┘由顚?duì)差動(dòng)放大器性能及特點(diǎn)的理解。２）學(xué)習(xí)差動(dòng)放大器主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。２.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實(shí)驗(yàn)箱。３）信號(hào)發(fā)生器。４）萬(wàn)用表。５）直流電源。1.5差動(dòng)放大電路３.實(shí)驗(yàn)原理圖1-15是差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)電路。它由兩個(gè)參數(shù)相同的基本共射極放大電路組成。當(dāng)開(kāi)關(guān)Ｓ撥向左邊時(shí)，構(gòu)成典型的差動(dòng)放大器。1.5差動(dòng)放大電路當(dāng)開(kāi)關(guān)Ｓ撥向右邊時(shí)，構(gòu)成具有恒流源的差動(dòng)放大器。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻ＲＥ，可以進(jìn)一步提高差動(dòng)放大器抑制共模信號(hào)的能力。（１）靜態(tài)工作點(diǎn)的估算１）典型電路中：２）恒流源電路中：1.5差動(dòng)放大電路（２）差模電壓