实验5：甘老师单级放大电路的研究2013版

1、模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究 RPRP,ICQ的大小。的大小。11置置1置置2置置ONRL 置置OFFRL.。模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究6V6VViVo模拟电路单元及系统实验模拟电路单

2、元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究一、静态工作点一、静态工作点I ICQCQ和和V VCEQCEQ的测量。的测量。 1、测量放大电路的、测量放大电路的静态工作点静态工作点，应在，应在输入信号输入信号Vi=0的情况下进行，即在放大电路的输入端不的情况下进行，即在放大电路的输入端不加交流信号。加交流信号。 2、测量三极管静态电压、测量三极管静态电压VCEQ，可采用直接测量法或间接测量法；测量静态集电极电流，可采用直接测量法或间接测量法；测量静态集电极电流ICQ，为，为了避免断开集电极，一般采用间接测量法，即了避免断开集电极，一般采用间接测量法，即先测出先测出Rc上的压降

3、，然后由上的压降，然后由Rc的标称值算出的标称值算出ICQ（VRC/RC），），或用万用表测出发射极电阻或用万用表测出发射极电阻Re两端的电压两端的电压VRe=VEQ，然后由算出，然后由算出ICQ。此法简便，是。此法简便，是测量中常用的方法。为了减小测量误差应选用内阻较高的万用表。测量中常用的方法。为了减小测量误差应选用内阻较高的万用表。6VVRCCEVRCRcRPICQVCEQ3k最大最大最小最小二、二、RPRP最大还是最最大还是最小值。小值。RPICQVCEQ模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究RPRP调至最大或最小位置时调至最大或

4、最小位置时静态工作点静态工作点ICQ和和VCEQ的测量。的测量。 1.令令Vi=0即即断开信号发生断开信号发生器的连接器的连接ceVCEQ4.测测 RC上上的电压求的电压求ICQVRC6V具体操作方法具体操作方法 3.用万用表接用万用表接三极管三极管C、E两两极测极测VCEQ2.2.RP 旋旋到最大或到最大或最小最小RcRPICQVCEQ3k最大最大最小最小最大（约等于电源电压，约最大（约等于电源电压，约5.3V）最小最小最大最大最小最小不连接不连接模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究RPRP调至最大、最小位置时调至最大、最小位置时Vi

5、 和和Vo波形的测量。波形的测量。Vi1. .接上接上信号发信号发生器生器Vo6V或RP调至最大时上削波调至最大时上削波RP调至最小时下削波调至最小时下削波RcRPICQVCEQViVo波形波形3k最大最大最小最小最大最大4060mv最小最小最大最大最小最小20mv2. . 通过数通过数字旋钮，逐字旋钮，逐渐增大渐增大Vi4. 用毫用毫伏表测伏表测出出V i的的值。值。3. . 直至输直至输出波形出现出波形出现上或下削波上或下削波模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究注意：注意：输出波形会出现上半波大输出波形会出现上半波大,下半波小的不对

6、称现象下半波小的不对称现象,这是由于晶体管的非线性失真引起的。为了这是由于晶体管的非线性失真引起的。为了便于观察波形的上下削波情况而忽略其非线性失真，便于观察波形的上下削波情况而忽略其非线性失真，建议调节示波器的建议调节示波器的T/DIV旋钮，使其波形宽旋钮，使其波形宽度调节为合适宽度，高度调至示波器荧光屏的格。度调节为合适宽度，高度调至示波器荧光屏的格。圆顶圆顶合适宽度合适宽度非线性失真非线性失真宽度太大宽度太大合适宽度合适宽度宽度太大宽度太大模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究2.使输出波形使输出波形出现削波出现削波1.1.逐渐逐渐

7、增大增大ViRP调至最大位置时对输出波形影响的调整。调至最大位置时对输出波形影响的调整。（用幻灯片放映观看）（用幻灯片放映观看）模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究ViVo6V具体操作步骤具体操作步骤3. .微调微调Rp5.重复步骤重复步骤36. .直至直至输出波形输出波形7. . 逐渐减逐渐减小小Vi，直至直至输出波形不输出波形不削波削波,此时此时为为9. 再断开再断开V i，测，测出静态工作出静态工作点（方法在下点（方法在下一页）一页）或2. . 直至直至输出波形输出波形出现上或出现上或下削波下削波4. . 直至直至输出波形输出波形

8、不削波不削波1. .接上信号接上信号发生器发生器,通过通过数字旋钮数字旋钮逐逐渐增大渐增大Vi8. 测出测出V i和和VOPP的值。的值。模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究5.5.波形波形波形波形2.使输出波形出现削波使输出波形出现削波1.1.逐渐逐渐增大增大Vi3.调节调节RP使削波消失使削波消失4.重复操作重复操作1.2.35.错错误误调调法法（用幻灯片放映观看）（用幻灯片放映观看）模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究工作点工作点“过高过高”或或“过低过低”不是绝对的，是不

9、是绝对的，是相对信号的幅度而言相对信号的幅度而言，即使，即使工工作点作点“过高过高”或或“过低过低” ，也不一定会出现失真确切地说，产生波形失真，也不一定会出现失真确切地说，产生波形失真是信号和静是信号和静态工作点态工作点Q设置不当引起的设置不当引起的。例：1mA0.5mA0.3mAICQ（增大）（增大）Vo波形波形50mvVi（一定）（一定）0.5mAICQ（一定一定）Vo波形波形100mv80mv50mvVi（增大增大）ICQ增大输出增大输出波形由失真变不失真。波形由失真变不失真。ICQ增大输出增大输出波形由不失真变失真。波形由不失真变失真。模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验

10、四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究表表4-2ICQ=0.5mA 表表4-3中中VOL的测量值是否合理的测量值是否合理,应通过理论计算来验证。应通过理论计算来验证。 注：三极管注：三极管取取150，rbb取取300欧姆。欧姆。 当测量值与理论值不相符时，要及时检查电路是否有故障，当测量值与理论值不相符时，要及时检查电路是否有故障，连接线、输入电压和测量方法是否正确。连接线、输入电压和测量方法是否正确。1、电压增益、电压增益2、输入电阻、输入电阻3、输出电阻、输出电阻V Vs s (mV) (mV)V Vi i (mV) (mV) V Vo o (mV) (mV) V VoLoL (m

11、V) (mV)A Av vA AvsvsR Ri iR Ro o测测 试试 值值 1115 10 300350测试计算公式测试计算公式 理论计算值理论计算值 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究二、测量电路的放大倍数二、测量电路的放大倍数电压增益电压增益Av定义为输出电压定义为输出电压Vo与输入电压与输入电压Vi的比值，即的比值，即 oviVAV因此，测量电压增益实质就是放大电路因此，测量电压增益实质就是放大电路不失真输出电压不失真输出电压Vo和此时的输入电压和此时的输入电压Vi的的测量。测量。注意：注意： 输入信号幅度不能过大，以免造

12、成输出信号失真，因此，被测电路的输出端应接示波输入信号幅度不能过大，以免造成输出信号失真，因此，被测电路的输出端应接示波器监视输出波形。器监视输出波形。 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究ce6V具体操作方法具体操作方法测量电路的放大倍数测量电路的放大倍数ICQ2、调整实验、调整实验板上的电位板上的电位器器RP，使，使VRC的电压为的电压为1.5ViCQ3、2置置ONRL 置置OFFRL。4. 用毫伏表用毫伏表测出测出V O 和和V OL的值。的值。 1、接上信号接上信号发生器发生器, i=10=模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系

13、统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究二、测量电路的输入电阻二、测量电路的输入电阻siisvviRiisiisivvRRivv 采用串联电阻法采用串联电阻法 串联电阻法又称串联电阻法又称电阻取样法电阻取样法，是一种最常用的测量方法，其基本思路就是从定义出，是一种最常用的测量方法，其基本思路就是从定义出发，分别测出发，分别测出vi和和ii，求取，求取Ri。ii的测量通常采用电阻间接法。先的测量通常采用电阻间接法。先在被测放大电路与信号源之在被测放大电路与信号源之间串入一个已知的标准电阻间串入一个已知的标准电阻RS，然后输入交流电压，分别测出然后输入交流电压，分别测出vS和和vi

14、。测试原理电路如图。测试原理电路如图2-2-1所示。所示。根据输入电阻的定义可得 放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻Ri是指是指从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻，即从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻，即iiiVRI从公式可知：主要公式可知：主要是测量是测量vi和和vs能否用毫伏表直接测量能否用毫伏表直接测量RS两端的电压？两端的电压？模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究ViVs=10mV=?模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究三、测量电路的输出电阻三、测量电路的输出电

15、阻LoLooLRvvRRooLoL(1)vRRv采用换算法采用换算法测试时，先测出不接负载时的输出电压测试时，先测出不接负载时的输出电压vo。然后接上负载。然后接上负载RL，再测出输出电压，再测出输出电压voL。根据根据 即可得出 放大电路的输出电阻放大电路的输出电阻Ro是指放大电路输入端对地交流短路时，从输出端看进去的等是指放大电路输入端对地交流短路时，从输出端看进去的等效内阻，也是个交流参量。放大电路的输出端可以等效成一个理想电压源效内阻，也是个交流参量。放大电路的输出端可以等效成一个理想电压源vo（开路电压）（开路电压）和输出电阻和输出电阻Ro相串联的电路，如图相串联的电路，如图2-3-

16、1所示。所示。Ro的测量方法常用的有换算法和半电压法的测量方法常用的有换算法和半电压法 从公式可知：主要公式可知：主要是测量是测量VO和和VOL模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究 f (Hz ) 不是不是 Av, 10307050100 101k01000k100k10k 20 50AV -（f ） 曲线曲线90模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究对数坐标的应用对数坐标的应用:绘制频率

17、特性曲线绘制频率特性曲线 在绘制频率特性曲线时在绘制频率特性曲线时,频率轴坐标若使用均匀刻度表示频率轴坐标若使用均匀刻度表示,而频率范围往往很而频率范围往往很宽宽,因此频率轴应采用对数坐标。频率轴引入因此频率轴应采用对数坐标。频率轴引入对数标尺刻度对数标尺刻度,它能使低频段展宽而它能使低频段展宽而高频段压缩高频段压缩,只有这样只有这样,才能在很宽的频率范围内将频率特性的特点清晰地反映出才能在很宽的频率范围内将频率特性的特点清晰地反映出来来,否则低频部分将被压缩否则低频部分将被压缩,难以将低频段内曲线细微的变化反映出来难以将低频段内曲线细微的变化反映出来,如下图所示。如下图所示。取对数标尺后取对

18、数标尺后,其刻度是对数的其刻度是对数的,并非等分的并非等分的,但它的整刻度但它的整刻度(log)是等分的是等分的。应当注应当注意，对数坐标是将坐标轴按对数规律进行刻度，意，对数坐标是将坐标轴按对数规律进行刻度，并不是对频率取对数并不是对频率取对数。所用坐标所用坐标系被称为半对数坐标系系被称为半对数坐标系(x轴为对数刻度轴为对数刻度,y轴为均匀刻度轴为均匀刻度)。模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究取取ICQ1=0.7mA,VCEQ1=2V取取ICQ2=1.2mA,VCEQ2=4V要求要求AV250，设计计算时可取，设计计算时可取AV=3

19、00，其中取，其中取T1级级AV1=12， T2级级AV2=25 P178-187模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究详细方法参详细方法参见本书见本书3.3.1 3.3.1 及及3.3.23.3.2节节模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:

20、单级放大电路的研究单级放大电路的研究 多级放大电路的级数主要根据对电路的电压增益（放大倍数）的要求来确定。多级放大电路的级数主要根据对电路的电压增益（放大倍数）的要求来确定。 放大电路的级数。放大电路的级数。 要考虑的因素主要包括：是小信号放大型还是大信号（功率）放大型；各级放大电路要考虑的因素主要包括：是小信号放大型还是大信号（功率）放大型；各级放大电路的组态及级间信号的耦合方式等。的组态及级间信号的耦合方式等。放大电路是小信号放大型；放大电路是小信号放大型；放大电路的组态；放大电路的组态；放大电路级间信号的耦合方式；放大电路级间信号的耦合方式； 设计指南设计指南模拟电路单元及系统实验模拟电

21、路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究 通常，分配给前级放大电路的电压增益低一些，后级放大电路电压增益高一些为宜，通常，分配给前级放大电路的电压增益低一些，后级放大电路电压增益高一些为宜，并要留有并要留有15%20%的余量。的余量。 要求要求AV250，设计计算时可取，设计计算时可取AV=300，其中取，其中取T1级级AV1=？，？， T2级级AV2=？ 半导体器件根据电路输出信号幅度、通频带、输入阻抗及电路的某些指标要求来选择。半导体器件根据电路输出信号幅度、通频带、输入阻抗及电路的某些指标要求来选择。 指标中，电路为小信号放大，对电路噪声没有特别要求，上限频率指

22、标中，电路为小信号放大，对电路噪声没有特别要求，上限频率fH=50kHz，要求，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取不高，故可选一般的小功率管。现选取NPN型管型管9013，测量其取，测量其取=150。im1imaxV125 2mV, ?,VVAom1V1im1=? VA V。im2om1V2 , ?VVAom2V2im2? VA V。动态范围估算：动态范围估算：T1级：级： T2级：级：设计指南设计指南模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究CEQVomCE(sat)VV可见，可见， T1级级VCEQ1可选小些，可选小些，T2级级VCE

23、Q2可选大些。可选大些。 T1级静态工作点确定：级静态工作点确定：ICQ1IQ1 IQ1 选定选定ICQ1和和CQ1的值的值VCEQ的选择的选择要考虑到电路在正常工作范围应使输出电压幅度要考虑到电路在正常工作范围应使输出电压幅度Vom足够大，同时在满足够大，同时在满足放大倍数的前提下，输出电压不应出现饱和失真，为此足放大倍数的前提下，输出电压不应出现饱和失真，为此,VCEQ应满足下列关系：应满足下列关系：ICQ取值取值 考虑考虑：ICQ设定主要根据设定主要根据 ICQICM+ICEQ ，由于小信号电压放大电路，由于小信号电压放大电路ICM 较小，较小，另从减少噪声及降低直流功率损耗出发，另从减

24、少噪声及降低直流功率损耗出发， T1、T2工作电流应选小些，并取前一级电流工作电流应选小些，并取前一级电流小于后一级电流。小于后一级电流。设计指南设计指南模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究T级静态工作点确定：级静态工作点确定：ICQ2 ICQ1 和和VCEQ2VCEQ1 选定选定ICQ和和CQ的值的值偏置电阻偏置电阻Rb1、Rb2值的选择值的选择 ， 由电源电压由电源电压VCC VBQ;由由I1=(510)IBQ 和和VBQRb2 和和Rb。射级电阻射级电阻Re的选择的选择 BQBEeCQVVRIRe 由由设计指南设计指南模拟电路单元

25、及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究集电极电阻集电极电阻Rc的选择的选择 集电极电阻集电极电阻Rc的选择的选择:一是要满足放大倍数要一是要满足放大倍数要求，二是不能产生饱和求，二是不能产生饱和失真。失真。 VLbeARr RC 由由CCCEQEQCCQVVVRIRC 设计指南设计指南模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究各电容值的选择各电容值的选择 耦合电容耦合电容C1和和C2的作用是隔直流耦合交流，对交流信号应是近似短路，所以耦合电的作用是隔直流耦合交流，对交流信号应是近似短路，所以耦合电容

26、的阻抗应远小于与之串联的电阻，旁路电容阻抗应远小于与之并联的等效电阻。容的阻抗应远小于与之串联的电阻，旁路电容阻抗应远小于与之并联的等效电阻。 E123CLHOfCCCfC由，由在本电路中，电容的耐压值应取实际工作电压的在本电路中，电容的耐压值应取实际工作电压的2倍以上倍以上设计指南设计指南模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究静态工作点的核算静态工作点的核算 T1级：级：b2CCBEQ1b1b2CQ1BQ1b1b2e1/(1)RVVRRIIRRR？CQ1CEQ1CCCQ1c1e1(1)=IVVIRR？与上述取值比较，是否符合设计要求。与

27、上述取值比较，是否符合设计要求。T级的核算级的核算 与与T1级相同。级相同。指标核算是指根据已设计的电路参数逐级进行理论计算，核算各项指标（静态工作指标核算是指根据已设计的电路参数逐级进行理论计算，核算各项指标（静态工作点、点、Av、Ri、Ro、f L、f H等等）是否满足设计要求，否则需要重新设计计算。）是否满足设计要求，否则需要重新设计计算。尤其是对静态及动态指标均有影响的电路参数，需要通过指标核算，确认其取值是尤其是对静态及动态指标均有影响的电路参数，需要通过指标核算，确认其取值是否合理。否合理。设计指南设计指南模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究

28、单级放大电路的研究指标核算指标核算 核算核算否则需要重新设计计算。否则需要重新设计计算。核算无误后，画出整机电路图，列出元器件清单表。核算无误后，画出整机电路图，列出元器件清单表。设计指南设计指南模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究凹槽，凹槽凹槽，凹槽上下不连通上下不连通电位器电位器电源接入插孔电源接入插孔电源输出接口电源输出接口电位器输出接口电位器输出接口信信号号输输入入接接口口信信号号输输出出接接口口第一块面包板第一块面包板第二块面包板第二块面包板 实验箱内电位器、实验箱内电位器、电源接入插孔、信号输入、电源接入插孔、信号输入、输出

29、接孔内部输出接孔内部互不连通互不连通，使用时使用时需用导线连需用导线连起来。起来。为了避免干扰，安装时为了避免干扰，安装时用用第一块面包板。第一块面包板。 提醒：提醒：电路的安装电路的安装每列有每列有5个个小孔且互小孔且互相连通，相连通，但每列之但每列之间的小孔间的小孔不连通。不连通。两行插孔，每两行插孔，每行插孔中的小行插孔中的小孔互相连接，孔互相连接，但两行绝缘，但两行绝缘，可作为电源线可作为电源线或地线使用。或地线使用。模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究电路的安装电路的安装模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四

30、:单级放大电路的研究单级放大电路的研究电路的安装电路的安装模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究2.2K11K+11K1K5.1K100510100510100K+6V-INGNDOUTGND10uF47uF10uF47uF3300PF模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究调试与测量调试与测量 把测量结果与设计任务中的指标要求对把测量结果与设计任务中的指标要求对照，看是否满足指标要求。照，看是否满足指标要求。实验前实验前,应先用数字万用表测量三极管的应先用数字万用表测量三极管的值，同

31、时判别三极管的好坏。值，同时判别三极管的好坏。模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验实验四实验四:单级放大电路的研究单级放大电路的研究故障分析故障分析直观检查法直观检查法 通过观察故障状态的具体现象，直接发现故障位置的检查方法。它是一通过观察故障状态的具体现象，直接发现故障位置的检查方法。它是一个综合性、经验性、实践性很强的检查方法，检查故障的原理很简单，实际运用过程个综合性、经验性、实践性很强的检查方法，检查故障的原理很简单，实际运用过程则不容易。则不容易。追踪信号踪迹的信号寻迹检查法追踪信号踪迹的信号寻迹检查法 利用信号寻迹器，查找信号流程踪迹来确定信号有利用信号寻迹器，查找信号流程踪迹来确定信号有还是没有，来确定故障位置的检查方法。实验室一般使用示波器作为寻迹器。还是没有，来确定故障位置的检查方法。实验室一般使用示波器作为寻迹器。检查法检查法方法如下；方法如下；故障现象故障现象判断故障级判断故障级 确定故障点