单管放大电路试验报告

1、单管放大电路一. 实验目的1. 掌握放大电路直流工作点的调整与测疑方法：2. 掌握放大电路主要性能指标的测量方法；3. 了解直流工作点对放大电路动态特性的影响:4. 掌握射极负反馈电阻对放大电路特性的影响:5. 了解射极跟随器的基本特性。二、实验电路实验电路如图2所示。图中可变电阻Rw是为调节晶体笛静态工作点而设置的。Bl1+ /?TC 37?3.1 O 2 金20雄lk IDF G- uB25k cllofT+ % -ImUF&lkQUF 占0110壬 GI47图2.1单管共发射极放大电路三、实验原理1 静态工作点的估算将基极偏宜电路尺孙和用戴维南左理等效成电压源。开路电压3汽汁KB

2、 + KB2RB=RBi/RB2图22畝大电路的直流通路盹_心+(0 + 1)(阳+孤)/=卩 1BQCEQ a CC （R（r + Rei + Re2）Icq可见，静态工作点与电路元件参数及晶体管B均有关。在实际工作中，一般是通过改变上偏置电阻RB1 （调肖电位器RW）来调节静态工作点 的。RW训大,工作点降低（ICQ减小），RW调小，工作点升髙（ICQ增加）。一般为方便起见，通过间接方法测虽先测, Lq"eq=Ve/（Rei+Re2）。2放大电路的电压增益与输入、输出电阻式中晶体管的输入电阻 rbc = rbb，+ （0+1） UTEQUrb$+（B+1） X 26/Zcq （室

3、温）。3 放大电路电压增益的幅频特性放大电路一般含有电抗元件，使得电路对不同频率的信号具有不同的放大能力，即电压 增益是频率的函数。电压增益的大小与频率的函数关系即是幅频特性。一般用逐点法进行测 量。测量时要保持输入信号幅度不变，改变信号的频率，逐点测量不同频率点的电压增益, 以各点数据描绘岀特性曲线。由曲线确左出放大电路的上、下限截止频率力、./1和频带宽度需要注意，测量放大电路的动态指标必须在输岀波形不失真的条件下进行，因此输入信 号不能太大，一般应使用示波器监视输出电压波形。三、预习计算 1.当Icq = 1mA时由实验原理知计算结果如下:B + 1Ieq =: Icq = 1mAP1】

4、bq =】cq = 4878|1ApUcq = Vcc 】cq x Rc = 8.7VUCEQ = Ucq - Ueq = 8.7 一 1.2 = 7.5V26=6006kQUgQ =】eq x Rg = 1 x 1.2 = 1.2Vfbe = rbb/ + （1 + 卩）' = 650 + 206 X Ubq = Ueq + 0.7 = 1.9V比c 一 Ubq _UbqRw + Rbi = BQ4.0 6kO可以解出Rw = 4078kQ由此可以计算出该放大电路的输入电阻Ri = (Rw + Rbi) II Rb2 II rbe输出电阻为R°$Rc = 33kQ电圧增益A

5、u =甞ui詈j392.当Icq = 2mA时由实验原理知计算结果如下:B + 1Ieq =: Icq = 2 mAp1I bq = Icq = 97 6pAPUcq = Vcc 】cq x Rc = 5.4VUeq =】eq x Re = 2 x 1.2 = 2.4VUceq = Ucq-Ueq = 54-24 = 3Vi*be = bb，+ (1 + 卩)= 650 + 206 x = 3.328kQUBQ = UEQ + 0.7 = 3.1V利用回路的分圧特性Ubq aRw + Rbi +Rb2CC可以解得Rw=5.12kO由此可以计算出该放大电路的输入电阻Ri = (Rw + Rbi)

6、 II Rb2 II rbe = 2.5kO输出电阻为R°$Rc = 33kQ电圧增益几=字=一，(RcIIRl)= -123.45rbe3当Q与心2并联时ICQ = 1mA时，可知Rw = 40.78kH仍然成立，而此时:= -8.70(Rc jj Rl)Fbe +(0 + l)RElRi = (Rw + Rbi) II Rb2 II (rbe + (P + 1>ei) = 9.91 kQRo $ Rc = 3.3kO四. 仿真结果搭建电路如下:XSC1VCC12VC282yRF9011LRc3.3kQHI- 10pFJKW 38.9k£lR 360kQRb2 15

7、.0k£lR 2 R 1Rl5.1kQ1静态工作点的调整用参数扫描找到静态时使Icq = 1mA的电阻 = 38.9kO同时测得：UCQ = 8.7V UEQ = 1.2V Uceq = UCQ 一 UEQ = 7.5V 如下:用参数扫描找到静态时使Icq = 2mA的电阻Rw = 383kQ如下图:同时测得：UCQ = 5.4V UEQ = 2.5V Uceq = UCQ - UEQ = 3V 如下:总结数据如下:】CQRw/knUcq"Ueq/UUceq/V1mA38.98.69451.20777.48692mA3.835.4002.4122.9877乙工作点对放大电路

8、动态特性的影响当Icq = 1mA时，电路如下:示波器显示如下:故放大倍数人“=480.5097.069=-68.0测量输入电阻时电路如下:示波器显示如下:Jts-xsci保存时间通道通遁9.253 ms5.S81mV7.070 mV10.253 ms5.S81mV7.070 m'/1.000 ns-27.753 nV0.000 V时基通道A通倉B触发标度：200 usQv刻度!5 m7Div刻度：5MD"边召F弋A B ExtX紗位移（格）：o丫轴位移（格“ |oY轴立移（格）：0水平：o: VW 添加 B/A A/B盍0亘流交流o宣旅单次正常自动无故& =558丄

9、7.070-5.581=3.75 kO测疑输出电阻。当负载电阻接入时电路如下:示波器显示如下:当负载电阻不接入时.电路如下:El! Tr»5mVrms1kHzEi! Tr»A11-10pFVx 5mVrms 、）1kHz10pFxRb2>15.0kQRb215.0kQIRF9011L-IRF9011L-Re1 200QRe1200QRe21kQRe21kQCe±47pFCe±47yF示波器显示如下:故输出电阻心=（器一 1）心=（益II - 1） * 5.1 kD = 3.114 kQ 当Icq = 2mA时，电路如下：XSC12RF9011fRb

10、2 15.0kQRe21kQC25mVrms 、11kHz示波器显示如下:lRw >38300IRc12V3.3kQ36.0kQRe1 200QRl ：5.1kD故放大倍数=884.2767.070=-125.1测量输入电阻时电路如下:XSC1vcc示波器显示如下:4.7937.068-4.793=2.11 kO测虽输出电阻。当负载电阻接入时电路如下:YCCXSC1HH10MFV23830QRC：3.3kQ12V36.0KQQIC2#10UFIRF9011L*Re21KQRG1 20OQRb2：J5.XQCeRl ：5.1KQ示波器结果如下:当负载电阻不接入时，电路如下:XSC16VCC

11、示波器显示如下:故输出电阻心=（器一 1）/?乙=（赛一 1） * 5.1 kQ= 2.935 kn综上结果如下（表中电压均为最大值）:电压增益输入电阻输出电阻1CQUj/mVU0/mVAuUji/mVUi2/mVRi/kOUoi/mVU°2/mVR0/kn1mA7.069480.509-68.05.5917.0703.75774.155490.6423.1142 mA7.070884.276-125.14.7937.0682.114.7937.0682.113幅频特性由隔直电容比较小，此处近似认为输入电压的幅值变化不大，仿真输出曲线与数 据见附图，整理如下：Icq = 1mA时的幅

12、频特性曲线Icq = 2mA时的幅频特性曲线数据统讣如下表:IcqAuAu/V2fL/Hzfh/HzBW/Hz1mA-73.3 51.83130.181.181.12 mA-138.05-97.60248.0172.8872.88五、实验内容与数据记录1利用学习机上的晶体管输出特性测出三极管的放大倍数2.调节Rw，使Icq = 1mA、2mA、%EQ的值。】CQRw/knUceq/V1mA43.47.472mA5.362.913.Icq = 1mA. 2mA情况下，测量放大电路的动态特性（电压增益、输入电阻、出电阻）和幅频特性。动态特性（电圧均为有效值）:电压增益输入电阻输出电阻】CQUj/m

13、VU0/mVAuUji/mVUi2/mVRi/kOUoi/mVUp/mVRo/kn1mA5341-68.24.1054.565553403.232mA51582-116.43.752.859405793.18幅频特性:】cqAuAu/V2f/Hzfh/MHzBW/Hz1mA-6848.08146.13.333.33M2 mA 124.4-87.9629632.2472.247MIcq理论计 算仿真结果实验数据仿真与理论 误差实验与理 论误差实验与仿 真误差Rw/kQ1mA40.838.943.44.657%-11.568%11.568%2 mA5.123.835.3625.195%-39.94

14、8%39.948%Uceq/V1mA7.57.48697.470.175%0.226%-0.226%2 mA32.98772.910.410%2.601%-2.601%Au1mA-68.39-68.0-68.20.570%-0.294%0.294%2 mA-123.4-125.1-116.4-1.378%6.954%-6.954%Ri/kQ1mA4.063.754.567.635%-21.600%21.600%2 mA2.552.112.8517.255%-35.071%35.071%Ro/k1mA3.33.1143.235.636%-3.725%3.725%Q2 mA3.32.9353.18

15、11.061%-8.348%8.348%fl/Hz1mA130.1146.112.298%2 mA248.01296.319.471%fh/Hz1mA81.1M3.33M-95.894%2mA72.88M2.247M-96.917%4 数据汇总与误差分析山表格可以看岀：1. 理论汁算、仿真数据与实验数据较为接近，部分数据与理论值相差较大，主要是理论 值对于晶体管设定为理想，与实际元件有所差别。2. 比较仿貞与实际实验的频率响应可以看到下限截I上频率可比，而上限截止频率差别较 大，这应该与两个因素有关：第一，实验中所使用的晶体管不够理想，级间电容与仿真软件 中元件差别较大；第二，实验中使用实际示

16、波器，而仿真中采用的是理想示波器，示波器的 电容对于上限截I匕频率造成影响。但是静态电流增加时，上限截止频率变小，下限截止频率增加，频带变窄的特性仍然不 变。3. 整体上看来，理论讣算和仿真实验可以在一左范用符合实际情况，指导实际实验。【分析实验误差产生的原因】：1实验仪器的误差实际试验的示波器并不理想，有内阻也有电容，测上限截止频率时，会受到示波器中电 容等内部元件的影响，并且由于示波器分辨率的问题导致数据不准确；此外频率信号发生器 也会给电路带来影响：用数字万用表测电阻以及静态工作点时，也会带入仪器误差。2. 实验元器件的误差由于实际晶体管与理想晶体管有一左差别，其工作区的线性程度也不能完

17、全得到保证, 因此导致一怎误差。3. Rw的理论值偏差较大分析若考虑射极电阻的影响，Rw的实测值和仿真值都很准确。测量fH时，即使探头使用U0档，所测结果与实际仍有很大差距。示波器输入 电容降低了原电路的上限截止频率。1.若将图2.1所示放大电路的直流工作点调至最佳状态（即当输入信号幅度增大时，输 出波形同时出现饱和与截止失真），列表说明Rc，Rl各参量的单独变化（增大或减少）对输 出信号动态范围有何影响。如果输入信号幅度增大，在上述各种情况下输出信号波形首先 将产生什么性质的失真？答：列表如下所示:变化输岀动态范围的影响首先失真Rc增大增大饱和失真减小减小截止失真Rl增大增大饱和失真减小减小

18、截止失真2能否用数字万用表测量图2.1所示放大电路的壊益及幅频特性，为什么？答：不能用数字万用表测量幅频特性。万用表的匸作频率范围较小，不能完全满足 测量要求。使用万用表可以在一定范围内测量增益。但是因为无法估计万用表内部电容 对于所测增益点的频率响应，并不能保证万用表测量值的准确性。（即通频带较窄，不 易找到合适的测量点）。并it使用数字万用表时测出的是电圧的有效值，但因无法观察 到波形，故无法判断波形是否失真，失真时算出的电压增益没有意义。示波器可以克服以上问题，还可以保证较高精度，同时能显示相位差等相关特性, 更实用方便。3、测量放大电路输入电阻时，若串联电阻的阻值比其输入电阻大得多或小得多， 对测最结果会有什么影响？答：若电压表测量误差为+/-0.1,则当串联电阻的阻值比其输入电阻大得多或小得 多时，必有一处电压值会过小，电压测量的相对误差0.1/U就会很大，造成所得输入电 阻的相对误差增大。5、一般是改变上偏置电阻Rbl来调节工作点，为什么？改变Rb2或Rc可以吗？为什 么？答：Vbb=Vcc*Rb2/ (Rb