实验五：单级放大电路的研究

1、模拟电路单元及系统实验 华南理工大学 吕念玲 主编 甘伟明 刘凤军 参编及课件制作 机械工业出版社 出版本实验要掌握的知识点：掌握放大电路静态工作点（ICQ、VCEQ）的调整与测量方法；了解静态工作点的选择对输出波形的影响；掌握放大电路动态特性（ AV、Ri、Ro、通频带 ）的测量以及静态工作点对上述指标的影响； 共射极放大电路用于对小信号的放大处理，通过控制三极管的b极电流，从而改变c极电流的大小，得到与输入信号相位相反、幅度放大的输出信号。 值得注意的是：三极管的电流虽由输入信号控制，但电路消耗的总功率是由直流电源转化而来的。术语定义静态工作点静态工作点与截止失真、饱和失真的关系AV、Ri

2、、Ro、通频带实验电路板结构 第二级电路第二级电路RP调整电位器RP（即Rb1）,可改变ICQ。且RP变化方向与ICQ相反11置1:接通R1有vs-vi=v（1k）K1置:断开R1 有vs=vi2置ON： 置OFF：接通负载RL 断开负载RL测得vo L 测得vO隔直电容100电阻未接入隔直电容旁路电容，使1k射极电阻交流短路，降低Av，不影响静态工作点实验测量框图直流稳压电源函数发生器示波器单放实验板交流毫伏表交流输入交流输出注意：6V直流电源在整个实验过程中保持不变vsvo 6V（恒定）实验电路板与仪器连接图电 源信号发生器示波器毫伏表6V6VViVoVs 1.RP调至最大或最小位置时静态

3、工作点ICQ和VCEQ的测量。2.RP 旋到最大或最小 1.令Vi=0，即不接信号发生器ceVCEQ3.测 RC上的电压求ICQVRC6V如何判断RP顺时针还是逆时针调整是增大？具体操作方法表格一：静态工作点的测量。 4.用万用表接三极管C、E两极测VCEQ表格一：静态工作点改变对输出波形的影响 2.RP调至最大、最小位置时对输出波形影响的调整。ViVo6V2. 从10mVpp逐渐增大Vi具体操作步骤输出波形上半波大,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。为了便于观察，建议把示波器的T/DIV旋钮置于1ms位置，高度调至示波器荧光屏的格。5. 用示波器测出VOPP的值。或RP调

4、至最大时上削波RP调至最小时上削波4. 用毫伏表测出Vi的值。3. 直至输出波形刚出现上或下削波6V固定不变1.送出1kHz正弦波表格二：用实验手段和理论方法计算Av 、 Ri 、 Ro并观察静态工作点对上述指标的影响1.按要求设置相应的ICQ，定下了静态工作点再接入动态信号；2.表格二的实验中，始终将开关K1置“1”（即串入R1），调整vs使vi处的信号为f=1kHz，Vi=10mV（有效值）的正弦信号（注意，此时VS-Vi=V(1k)）；3.保持Vi=10mV（有效值），用毫伏表分别测量Vs、Vo和VoL的值；4.利用课本P5的串联电阻法以及P6的换算法计算出Av 、 Ri 、 Ro的实验

5、值；5.使用P72的公式4-44-8，计算出Av 、 Ri 、 Ro的理论值并与步骤4中的比较。提示：(1) 计算时，三极管取150，rbb取300欧姆。 (2) ICQ=0.5mA的VO的测量值一般在500mV600mV之间, VOL的测量值一般在 300mV400mV之间。 (3)当测量值与理论值不相符时，要及时检查电路是否有故障，如：电路是否实 现放大作用、连接线极性是否正确、测量仪器出错还是信号传输过程出错、 测量方法和仪器选择是否正确。具体操作步骤1.开关K1往上打（即串入R1）2.毫伏表CH1通道接源信号 端（VS）ViVs3.毫伏表CH2通道接电阻Rb1两端（Vi）4. 调整信号

6、发生器输出电压5.使Vi=10mV（有效值）6.则CH1通道的读数为Vs表格二：用实验手段和理论方法计算Av 、 Ri 、 Ro并观察静态工作点对上述指标的影响表格三：幅频特性曲线的描绘 f (Hz)Av 因信号采样频率范围较宽，作图时，采用频率的对数值(Lgf )为横坐标与Av为纵坐标并描点所得, 横坐标只是用对数间隔标注，坐标标记仍是频率f ,而不是用频率的对数(Lgf )表示。注意: 必须用方格纸画图10307050100 101k01000k100k10k 20 50AV -（f ） 曲线90频率特性：放大电路对不同频率的正弦信号的稳态响应放大电路的频率特性可用电压增益Av对信号频率的

7、关系式表示，如下图：表格三：幅频特性曲线和通频带的测量 f (Hz) 20 50 100 200 500 1k2kVOL(mv) f (Hz) 5k 10k 20k 50k 100k150k200kVOL(mv)1.将开关K1置“2”（即不接入R1），而K2置“ON”（接入负载）。2.令ICQ=0.5mA3.使输入信号为f=1kHz，10mV（有效值）的正弦波，4.按照2-5-10的变化规律逐渐改变频率，测出不同频率点下的VoL值。注意当f 改变时，保持 Vi 不变。对数坐标的应用:绘制频率特性曲线 在绘制频率特性曲线时,频率轴坐标若使用均匀刻度表示,而频率范围往往很宽,因此频率轴应采用对数坐

8、标。频率轴引入对数标尺刻度,它能使低频段展宽而高频段压缩,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来,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,如下图所示。取对数标尺后,其刻度是对数的,并非等分的,但它的整刻度(log)是等分的。应当注意,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。所用坐标系被称为半对数坐标系(x轴为对数刻度,y轴为均匀刻度)。 对横坐标的取值取对数，得： Lg20=1. 3, Lg50=1.69，Lg100=2.0 Lg200=2.3 ，Lg500=2.69 其结果几乎以等间隔分布，因此，横坐标用对数标注显得更为方便，如图

9、：静态工作点：保持接通直流电源，输入信号为零（输入端悬空）的条件下， ICQ、 VCEQ和VBEQ的值，即直流环境下的三极管电流电压值。静态工作点的意义： 1.与放大电路直流功耗有关； 2. ICQ的选择直接影响以下参数的数值： AV、r、Ri 3.ICQ与Q点的位置相关，Q点位置可用于判断输出波形的失真类型（截止或饱和）ICQ=VRC/RCICQVBQVCEQ静态工作点的设置 调整Rb1可改变ICQ的大小，从而改变VCEQ的大小静态工作点的测量：1.VCEQ和VBEQ用数字 万用表直接测量2.ICQ用间接法测量， ICQ=VRC/RCBACK静态工作点对动态范围的影响 为了使放大电路不失真地

10、放大信号,静态工作点设置要合适，Q点应设置在交流负载线的中间附近,如图所示的Q1点。静态工作点Q选择过高或过低,都会出现失真: （1）截止失真是由于静态工作点的电流取得太小而引起的,此时集电极电压很大。如图中Q2点所示。 （2）饱和失真是由于静态工作点电流取得太大而引起的，此时集电极电压很小。如图中Q3点所示。 用示波器观测输出电压的截止失真和饱和失真的波形，对NPN型管来说，前者为vo的正半周失真，后者为vo的负半周失真。Q点对输出波形的影响输出交流信号vo是叠加在静态电压VCEQ之上，随着vi的增大，vo进入削波状态VCE1ICQ1BACKAV、Ri、Ro、通频带的定义AV：电路放大倍数，

11、通过测量VOL、Vi由VOL/Vi算出通频带：放大电路对处于该频率范围内的输入信 号放大倍数基本一致。 10307050100 101k0100k10k900.707AvAvfL fHAv最大值的0.707倍，对应的两个频率点fh、fl分别为通频带的上限、下限截止频率通频带的意义： 频带越宽，则放大电路对不同频率的信号适应能力越强 频带越窄，则放大电路对频带中心频率的选择能力越强Ri：电路输入电阻，电路输入端与地之间的等效 电阻；理论计算值：Ri=Rb1/Rb2/rbe实验测量： 对照图一、二可得，图一中R1与图二的Rs对应，图二中Ri则为图一放大电路vi端与地之间往右的等效输入电阻。 实则R

12、s与Ri为串联关系，共同对信号发生器输出电压Vs进行分压，利用下式可算得Ri的大小。图一图二 Ri/Rs=vi/（vs-vi）, vi、vs均用毫伏表测量输入电阻的意义： 输入电阻越大，则驱动放大电路所需的电流越小，且放大电路的输入电压Vi越接近信号源电压VsRiRO：电路输出电阻，电路输出端与地之间往左看 的等效电阻；理论计算值：Ro=Rc实验测量： 对照图一、二可得，图一中RL与图二的RL对应，图二中Ro则为图一放大电路vo端与地之间往左的等效输出电阻。 实则RL与Ro为串联关系，共同对放大电路输出电压Vs进行分压，利用下式可算得Ro的大小。 图一图二其中，Vo与VoL用毫伏表测量输出电阻的意义： Ro越大，则RL的全范围变化对输出电流的影响较小，即稳定输出电流能力越强 Ro越小，则RL的全范围变化对输出电压的影响较小，即稳定输出电压能力越强BACKRo实验原理图实验电路图名词说明ICQ=VRC/RCvs ：信号源电压（s=source）vi ：放大电路输入电压Vo ：放大电路空载时输出电压voL ：放大电路有载输出电压(L=load)ICQVBQVCEQICQ用间接测量法测量VCEQ直接测量即可测量仪器：数字万用表计算公式静态：VBQ=VCCRb2/(Rb1+Rb2)IEQ=(VBQ-VBEQ)/