東南大學信息學院-模電實驗三

1、實驗三晶體放大器分析與設計實驗目的：1、熟悉仿真軟件 Multisim的使用，掌握基于 Multisim的瞬態(tài)仿真方法;2、熟悉POCKET LAB硬件實驗平臺，掌握基本功能的使用方法；3、通過軟件仿真和硬件實驗驗證，掌握晶體三極管放大器的分析和設計方法；4、通過軟件仿真和硬件實驗驗證，掌握場效應管放大器的分析和設計方法。實驗預習:在圖3-1所示電路中，雙極型晶體管2N3904的3 120, VBE(on)=0.7V o根據(jù)實驗二中的直流工作點，計算該單級放大器的電壓增益AV,填入表3-1CC1, CC2和CE1均可視為短路電容, , , , )&£見工, , , , ,圖3

2、-1.晶體三極管靜態(tài)工作點分析電路解：根據(jù)實驗二的直流工作點分析：Icq 0.41mA;忽略rbb,和rce的作用，在小信號等效電路中，滿足RRR2rbb,%,e (1)Rei9.4k設R'為R2兩端向三極管看進去的等效電阻,R 晨（1混131.81kIoii0.17Rc1R / R2Rs% R/&Ri,R8A A 8 18.09R實驗內(nèi)容:一、晶體三極管放大器仿真實驗1、根據(jù)圖3-1所示電路，在 Multisim中搭建晶體三極管 2N3904單級放大電路。加入峰峰值二50mV ,頻率=10kHz的正弦波。仿真設置：Simulate-Run。結(jié)果查看：采用Agilent示波器X

3、SC1 ,查看輸入、輸出兩路波形。雙擊該器件，出現(xiàn)示波器界面。調(diào)整2個通道的顯示方式，將它們的波形顯示出來，并采用測量工具，測試輸入、輸出波形的峰峰值，計算得到電壓增益AV,填入表格3-1。解:蚓 lens Q3cilloiicopc"M5ClAgitent o&rilloKcp«*XSC 117.73Vo 886.33mV因此可得：AV -Vi50mV表3-1 :晶體三極管放大器增益計算值仿真值實測值放大器增益AV猿eY2、變輸入信號幅度峰峰值，取 Vinpp=100mV , Vinpp=200mV , Vinpp=300mV ,重新進行瞬態(tài)仿真和頻譜分析，截取各

4、輸入條件下的輸入輸出波形圖和頻譜分析圖，填入表3-2。表3-2:不同輸入情況下的輸入輸出波形圖Spectrum analyser-XSAlVinpp=50mVVinpp=100mVAgileflt llo5CD|>e-X50瞬態(tài)波形圖頻譜分析瞬態(tài)波形圖頻譜分析Ac-ile it o&cil c4cDp e-XSClSpectrum anaIlyzer-XSAlp-iWTnIQ。HHc ；女HE比工烈士1篦經(jīng)需 - w,圣海臉孑膽溫F才M三七二隹備P <FH思考題：請說明不同輸入情況下的輸出波形有何差異，并嘗試解釋其原因。答：1、差異：在輸入正弦波頻率不變的情況下，輸出波形峰

5、峰值隨輸入波形峰峰值的增大而增大，但是增幅逐漸減小。峰峰值50mV-300mV逐漸增大，放大器的電壓增益 AV呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，甚至當輸入波形的峰峰值增大到一定程度時，輸出波形出現(xiàn)失真。2、原因：放大器的電壓傳輸特性是非線性的，只在小信號變化的范圍內(nèi)近似為線性, 當輸入信號幅度逐漸增大時，電壓到達非線性區(qū)域，就會出現(xiàn)信號的失真。Vinpp=200mVSpectrum anlyzeF-XSAlVinpp=300mV瞬態(tài)波形圖頻譜分析瞬態(tài)波形圖頻譜分析Spectrum an3lyzer'XSAlAqlenE:csc Dp&-XS£l/dSiCj I(£&#

6、163;1.刖*M魏照福 f 的二贏詼嬴JlsFisc j&rej IL占（蒙魏磊鼠的皿kFzgjmw 觸匕:KM mV5（口mV 曰&T.小廠3融M J3、取輸入信號為 Vinpp=100mV ,在信號源上串聯(lián)一個電阻表征信號源內(nèi)阻，如圖3-2所示。取該電阻為500、1k和10k 重新進行仿真，截取不同電阻情況下的輸入輸出波形圖，并估算源電壓增益A/s,填入表3-3。一Q八 Q” b3SV -白一GH 二"iittehhti) 0oca二二：1yF 卜：，：二： I2N39U4 ：圖3-2.信號源內(nèi)阻表3-3:不同信號源內(nèi)阻的輸入輸出波形圖電壓增益A電壓增益A電壓增

7、益A源電壓增益AVS源電壓增益AVS源電壓增益AVSR=50 QR=1kQR=10k Q思考題：請說明不同源電阻情況下的電壓增益的差異，并據(jù)此估算出晶體管放大器的內(nèi)阻。答：當源電阻增大時，電壓增益增大，但是電壓源增益減小。由【實驗預習】中的仿真值可知，A 17.73,因此，可估算出晶體管放大器的內(nèi)阻為 10kQo4、改變旁路電容 CE1,將其接在節(jié)點 2和地之間，重新仿真圖 3-1,觀察到什么現(xiàn)象？為 什么？改變輸入信號幅度， 重新獲得不失真波形， 并測得此時的電壓增益， 與原電壓增益比 較，得到何種結(jié)果？請解釋原因，并將兩種增益值填入表3-4。1將旁路電容接在節(jié)點 2和地之間，現(xiàn)象即輸入輸出

8、波形如圖 3-3所示。Ag knt qkiIIv Sbcopc - XSC1圖3-3.改變旁路電容，將其接在節(jié)點2和地之間，輸入輸出波形圖(2)改變輸入信號峰峰值為 40mV,重新獲得不失真波形，如圖 3-4所示。Ag lent c5ci!IIdscope- XSC1圖3-4.改變輸入信號幅度，重新獲得不失真波形表3-4: CE1不同接法時的放大器增益CE1接于3-0CE1接于2-0電壓增益AVS分析：改變旁路電容的節(jié)點后，輸出波形出現(xiàn)失真現(xiàn)象。通過調(diào)節(jié)輸入信號幅度，獲得不 失真波形，由表中數(shù)據(jù)可以看出，此時增益為72.75,與原電壓增益相比，電壓增益急劇增大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因：放大器的電壓

9、傳輸特性是非線性的，只有當輸入信號幅度以及增益不大時才為線性輸出。而當旁路電容CE1接在節(jié)點2和地之間，RE2被短路，增益明顯變大，輸出為非線性。因此，輸出波形出現(xiàn)明顯失真。二、晶體三極管放大器硬件實驗本實驗采用POCKET LAB實驗平臺提供的直流+5V電源、信號發(fā)生器、直流電壓表和示波 器。1、電路連接首先根據(jù)圖3-1在面包板上搭試電路，并將 POCKET LAB的直流輸出端+5V和GND與電 路的電源、地節(jié)點連接；POCKET LAB的一路輸出端作為電路的輸入信號；POCKET LAB的一路輸入端接電路輸入信號端；另一路輸入端接電路輸出信號端，分別測試輸入輸出兩路信號。2、直流測試在進行

10、波形測試之前，請采用實驗二的直流測試方法，使用 POCKET LAB的直流電壓表測 試各點直流電壓，以確保電路搭試正確。3、輸入信號在電腦中打開POCKET LAB的信號發(fā)生器界面，選擇輸入信號波形為正弦波， 頻率為5kHz, 信號幅度為50mV , DC Offset=0V ,兩通道獨立設置。點擊按鈕Set,正弦波信號將輸出到電路輸入端。4、交流波形測試在電腦中打開POCKET LAB的示波器界面，選擇合適的時間和電壓刻度，顯示三極管單端放大器的輸入，輸出波形。并在窗口中直接讀出其輸入輸出波形的峰峰值，獲得其電壓增益，填入表3-1，比較計算值，仿真值和測試值是否一致。答：在POCKET LA

11、B的示波器界面，可直接讀出輸入輸出波形的峰峰值，如下列圖所示。因此，Av 生型 17.22。在誤差允許范圍內(nèi)，可認為計算值、仿真值和測試值一致。106三、場效應管放大器仿真實驗1、根據(jù)圖3-5所示電路，在 Multisim中搭建 MOS管IRF510單級放大電路。圖3-5. MOS管IRF510單級放大電路3-5。注：因器件原因，無法進行場效應管的對該電路進行直流工作點分析，完成表實測。表3-5.場效應管放大器直流工作點實測值仿真值WV）V2（V）V3（V）IR3科 A2、加入峰峰值=100mV ,頻率=5kHz的正弦波，進行瞬態(tài)仿真，在示波器中查看波形， 并將 輸入輸出波形截圖于圖 3-7,根據(jù)測量輸入輸出波形的峰峰值，求得該放大器的增益為:Agik-n:XSC1仿真波形實測波形增益：圖3-7. MOS管放大器瞬態(tài)波形四、場效應管放大器硬件實驗重復第二項“晶體三極管放大器硬件實驗”中的所有步驟，完成