實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)三 低頻信號(hào)電壓放大器

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)三 低頻信號(hào)電壓放大器一、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)目的1、了解晶體管放大器靜態(tài)工作點(diǎn)變動(dòng)對(duì)其性能的影響；觀察工作點(diǎn)偏移過大時(shí)輸出波形的失真情況；2、進(jìn)一步加深對(duì)放大器工作原理的理解；3、掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整與測(cè)試方法；4、掌握放大器電壓放大倍數(shù)AV、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測(cè)試方法；5、了解RC、IC、RL的變化對(duì)AV的影響；6、實(shí)踐簡(jiǎn)單電路的安裝；7、進(jìn)一步熟悉示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器（或函數(shù)發(fā)生器）的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)器材1、12V直流穩(wěn)壓電源；2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（低頻信號(hào)發(fā)生器）；3、雙蹤示波器；4、交流毫伏表；5、直流電壓表；6、直流毫安表；7、頻率計(jì)；8、萬用電表；9、晶體

2、三極管3DG6×1(50100)或9011×1（管腳排列如圖3.3.9所示）。三、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)相關(guān)內(nèi)容，弄懂放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整方法、放大倍數(shù)的計(jì)算方法，以及失真問題。2、復(fù)習(xí)示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器使用說明。3、按圖3.3.1所給數(shù)值估算其靜態(tài)工作點(diǎn)（預(yù)習(xí)時(shí)測(cè)量所用晶體管的）。4、掌握放大器的實(shí)驗(yàn)原理、步驟、儀器的連接及使用方法。四、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)原理說明設(shè)計(jì)放大器欲達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)，往往要經(jīng)過計(jì)算、測(cè)量、調(diào)試等多次反復(fù)才能完成。因此，掌握放大器的測(cè)量技術(shù)是很重要的。放大器的一個(gè)基本任務(wù)是將輸入信號(hào)進(jìn)行不失真的放大。這就要求晶體管放大器必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)（否

3、則就要出現(xiàn)截止失真或飽和失真）。1、常用的偏置電路有分壓式偏置和固定基流偏置，如圖3.3.1和圖3.3.2所示。圖3.3.1分壓式穩(wěn)定偏置放大器圖3.3.2固定基流偏置放大器圖中若忽略偏置電阻的分流影響，二者的源電壓放大倍數(shù)是：如果不考慮電源內(nèi)阻的影響，則放大倍數(shù)是：式中由上分析可知，RL、RC、IC變化時(shí)，AV、AVS也隨之變化。2、圖3.3.3為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號(hào)ui后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào)u0

4、，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。圖3.3.3 共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路在圖3.3.3電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2的電流遠(yuǎn)大于晶體管T的基極電流IB時(shí)（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算UCEUCCIC（RCRE）電壓放大倍數(shù)輸入電阻RiRB1 / RB2 / rbe輸出電阻RORC由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計(jì)和制作晶體管放大電路時(shí)，離不開測(cè)量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計(jì)前應(yīng)測(cè)量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計(jì)和裝配以后，還必須測(cè)量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方

5、法外，還必須掌握必要的測(cè)量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測(cè)量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量與調(diào)試等。1）放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量測(cè)量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)ui0的情況下進(jìn)行，即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測(cè)量晶體管的集電極電流IC以及各電極對(duì)地的電位UB、UC和UE。一般實(shí)驗(yàn)中，為了避免斷開集電極，所以采用測(cè)量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測(cè)出UE，即可用算出IC。（也可根據(jù)，由UC確定IC），同時(shí)也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高

6、測(cè)量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測(cè)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3.3.4(a)所示；如工作點(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3.3.4(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。(a)

7、 (b)圖3.3.4 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)uO波形失真的影響改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，如圖3.3.5所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來改變靜態(tài)工作點(diǎn)，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。圖3.3.5 電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響最后還要說明的是，上面所說的工作點(diǎn)“偏高”或“偏低”不是絕對(duì)的，應(yīng)該是相對(duì)信號(hào)的幅度而言，如輸入信號(hào)幅度很小，即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定會(huì)出現(xiàn)失真。所以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號(hào)幅度與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿足較大信號(hào)幅度的要求，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。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

8、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。電壓放大倍數(shù)AV的測(cè)量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出ui和uo的有效值Ui和UO，則輸入電阻Ri的測(cè)量為了測(cè)量放大器的輸入電阻，按圖3.3.6 電路在被測(cè)放大器的輸入端與信號(hào)源之間串入一只電阻R，在放大器正常工作的情況下， 用交流毫伏表測(cè)出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得圖3.3.6 輸入、輸出電阻測(cè)量電路測(cè)量時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn):a.由于電阻R兩端沒有電路公共接地點(diǎn)，所以測(cè)量R兩端電壓 UR時(shí)必須分別測(cè)出US和Ui，然后按URUSUi求出UR值。b

9、. 電阻R的值不宜取得過大或過小，以免產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，通常取R與Ri為同一數(shù)量級(jí)為好，本實(shí)驗(yàn)可取R12K。輸出電阻R0的測(cè)量按圖3.3.6電路，在放大器正常工作條件下，測(cè)出輸出端不接負(fù)載RL的輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL，根據(jù)即可求出在測(cè)試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號(hào)的大小不變。最大不失真輸出電壓UOPP的測(cè)量（最大動(dòng)態(tài)范圍）如上所述，為了得到最大動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，并同時(shí)調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點(diǎn)），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖3.3.7）時(shí)，說明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交

10、流負(fù)載線的中點(diǎn)。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號(hào)，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時(shí)，用交流毫伏表測(cè)出UO（有效值），則動(dòng)態(tài)范圍等于。或用示波器直接讀出UOPP來。圖 3.3.7 靜態(tài)工作點(diǎn)正常，輸入信號(hào)太大引起的失真放大器幅頻特性的測(cè)量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AU與輸入信號(hào)頻率f 之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖3.3.8所示，Aum為中頻電壓放大倍數(shù)，通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的倍，即0.707Aum所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBWfHfL放大器的幅率特性就是測(cè)量不同頻率信號(hào)時(shí)的電壓放大倍數(shù)AU。為此，可采用前述

11、測(cè)AU的方法，每改變一個(gè)信號(hào)頻率，測(cè)量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意取點(diǎn)要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)，在中頻段可以少測(cè)幾點(diǎn)。此外，在改變頻率時(shí)，要保持輸入信號(hào)的幅度不變，且輸出波形不得失真。干擾和自激振蕩的消除參考實(shí)驗(yàn)附錄 3DG 9011(NPN)3CG 9012(PNP) 9013(NPN) 圖 3.3.8 幅頻特性曲線 圖3.3.9 晶體三極管管腳排列五、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟1、按圖3.3.1所給元件數(shù)值連接好電路，用萬用表電阻擋來測(cè)量電路電源的進(jìn)線端，看是否短路。若有短路現(xiàn)象或電阻太小，則應(yīng)查出故障，待排出故障后才能接通電源。1）測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)令RC=3K，在無輸入信號(hào)的情況下

12、，調(diào)節(jié)上偏置可變電阻RP，使ICQ1mA然后用萬用表分別測(cè)量VCEQ、VCQ、VBQ、EC和VEQ值。記下Rb2、Rb1、Re阻值，并測(cè)出此時(shí)RP的阻值,記錄在表3.3.1中。表3.3.1測(cè)量參數(shù)EC(V)ICQ(V)VCEQ(V)VCQ(V)VBQ(V)VEQ(V)Rb1()Rb2()Rp()(Rp+Rb1)()Re()測(cè)量?jī)x表 萬用表2）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)變動(dòng)對(duì)放大器輸出波形的影響按圖3.3.10電路連好測(cè)量?jī)x器。保持ICQ1mA、RC=3K、RL=1.5K，在放大器的輸入端加入一個(gè)頻率為lkHz的信號(hào)電壓，同時(shí)用示波器觀察放大器輸出波形。逐步增大輸入信號(hào)幅度直到輸出波形出現(xiàn)失真為止。若出現(xiàn)上

13、下波形失真、不對(duì)稱，可調(diào)節(jié)RP使輸出波形不失真。繼續(xù)加大輸入信號(hào)幅度，直到再次出現(xiàn)不對(duì)稱、失真為止。于是再次調(diào)節(jié)RP，使失真消除，如此反復(fù)，達(dá)到最大不失真輸出。此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)已選擇在動(dòng)態(tài)特性曲線的中心點(diǎn)。用毫伏表測(cè)量Vo，再用萬用表測(cè)ICQ、VCEQ ,從而用圖解法在輸出特性曲線上求出最大不失真輸出的電壓范圍，與測(cè)量值比較。圖3.3.10 觀察波形和測(cè)量放大倍數(shù)的連接電路圖調(diào)節(jié)RP，使ICQ2mA或IC0mA。改變輸入信號(hào)幅度，用示波器觀測(cè)并繪下放大器輸出波形的變化，分析失真的原因。3）放大倍數(shù)的測(cè)量測(cè)量?jī)x器與電路的連接仍如圖3.3.10所示。令圖3.3.1電路中的RC = 3k、RL = 1

14、.5 k，調(diào)節(jié)RP，使IC lmA，輸入信號(hào)頻率為1kHz、有效值為Vi（1020）mV。在輸出波形基本不失真情況下（以示波器監(jiān)視），用毫伏表或示波器分別測(cè)出放大器輸入電壓Vi和輸出電壓Vo，求出AV。保持輸入信號(hào)幅度不變，分別改變輸入信號(hào)頻率和電路參數(shù)，測(cè)量不同情況下的放大倍數(shù)。具體參數(shù)變化量按表3.3.2要求進(jìn)行。表3.3.2序號(hào)測(cè) 量 條 件實(shí) 驗(yàn) 值計(jì) 算 值誤差輸入信號(hào)頻率(Hz)RC()RL()ICQ()Vi(V)Vo(V)AV=Vo/ViAV=-R'L /rbe RLRbe11k3 k1.5 k1<70     &#

15、160; 21000k3 k1.5 k1<70       3100k3 k.5 k1<70       41 k.5 k1.5 k1<70       51 k3 k6.2 k1<70        61 k3 k1.5 k2<70    

16、0;   測(cè)量信號(hào)源內(nèi)阻RS對(duì)放大倍數(shù)的影響。圖3.3.11 測(cè)量AVS連接電路令圖3.3.1中RC=3k、RL=1.5k、IClmA，保持原輸入信號(hào)幅度，在低頻信號(hào)發(fā)生器與放大器輸入端A之間串聯(lián)一個(gè)電阻RS（600），測(cè)出此時(shí)的Vo，求AVS。，將AVS與表3.3.2中1的測(cè)量結(jié)果AV比較，測(cè)量電路連接如圖3.3.11所示。2、實(shí)驗(yàn)電路如圖3.3.3所示。為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起，同時(shí)信號(hào)源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)采用專用電纜線或屏蔽線，如使用屏蔽線，則屏蔽線的外包金屬網(wǎng)應(yīng)接在公共接地端上。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

17、數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。接通12V電源、調(diào)節(jié)RW，使IC2.0mA（即UE2.0V），用直流電壓表測(cè)量UB、UE、UC及用萬用電表測(cè)量RB2值。記入表3.3.3。表3.3.3 IC2mA測(cè) 量 值計(jì) 算 值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（K）UBE（V）UCE（V）IC（mA）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Ui10mV，同時(shí)用示波器觀察放大器輸出電壓uO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，記入表3.3.4中。表3.3.4 Ic2.0m

18、A Ui10mVRC（K）RL(K)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.41.22.42.43）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響置RC2.4K，RL，Ui適量，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3.3.5。表3.3.5RC2.4K RL UimVIC(mA)2.0UO(V)AV測(cè)量IC時(shí)，要先將信號(hào)源輸出旋鈕旋至零（即使Ui0）。4)觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響置RC2.4K，RL2.4K，ui0，調(diào)節(jié)RW使IC2.0mA，測(cè)出UCE值，再逐步加大輸入信號(hào)，使輸出電壓u0 足夠大但不失真。 然后保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減小

19、RW，使波形出現(xiàn)失真，繪出u0的波形，并測(cè)出失真情況下的IC和UCE值，記入表3.3.6中。每次測(cè)IC和UCE 值時(shí)都要將信號(hào)源的輸出旋鈕旋至零。表3.3.6 RC2.4K RL UimVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.0 5)測(cè)量最大不失真輸出電壓置RC2.4K，RL2.4K，按照實(shí)驗(yàn)原理2）、4)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UOPP及UO值，記入表3.7中。表3.3.7 RC2.4K RL2.4KIC(mA)Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)6）測(cè)量輸入電阻和輸出電阻置RC2.4K，RL2.4K，IC2.0mA。輸入f1KHz的正弦信號(hào)，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3.3.8。保持US不變，斷開RL，測(cè)量輸出電壓Uo，記入表3.3.8。表3.3.8 Ic2mA Rc2.4K RL2.4KU