模擬電路實(shí)驗(yàn)-三極管放大電路

1、模擬實(shí)驗(yàn)三三極管及其放大電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)晶體三極管(3DG6、9013)、場(chǎng)效應(yīng)管(3DJ6G)進(jìn)行實(shí)物識(shí)別，了解它們的命名方法和主要技術(shù) 指標(biāo)。學(xué)習(xí)用數(shù)字萬用表、模擬萬用表對(duì)三極管進(jìn)行測(cè)試的方法。用圖3-10提供的電路，對(duì)三極管的8值進(jìn)行測(cè)試。學(xué)習(xí)共射、共集電極(*)、共基極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)整，以及參數(shù)選取方法，研究靜 態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)性能的影響。學(xué)習(xí)放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)(電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓)的測(cè)量方法。調(diào)節(jié)CE電路相關(guān)參數(shù)，用示波器觀測(cè)輸出波形，對(duì)飽和失真和截止失真的情況進(jìn)行研究。用Multisim軟件完成對(duì)共射極、共集電極、共基極放大電路性能

2、的分析，學(xué)習(xí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn) 的測(cè)試及調(diào)整方法，觀察測(cè)定電路參數(shù)變化對(duì)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)及輸出電壓波形的影 響。加深對(duì)共射極、共集電極、共基極基本放大電路放大特性的理解。知識(shí)要點(diǎn)半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管是組成放大電路的核心器件，是集成電路的組成元件，在電路中主要用于電流放大、開 關(guān)控制或與其他元器件組成特殊電路等。半導(dǎo)體三極管的種類較多，按制造材料不同有硅管、錯(cuò)管、砷化鎵管、磷化鎵管等；按極性不同有NPN 型和PNP型；按工作頻率不同有低頻管、高頻管及超高頻管等；按用途不同有普通管、高頻管、開關(guān)管、 復(fù)合管等。其功耗大于1W的屬于大功率管，小于1W的屬于小功率管。半導(dǎo)體三極管

3、的參數(shù)主要有電流放大倍數(shù)&極間反向電流/CEO、極限參數(shù)(如最高工作電壓VCEM、 集電極最大工作電流ICM、最高結(jié)溫M、集電極最大功耗PCM)以及頻率特性參數(shù)等。有關(guān)三極管命名、 類型以及參數(shù)等可查閱相關(guān)器件手冊(cè)。下面給出幾種常用三極管的參數(shù)舉例如表3-01所示：表3-01幾種常用三極管的參數(shù)參數(shù)%(mW)ICM(mA)匕5iCBo( A%f(MHz)極性3DG100D1002040140.01NPN3DG200A10020150.1252700.01NPNCS9013H400500250.5144150NPNCS9012H600500250.5144150PNP參數(shù)5)Lsgm(mA/V)

4、PJmW)rGS ( Q)fM3DJ6G-936.5110010830N溝道2.半導(dǎo)體三極管的識(shí)別與檢測(cè)半導(dǎo)體三極管的類型有NPN型和PNP型兩種?？筛鶕?jù)管子外殼標(biāo)注的型號(hào)來判別是NPN型，還是PNP 型。在半導(dǎo)體三極管型號(hào)命名中，第二部分字母A、C表示PNP型管；B、D表示NPN型管；而A、B表 示錯(cuò)材料；C、D表示硅材料。另外，目前市場(chǎng)上廣泛使用的90119018系列高頻小功率9012、9015為PNP 型，其余為NPN型。半導(dǎo)體三極管的型號(hào)和命名方法，與半導(dǎo)體二極管的型號(hào)及命名方法相同，詳見康華 光第四版P44頁附錄或者參考有關(guān)手冊(cè)。三極管的電極和類型判別直觀辨識(shí)法。半導(dǎo)體三極管有基極(

5、B)、集電極(C)和發(fā)射極(E)三個(gè)電極，如圖3-11所示，常用三極管電極排列有 E-B-C、B-C-E、C-B-E、E-C-B 等多種形式。2）特征辨識(shí)法。如圖3-01所示，有些三極管用結(jié)構(gòu)特征標(biāo)識(shí)來表示某一電極。如高頻小功率管3DG12、 3DG6的外殼有一小凸起標(biāo)識(shí)，該凸起標(biāo)識(shí)旁引腳為發(fā)射極；金屬封裝低頻大功率管3DD301、3AD6C的外 殼為集電極等。3AD8CC90133AD8CC9013圖3-11三極管結(jié)構(gòu)特征標(biāo)識(shí)極性3）萬用表歐姆檔判別法如圖3-12所示，選用指針式萬用表歐姆檔RXlkQ檔。首先判定基極b方法：用萬用表黑表筆碰觸某若兩次測(cè)得電阻均很小（若兩次測(cè)得電阻均很?。镻

6、N結(jié)正向電阻值），貝0（a）（b）圖3-12萬用表歐姆檔判別法黑表筆對(duì)應(yīng)為基極且此管為NPN型；或 者兩次測(cè)得電阻值均很大（為（a）（b）圖3-12萬用表歐姆檔判別法其次，判別集電極和發(fā)射極。其基本原理是把三極管接成基本放大電路，利用測(cè)量管子的電流放大倍 數(shù)值0的大小，來判定集電極和發(fā)射極。以NPN管為例說明，如圖3-12b所示，基極確定后，不管基極，用萬用表兩表筆分別接另兩電極，用 100kQ的電阻一端接基極，電阻的另一端接萬用表黑表筆，若表針偏轉(zhuǎn)角度較大，則黑表筆對(duì)應(yīng)為集電極， 紅表筆對(duì)應(yīng)為發(fā)射極。也可用手捏住基極與黑表筆（但不能使兩者相碰），以人體電阻代替100kQ電阻的作用 （對(duì)于PN

7、P型，手捏紅表筆與基極）。上面這種方法，實(shí)質(zhì)上是把三極管接成了正向偏置狀態(tài)，若極性正確，則集電極有較大電流。（2）硅管、錯(cuò)管的判別 根據(jù)硅材料PN結(jié)正向電阻較錯(cuò)材料大的特點(diǎn)，可用萬用表歐姆RX1kQ檔測(cè) 定，若測(cè)得PN結(jié)正向阻值約為310kQ，則為硅材料管；若測(cè)得正向阻值約為501kQ，則為錯(cuò)材料管。 或測(cè)量發(fā)射結(jié)（集電結(jié)）反向電阻值，若測(cè)得反向阻值約為500kQ，則為硅材料管；若測(cè)得反向阻值約為100k Q，則為錯(cuò)材料管。3.三極管場(chǎng)效應(yīng)管放大電路共射極放大電路既有電流放大作用，又有電壓放大作用，故常用于小信號(hào)的放大。改變電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，可調(diào)節(jié)電路的電壓放大倍數(shù)。而電路工作點(diǎn)的調(diào)整，主要是

8、通過改變電路參數(shù)閂、Rc）來實(shí)現(xiàn)。（負(fù)載 電阻rl的變化不影響電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，只改變電路的電壓放大倍數(shù)。）該電路信號(hào)從基極輸入，從集電極 輸出。輸入電阻與相同材料的二極管正向偏置電阻相當(dāng)，輸出電阻較高，適用于多級(jí)放大電路的中間級(jí)。共集電極放大電路信號(hào)由晶體管基極輸入，發(fā)射極輸出。由于其電壓放大倍數(shù)A接近于1，輸出電壓具 v有隨輸入電壓變化的特性，故又稱為射極跟隨器。該電路輸入電阻高，輸出電阻低，適用于多級(jí)放大電路 的輸入級(jí)、輸出級(jí)，還可以作為中間阻抗變換級(jí)。共基極放大電路信號(hào)由晶體管發(fā)射極輸入，集電極輸出。其電流放大倍數(shù)Ai接近于1但恒小于1，（又 叫電流跟隨器），電壓放大倍數(shù)Av共射極放大

9、器相同，且輸入電壓與輸出電壓同相。其輸入電阻低，只有共 射放大電路的1/（1+乃）倍，輸出電阻高，輸入端與輸出端之間沒有密勒電容，電路頻率特性好，適用于寬 帶放大電路。下面以圖3-13基本共射放大電路為例進(jìn)行說明。XSC1圖3-13基本共射放大電路（固定偏置式）（1）XSC1圖3-13基本共射放大電路（固定偏置式）放大電路的測(cè)量和調(diào)試主要包括放大 電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量和調(diào)試、放大電路 各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的測(cè)量和調(diào)試、消除放大電路的干擾和自激等。在進(jìn)行測(cè)試之前，務(wù)必先檢查 三極管的好壞，并確定具體的乃值。1）靜態(tài)工作點(diǎn)Q的測(cè)量放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量是在不加輸入信號(hào)（即VI=0）的情況下進(jìn)行的。靜態(tài)工

10、作點(diǎn)的測(cè)量是指三極管直流電壓vbeq、vceq和電流ICQ的測(cè)量。應(yīng)選用合適的直流電壓表和直 流毫安表，分別測(cè)量三極管直流電壓vbeq、vceq和ICQ。為了避免更改接線，采用電壓測(cè)量法來換算電流。例如，只要測(cè)出實(shí)際的Rb、R的阻值，即可由I = 心，四；I =&I ；（或I = 心虻沖）CBQRbCQBQCQRc提示：在測(cè)量各電極的電位時(shí)最好選用內(nèi)阻較高的萬用表，否則必須考慮到萬用表內(nèi)阻對(duì)被測(cè)電路的 影響。2）靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ和VCEQ的目的是了解靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置是否合適。若測(cè)出VCEQ 0.5 V，則說明三 極管已進(jìn)入飽和狀態(tài)；如果vceovcc，則說明三極管工作在截止

11、狀態(tài)。對(duì)于一個(gè)放大雙極性信號(hào)（交流信 號(hào)）的放大電路來說，這兩種情況下的靜態(tài)偏置都不能使電路正常工作，需要對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。如果 是出現(xiàn)測(cè)量值與選定的靜態(tài)工作點(diǎn)不一致，也需要對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。否則，放大后的信號(hào)將出現(xiàn)嚴(yán) 重的非線性失真和錯(cuò)誤。通常，VCC、Rc都已事先選定，當(dāng)需要調(diào)整工作點(diǎn)時(shí)，一般都是通過改變偏置電阻Rb來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng) 注意的是.如果偏置電阻Rb選用的是電位器，在調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，若不慎將電位器阻值調(diào)整過?。ɑ蜻^ 大），則會(huì)使IC過大而燒壞管子，所以應(yīng)該用一只固定電阻與電位器串聯(lián)使用。圖3-18電路中是用Rb1和 電位器Rb2串聯(lián)構(gòu)成Rb。放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試放大電路的

12、主要指標(biāo)有電壓放大倍數(shù)氣、輸入電阻R輸出電阻Ro,以及最大不失真輸出電壓V0(max) 等。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，各電子儀器與被測(cè)電路的連接如圖3-14所示。實(shí)驗(yàn)電路則如后面的圖3-18所示:圖3-15靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出電壓V圖3-15靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出電壓Vo波形的影響(a) V。易出現(xiàn)飽和失真(b)V。易出現(xiàn)截止失真(c) V。波形上下半周同時(shí)出現(xiàn)失真圖3-16測(cè)量輸入電阻的電路圖3-14實(shí)驗(yàn)電路與各測(cè)試儀器的連接提示：為防止干擾，各儀器的公共接地端與被測(cè)電路的公共接地端應(yīng)連在一起。同時(shí)，信號(hào)源、毫伏 表和示波器的信號(hào)線通常都采用屏蔽線，而直流電源VCC的正、負(fù)電源線可只需普通導(dǎo)線即可。(1)電壓

13、放大倍數(shù)Av的測(cè)量輸入信號(hào)選用1kHz、約5 mV的正弦交流信號(hào)，用示波器觀察放大電路輸出電壓V。的波形，在輸出信號(hào)沒有明顯失真的情況下，用毫伏表測(cè)得V。和VI，于是可得. 皿 AV- vi(2)最大不失真輸出電壓的測(cè)量放大電路的線性工作范圍與三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)位置有關(guān)。當(dāng)I CQ偏小時(shí)，放大電路容易產(chǎn)生截止失 真；而ICQ偏大時(shí)，則容易產(chǎn)生飽和失真。需要指出的是，當(dāng)I 增大時(shí)，V。波形的飽和失真比較明顯， 波形下端出現(xiàn)“削底”，如圖3-15a所示。而當(dāng)ICQ減小時(shí)，V0波形將出現(xiàn)截止失真，如圖3-15b所示，波形上端出現(xiàn)“削頂”。當(dāng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整在三極管線性工作范圍的中心位置時(shí)，若

14、輸入信號(hào)VI過大，V。的波形也會(huì)出現(xiàn)失真，上下同時(shí)出現(xiàn)“削頂”和“削頂”失真，如圖3-15(c)所示。此時(shí)，用毫伏表測(cè)出V0的幅度，即為放大電路的最大不失真輸出電壓V,、 o (max)輸入電阻牌的測(cè)量輸入電阻的測(cè)量電路如圖3-16所示。V放大電路的輸入電阻：R = 了 1 Ii在放大電路的輸入端串聯(lián)一只阻值已知的電阻RS(可取510Q),見圖3-16所示，通過毫伏表分別測(cè)出RS兩端對(duì)地電壓，求得RS上的壓降(V-V.),則：i =(V - y)/riS i S所以有RV V -廣=i所以有RI V _ ViRS通過測(cè)量VS和匕來間接地求出R通過測(cè)量VS和匕來間接地求出RS上的壓降，毫伏表測(cè)量

15、，會(huì)引入干擾信號(hào)，以致造成測(cè)量誤差。輸出電阻的測(cè)量放大電路的輸出端可看成有源二端網(wǎng)絡(luò)。如圖3-17所示。圖3-17測(cè)量輸出電阻的電路用毫伏表測(cè)出不接RL圖3-17測(cè)量輸出電阻的電路用毫伏表測(cè)出不接RL時(shí)的空載電壓Vo和接負(fù)載Rl后的輸出電壓Vo,即可間接地推算RO的大小:、-1 R)i -o,I o 一-降低V.頻率，同樣使Vo幅度下降到0.707 V時(shí)，共射放大電路舉例圖 3-18R =二 o V / R放大電路頻率特性的測(cè)量放大電路頻率特性是指放大電路的電壓放大倍數(shù)Av，與輸入信號(hào)頻率之間的關(guān)系。Av隨輸入信號(hào)頻率 變化下降到0.707A。時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率定義為下限頻率f和上限頻率f，通頻帶

16、為f = f - f。vLJ HBW H L上、下限頻率可用以下方法測(cè)量：先調(diào)節(jié)輸入信號(hào)匕使匕頻率為1kHz；調(diào)節(jié)V.幅度，使輸出電壓Vo 幅度為1V。保持V.幅度不變，增大信號(hào)V的頻率，V幅度隨著下降，當(dāng)V下降到0.707 V時(shí)，對(duì)應(yīng)的信 號(hào)額率為上限頻率f ；保持匕幅度不變 對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率為下限頻率f :觀察截止失真、飽和失 真兩種失真現(xiàn)象測(cè)量電路如圖3-18所示， 在 Icq=3.0 mA，Rl=8情況下， 增大輸入信號(hào)，使輸出電壓保 持沒有失真，然后調(diào)節(jié)電位器 Rb2阻值，改變電路的靜態(tài)工 作點(diǎn)，使電路分別產(chǎn)生較為明 顯的截止失真與飽和失真，測(cè) 出產(chǎn)生失真后相應(yīng)的集電極靜 態(tài)電流。做好

17、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)記錄。Dmilly口釁 EiiCL區(qū)oroov QUOD V23 *5 uv1 UH mV蜥3 g圖3-19共射放大電路對(duì)應(yīng)的三個(gè)仿真電路圖圖3-20共集電極放大電路舉例圖3-21圖3-21單管共射極放大電路三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .查閱手冊(cè)并測(cè)試晶體三極管（3DG100D、CS9013）、場(chǎng)效應(yīng)管（3DJ6G）的參數(shù)，記錄所查和所測(cè)數(shù) 據(jù)。2.用晶體三極管3DG100D或CS9013組成如圖3-21所示單管共射極放大電路，通過改變電位器R2, 使得VCE為4V，測(cè)量此時(shí)vceq、匕EQ、Rb的值，計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q對(duì)應(yīng)的三個(gè)參數(shù)值。在下列兩種情況下，測(cè) 量放大電路的電壓放大倍數(shù)和

18、最大A不失真輸出電壓VOmax。（1）RL=R4= （開路）RL=R4= 10kQ建議：最初使用1KHz、5mV的正 弦信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)試； 然后改變輸入信號(hào)的幅值，使用 雙蹤顯示方式同時(shí)顯示VI與 VO,進(jìn)行監(jiān)視，盡量選擇較大幅 度的正弦信號(hào)作為放大器的VI， 在保證VO波形不失真的條件下進(jìn)行測(cè)量。（若VO波形失真，所測(cè)動(dòng)態(tài)參數(shù)就毫無意義）。表3-09靜態(tài)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)計(jì)算值V (V)V (V)R (KQ )V (V)& (M A)I (mA)CEBEbCEQCQ表3-10 測(cè)A,的記錄表實(shí)測(cè)值理論估算值實(shí)測(cè)計(jì)算值V (mV)V (mV)AAiVV觀察飽和失真和截止失真，并測(cè)出相應(yīng)的集電極靜態(tài)電流。測(cè)量放大電路的輸入電阻Ri和輸出電阻R。*6.按照?qǐng)D3-10設(shè)計(jì)BJT的8測(cè)試電路，確定電路中所有元器件和輸入電壓的參數(shù)值，并對(duì)測(cè)試結(jié)果 進(jìn)行比較和誤差分析。圖3-10 BJT的8值測(cè)試電路圖*7.*8.四.測(cè)量圖3-18放大電路帶負(fù)載時(shí)的上限頻率*7.*8.四.實(shí)驗(yàn)電路如圖3-20所示，要求仿真并實(shí)物實(shí)!現(xiàn)電路，計(jì)算并實(shí)測(cè)電路的輸入電阻和輸出電阻。思考題Ab為什么要由一個(gè)電位器和一個(gè)固定電阻串聯(lián)組成？2 .電解電容兩端的靜態(tài)電壓方向與它的極性應(yīng)該有何關(guān)系？3.如果儀器和實(shí)驗(yàn)線路不共地會(huì)出現(xiàn)什么情況？通過實(shí)驗(yàn)說明。五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告按照實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的要求完成設(shè)計(jì)作業(yè)一份，