模電實(shí)驗(yàn)單級(jí)共射放大電路

單極共射放大電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握用Multisim13仿真軟件分析單極放大電路主要性能指標(biāo)的方法。（2）熟悉掌握常用電子儀器的使用方法，熟悉基本電子元器件的作用。（3）學(xué)會(huì)并熟悉“先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)”的電子線路的基本調(diào)試方法。（4）分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響，學(xué)會(huì)調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。（5）掌握放大器的放大倍數(shù)、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）測(cè)量放大電路的頻率特性。二、實(shí)驗(yàn)原理基本電路電路在接通直流電源匕c而未加入輸入信號(hào)時(shí)（通過(guò)隔直流電容C］將輸入端接地），電路中產(chǎn)生的電流、電壓為直流量，記為匕印，匕理，Iq,Iq，由它們確定了電路的一個(gè)工作點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作的Q。三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式近似估算：Vbeq=（0.6?0.7）V硅管；（0.2?0.3）V錯(cuò)管Uvcc—yQ+R）V2VBQRp+R+R2CCInI=_^BEQCQEQREII=-CQBQp靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇是指對(duì)三極管集電極電流！（或Vce）的調(diào)整與測(cè)試。在晶體管低頻放大電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇及穩(wěn)定具有舉足輕重的作用，直接關(guān)系到放大電路能否正常可靠地工作。若工作點(diǎn)偏高（ic放大），則放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)輸出信號(hào)uo的負(fù)半周將被削底；若工作點(diǎn)偏低，則易產(chǎn)生截止失真，即uo的正半周被削頂（一般截止失真不如飽和失真明顯）。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，即在放大電路的輸入端加入一定的輸入電壓"■,并檢查輸出電壓u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。o還應(yīng)說(shuō)明的是，上面所說(shuō)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。若輸入信號(hào)幅度很小，則即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定會(huì)出現(xiàn)失真。所以確切地說(shuō)，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。若須滿足較大信號(hào)幅度的要求，則靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近輸出特性曲線上交流負(fù)載線的中點(diǎn)，如圖Q點(diǎn)，使靜態(tài)匕E大致等于電源電壓的一半。這樣可使交流信號(hào)輸入時(shí)，工作點(diǎn)Q沿著交流負(fù)載線向上或向下移動(dòng)較大范圍，使得輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍大致在2匕理范圍內(nèi)變化，從而獲得較大的輸出電壓幅度，且波形上下對(duì)稱。實(shí)際工作中往往通過(guò)調(diào)節(jié)基極偏置電阻的大小，觀察輸出波形的變化。當(dāng)輸入電阻逐漸放大時(shí)，若要輸出波形正、負(fù)同時(shí)出現(xiàn)削波現(xiàn)象，即表明此時(shí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)選擇合適，此時(shí)放大電路動(dòng)態(tài)范圍最大。按照?qǐng)D連好電路，在輸入端引入正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出。靜態(tài)工作點(diǎn)具體的調(diào)節(jié)步驟如下：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)失真出現(xiàn)截止失真出現(xiàn)飽和失真兩種失真都出現(xiàn)操作方法加大輸入信號(hào)減小Rp增大Rp減小輸入信號(hào)據(jù)示波器上觀察到的現(xiàn)象，做出不同的調(diào)整動(dòng)作，反復(fù)進(jìn)行。直到輸入信號(hào)略微增大，兩種失真同時(shí)出現(xiàn)；輸入信號(hào)略微減小，兩種失真同時(shí)消失時(shí)，可以認(rèn)為此時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)正好處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)。去掉輸入信號(hào)，測(cè)量VBEQVCEQ,IBQ,ICQ，就得到了該電路的最佳靜態(tài)工作點(diǎn)。電壓放大倍數(shù)的測(cè)量電壓放大倍數(shù)是指輸出電壓V和輸入電壓V之比，其值與負(fù)載人有關(guān)，是oiL衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。VVi輸入電阻和輸出電阻的測(cè)量（1）輸入電阻。輸入電阻是指從放大器輸入端看進(jìn)去的等效電阻，它表明放大器對(duì)信號(hào)源的影響程度。一般采用間接法進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)被測(cè)電路的輸入電阻不太高時(shí)（與毫伏級(jí)電壓表內(nèi)阻相比），采用如圖的電路進(jìn)行測(cè)量。在信號(hào)源與被測(cè)放大器的輸入端之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下（保證輸出電壓不失真），用交流毫伏表測(cè)出V和V，根據(jù)輸入電阻的定義可得：si

測(cè)量時(shí)應(yīng)注意，電阻R值不宜取得過(guò)大，易引入干擾；但也不宜取得過(guò)小，否則測(cè)量誤差較大。通常取與R,為同一數(shù)量級(jí)比較合適，本實(shí)驗(yàn)取R=1?2kQ。（2）輸出電阻。輸出電阻是指從放大器輸出端看進(jìn)去信號(hào)源的等效電阻，用來(lái)描述信號(hào)輸出方式和帶負(fù)載的能力。輸出電阻也用間接法測(cè)量，原理如圖，根據(jù)戴維南定理，放大器的輸出端可以等效為一個(gè)理想的電壓源和輸出電阻R。相串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)測(cè)量放大器空載時(shí)的輸出電壓V。和加上已知負(fù)載后的輸出電壓匕，根據(jù)式子測(cè)試其輸出電阻R。匕=4七。L（V\...由此可求輸出電阻R=V-1R（R為阻值已知的電阻，一般情況下。"匕JLL為數(shù)千歐）。幅頻特性的測(cè)量放大器放大的實(shí)際信號(hào)由不同的諧波組成，只有當(dāng)放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力相同時(shí)，放大信號(hào)才能不失真。但實(shí)際上，放大器的交流放大電路含有耦合電容、旁路電容、分布電容和晶體管極間電容等電抗元件，使得放大倍數(shù)與信號(hào)的頻率有關(guān)，此關(guān)系即為放大器的頻率特性。放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)氣與輸入信號(hào)頻率匕之間的關(guān)系曲線，如圖。在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，曲線平坦，放大倍數(shù)不隨頻率而變，這一段頻率范圍稱為中頻段。在中頻段以外，隨著頻率的減小或增大，放大倍數(shù)都將下降。當(dāng)放大倍數(shù)降為中頻段放大倍數(shù)的0.707時(shí)，相對(duì)應(yīng)的低頻頻率和高頻頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH。通頻帶y定義為=fH=fL三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（一）仿真分析頻頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH。通頻帶y定義為=fH=fL（1）用示波器同時(shí)觀察圖所示電路的輸入和輸出波形。輸入信號(hào)設(shè)為正弦波、頻率f=1kHz、信號(hào)電壓峰值V.=100mV。（2）進(jìn)行仿真分析。雙擊示波器XSC1圖標(biāo)，打開(kāi)示波器面板，觀察放大電路的輸入、輸出信號(hào)波形。（3）逐漸增大輸入信號(hào)的幅度，使放大電路的輸出信號(hào)略有失真（飽和失真或截止失真），調(diào)節(jié)電位器Rp，消除失真。（4）重復(fù)步驟（3），直到略微增大輸入信號(hào)幅值，輸出信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)飽和和截止失真；再略微減小輸入信號(hào)的幅值，輸出信號(hào)的失真現(xiàn)象同時(shí)消失。此時(shí)得到的輸出信號(hào)電壓，即為最大不失真輸出電壓。靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量用萬(wàn)用表測(cè)量。將萬(wàn)用表接入電路，單擊仿真開(kāi)關(guān)，進(jìn)行電路分析。此時(shí)，萬(wàn)用表顯示的數(shù)值即為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試（1）電壓放大倍數(shù)測(cè)量。調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在圖示電路中，閉合開(kāi)關(guān)J，J，調(diào)整輸入電壓v=100mV，頻率f=1kHz。單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn)行12ipi仿真，打開(kāi)示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬(wàn)用表測(cè)出v和v的有效值V和V，根據(jù)式子計(jì)算電壓放大倍數(shù)。ioio（2）輸入電阻測(cè)量。在圖示電路中，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)七，閉合開(kāi)關(guān)J2，調(diào)整輸入電壓vp=100mV，頻率f=1kHz。單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真，打開(kāi)示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬(wàn)用表測(cè)出電阻R兩端電壓v，v的有效值V和V，根據(jù)式子計(jì)算輸入電阻R。sisii（3）輸出電阻測(cè)量。在圖示電路中，閉合開(kāi)關(guān)七，調(diào)整輸入電壓\=100mV，頻率f=1kHz。單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真，打開(kāi)示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。i在輸出波形不失真的情況下，用萬(wàn)用表測(cè)出開(kāi)關(guān)J2打開(kāi)和閉合兩種情況下電壓v，v的有效值V和V，根據(jù)式子計(jì)算輸出電阻R。oLoLo（4）放大電路的幅頻特性測(cè)量。直接測(cè)量法。將波特圖儀連接在電路中。雙擊波特圖儀，設(shè)置其參數(shù)：垂直F=100MHz，I=1Hz，水平F=100dB，I=100dB，單擊仿真開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真。放大電路的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)分別如圖。（二）實(shí)驗(yàn)室操作1.靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量（1）按照實(shí)驗(yàn)原理圖連接電路，布線要整齊、均勻、便于檢查，經(jīng)檢查無(wú)誤接通12V直流電源。（2）在放大電路的輸入端加入1kHz、峰值為100mV的正弦波，將放大電路的輸出端接示波器。調(diào)節(jié)電位器，使示波器所顯示的輸出波形最大不失真。關(guān)掉函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電源，使輸入電壓v,二0，用萬(wàn)用表分別測(cè)量三極管三個(gè)級(jí)對(duì)地的電壓（匕。，，QVCEQ和ICQ。并將測(cè)量結(jié)果記錄于表，與估算值進(jìn)行比較。靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響將頻率為1kHz的正弦波信號(hào)加到放大器的輸入端、調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅值，使輸出波形不失真的正弦波。（1）將電位器七的阻值調(diào)為最大，此時(shí)靜態(tài)電流Iqq下降，用示波器觀察輸出波形是否出現(xiàn)失真，并畫下此時(shí)的波形。若失真不夠明顯，可適當(dāng)增大輸入信號(hào)幅值。（2）將電位器七的阻值調(diào)為最小，此時(shí)靜態(tài)電流Iqq增大，觀察輸出波形的變化情況，畫下此時(shí)的波形，并將相應(yīng)結(jié)果記錄于表。電壓放大倍數(shù)測(cè)量（1）打開(kāi)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電源，輸入1kHz，峰值為100mV的正弦波信號(hào)。當(dāng)輸出開(kāi)路（R=8）時(shí)，測(cè)量輸入輸出電壓v輸和v的有效值V和V的大小，并Lioio根據(jù)式子計(jì)算電壓放大倍數(shù)。（2）放大電路輸出端接入Rl=20的負(fù)載電阻，保持輸入電壓v,不變，測(cè)量輸出電壓vo，計(jì)算此時(shí)的電壓放大倍數(shù)，并分析負(fù)載對(duì)放大電路電壓放大倍數(shù)的影響。（3）用雙蹤示波器觀察V/和vo的波形，比較兩波形之間的相位關(guān)系。輸入電阻和輸出電阻測(cè)量（1）按照實(shí)驗(yàn)原理圖連接電路，斷開(kāi)七，用示波器分別測(cè)出電阻R兩端電壓七，v的有效值V和V，根據(jù)式子計(jì)算該放大電路輸入電阻R。isii（2）閉合J，測(cè)量負(fù)載開(kāi)路（J斷開(kāi)）時(shí)的輸出電壓V和接上2kQ負(fù)載（J閉12o2合）時(shí)的輸出電壓VL，根據(jù)式子計(jì)算該放大電路的輸出電阻Ro。將步驟4和5的測(cè)試結(jié)果記錄整理，填入表中，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。幅頻特性的測(cè)量（1）打開(kāi)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電源，輸入1kHz，峰值為100mV的正弦波信號(hào)，輸出端接20負(fù)載電阻Rl，用示波器分別測(cè)量匕，N。的大小，計(jì)算電壓放大倍數(shù)。（2）保持輸入信號(hào)電壓V的幅度不變，分別增大和減小信號(hào)的頻率，再測(cè)量放i大器的輸出電壓匕。當(dāng)輸出電壓降到中頻值的1,「豆時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率即為放大器是上限截止頻率fH或下限截止頻率fL，計(jì)算BW。將上述測(cè)量結(jié)果記錄整理后填入表中，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）雙路直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)。（2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)。（3）示波器一臺(tái)。（4）毫伏表一臺(tái)。（5）萬(wàn)用表一塊。（6）三極管一個(gè)。（7）電容三個(gè)。（8）電阻六個(gè)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量（1）仿真電路（2）實(shí)驗(yàn)得最大不失真，電位器位置為63%外觸發(fā)K軸位移:格）：JV軸位移〔格）:」|"T||渤0~||卅||浦T2-T1E湛標(biāo)度:1tEH通道4刻度:500rW.TitMb刻度:300zk.Etn寸問(wèn)Q0.3330.300V道.宜_E28.9^13irr.JQri.mrri=n.mn-j2B.g^2rrWn.mriRn.?v1r.nnr7觸發(fā)邊沿:水平:交法Ho直溢V址位移（宅,」（3）撤掉信號(hào)發(fā)生器，用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量X\aNN5S51…1509V.iii.IOuFIQuF-設(shè)置..XMM2XMMl',:R5：100Q2kQ：：?：?：：：：?：?：：?：?：：：：?：?：：■：?：：：：?：?：：?：?：：：:vcc-4-■-XMM35.1kQ：C2mFIOuF12VXMMl：:二Th?ig「網(wǎng)5551??R?:mgR"100flRft2：：：>1ku：::CciJ-10D靜態(tài)工作點(diǎn)（仿真）VBQVCQVEQVCEQICQ1.509V10.508V827.5mV9.681V744.294uA靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響（1）Rp最大外觸發(fā)可；波器XSC1V輛位核（格）：n觸發(fā)邊沿:水平:時(shí)基標(biāo)度:玉址位慈（洛）：1外觸發(fā)可；波器XSC1V輛位核（格）：n觸發(fā)邊沿:水平:時(shí)基標(biāo)度:玉址位慈（洛）：1道道U刻度:＞輔位移（格）：［n_交流HJ宜流~T1，4■wr遍苜京271.473msn.oaov24J=!B4mV#1產(chǎn)凸rrsU.ULUV24BB4mVT2-T_Lijiziu3o.oaovOJZOLIV通道BY/T添加B/AA/B203us/tiixRp最小可;波器XCC1＞碓位移（格）：「|Y/T||添加~||BfA|[7^反向時(shí)基標(biāo)度O.OCO'v123.795iiVn.nrn\/—vrrVO.OCO'v□0307道也通道B刻度刻度FWftiiv:、t袖任珍（格）：nV鈕位移（格）：口觸發(fā)邊沿:水平:單次14110030'5外觸發(fā)m9H.TG311=QMcfi=!rr=：ICQVCEQ放大器輸出波形波形失真類型Rp增大353.5uA10.9V正半周削頂截止失真Rp減小3.744mA48.561mV負(fù)半周削頂飽和失真正常自動(dòng)巨3.電壓放大倍數(shù)測(cè)量<rj-\-100inVpkVi=70.7mVVo=978.2mVAu=13.8Vi=70.