晶體管共射極單管放大器

晶體管共射極單管放大器

湖南工業(yè)大學(xué)—戴圣偉一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、學(xué)會(huì)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響。

2、掌握放大器電壓放大倍數(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。

3、熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理圖2－1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，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。圖2－1共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路在圖2－1電路中，當(dāng)流過(guò)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5～10倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算UCE＝UCC－IC（RC＋RE）

電壓放大倍數(shù)

輸入電阻

Ri＝RB1//RB2//rbe輸出電阻

RO≈RC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(kāi)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

1)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)ui＝0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(kāi)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UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。為了減小誤差，提高測(cè)量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。2)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2－2(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2－2(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)(b)圖2－2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2－3所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來(lái)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2－3電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

最后還要說(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，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(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。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。1)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2)輸入電阻Ri的測(cè)量為了測(cè)量放大器的輸入電阻，按圖2－4電路在被測(cè)放大器的輸入端與信號(hào)源之間串入一已知電阻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測(cè)量時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn):①由于電阻R兩端沒(méi)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UR＝US－Ui求出UR值。②電阻R的值不宜取得過(guò)大或過(guò)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R＝1～2KΩ。3)輸出電阻R0的測(cè)量按圖2-4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。圖2－4輸入、輸出電阻測(cè)量電路

4)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2－5）時(shí)，說(shuō)明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(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(wú)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?；蛴檬静ㄆ髦苯幼x出UOPP來(lái)。

圖2－5靜態(tài)工作點(diǎn)正常，輸入信號(hào)太大引起的失真5)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2－6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fBW＝fH－fL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。6)干擾和自激振蕩的消除

參考實(shí)驗(yàn)附錄圖2－6幅頻特性曲線3DG9011(NPN)3CG9012(PNP)9013(NPN)圖2－7晶體三極管管腳排列

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件

1、THM-3型模擬電路實(shí)驗(yàn)箱2、雙蹤示波器3、交流毫伏表4、直流電壓表5、直流毫安表6、萬(wàn)用電表7、單管/負(fù)反饋兩級(jí)放大電路固定線路板四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

將單管/負(fù)反饋兩極放大器固定線路板插入THM-3實(shí)驗(yàn)箱四個(gè)綠色固定插孔中，按實(shí)驗(yàn)電路圖2－1接線。各電子儀器可按實(shí)驗(yàn)一中圖1－1所示方式連接，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，先將單管/負(fù)反饋兩級(jí)放大器RW1電位器調(diào)至最大，接入電流表，并將THM-3實(shí)驗(yàn)箱上函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至零（暫不接入信號(hào)源）。將實(shí)驗(yàn)箱直流穩(wěn)壓電源＋12V用鎖緊線對(duì)應(yīng)接入固定線路板+12V電源插孔中，調(diào)節(jié)RW1，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流電壓表測(cè)量UB、UE、UC及用萬(wàn)用電表測(cè)量RB2值。記入表2－1。

表2-1IC＝2mA測(cè)量值計(jì)算值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（KΩ）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2、測(cè)量電壓放大倍數(shù)

調(diào)節(jié)THM-3實(shí)驗(yàn)箱上函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，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2－2。表2－2Ic＝2.0mAUi＝mVRC（KΩ）RL(KΩ)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.4∞1.2∞2.42.43、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響

置RC＝2.4KΩ，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2－3。

表2－3

RC＝2.4KΩRL＝∞

Ui＝

mV

IC(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Ui＝0）。

4、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，ui＝0，調(diào)節(jié)RW1使IC＝2.0mA，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2－4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2－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝mVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.05、測(cè)量最大不失真輸出電壓

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，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2－5。

表2－5RC＝2.4KRL＝2.4KIC(mA)Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)*6、測(cè)量輸入電阻和輸出電阻

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，IC＝2.0mA。輸入f＝1KHz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2-6。保持US不變，斷開(kāi)RL，測(cè)量輸出電壓Uo，記入表2-6。

表2-6

Ic＝2mARc＝2.4KΩRL＝2.4KΩ

US(mv)Ui(mv)