線性電子電路實(shí)驗(yàn)（第3版） 課件 單級(jí)放大器的設(shè)計(jì)與測(cè)試

單級(jí)放大器的設(shè)計(jì)與測(cè)試3學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)單級(jí)低頻放大器電路參數(shù)的工程設(shè)計(jì)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法、了解電路中各元器件參數(shù)值對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。掌握放大器的主要性能指標(biāo)的調(diào)測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)儀器模擬電路實(shí)驗(yàn)箱功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器雙蹤示波器數(shù)字萬(wàn)用表交流毫伏表實(shí)驗(yàn)原理單級(jí)放大器是構(gòu)成多級(jí)放大器和復(fù)雜電路的基本單元。其功能是在不失真的條件下，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大。要使放大器正常工作，必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)Q的設(shè)置需要滿足：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、非線性失真等各項(xiàng)指標(biāo)的要求；當(dāng)外界環(huán)境等條件發(fā)生變化時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)要保持穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)原理為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，經(jīng)常采用具有直流電流負(fù)反饋的分壓式偏置單管放大器實(shí)驗(yàn)電路。+-ui+-uo實(shí)驗(yàn)原理外加信號(hào)us經(jīng)過(guò)C1耦合到三極管基極，經(jīng)過(guò)放大器放大后從三極管的集電極輸出，再經(jīng)C2耦合到負(fù)載電阻RL上。上偏置電路：由Rb1和RW組成；下偏置電路：由Rb2組成Rc是集電極電阻；Re是發(fā)射極電阻C1和C2是交流耦合電容Ce是發(fā)射機(jī)旁路電容，為交流信號(hào)提供通路RL是負(fù)載電阻；Rs是測(cè)試電阻，以便測(cè)量輸入電阻2024/12/5參數(shù)估算上、下偏置電阻阻值工程估算中一般取

故參數(shù)估算為使放大器更穩(wěn)定的工作，上、下偏置電阻取值應(yīng)小，但過(guò)小會(huì)使靜態(tài)功耗增大且引起信號(hào)源us的電流分流過(guò)大，使放大器輸入電阻變小，故工程上一般取RC應(yīng)根據(jù)實(shí)際電阻的標(biāo)稱(chēng)值和放大倍數(shù)要求來(lái)確定。若RC、AV無(wú)明確要求，可以選取RC上的直流電壓降VRC和VCEQ大致相等，可保證有較大的動(dòng)態(tài)范圍。注意：以上四種電阻值根據(jù)計(jì)算值的范圍再結(jié)合實(shí)驗(yàn)箱中現(xiàn)有的電阻值取相近值確定。其中，基極上偏置電阻可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RW來(lái)確定，RC也可另外串接電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)確定。參數(shù)估算C1、C2和Ce電容的選擇一般來(lái)說(shuō)C1、C2和Ce越大，低頻特性越好，但電容過(guò)大體積也大，既不經(jīng)濟(jì)又加大分布電容，影響高頻特性，再者電容量大的電解電容漏電電流也大。一般能滿足放大器的下限頻率即可。工程估算時(shí)C1、C2一般取10～50μF，Ce取30～100μF。具體電容值可由實(shí)驗(yàn)箱中現(xiàn)有的電容予以確定。參數(shù)估算交流電壓放大倍數(shù)單管放大器主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)輸入電阻輸出電阻參數(shù)估算設(shè)計(jì)任務(wù)已知單級(jí)低頻放大器所用的晶體三極管型號(hào)為9013，其β=100，電路工作電源VCC=12V，設(shè)ICQ=2.4mA，AV=-100，RL=5.1kΩ。根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)、計(jì)算并選取電路器件參數(shù)，使放大器能夠不失真地放大常用的正弦波信號(hào)，并達(dá)到|AV|≥80的要求。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組裝連接實(shí)驗(yàn)電路根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路原理圖和所設(shè)計(jì)選定的參數(shù)，用導(dǎo)線進(jìn)行連接組裝。組裝之前須測(cè)量和調(diào)節(jié)電源電壓所需要的值，并注意電源的極性和信號(hào)源的接地線都不能接錯(cuò)，不能帶電接線。電容的極性不要接錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方法一：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，調(diào)節(jié)RW使得設(shè)計(jì)值VEQ=IEQRe≈ICQRe，然后測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)。方法二：用示波器觀察輸出波形，如果放大了幾十倍到二百多倍，而且輸出波形不失真。則在信號(hào)源輸入信號(hào)Vi=0時(shí)，測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)。注意：一般硅管的VBEQ約為0.7V左右，IEQ≈ICQ，否則為電路有誤或測(cè)量或計(jì)算錯(cuò)誤。直流工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容直流工作點(diǎn)的測(cè)量用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并進(jìn)行記錄。直流電壓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容動(dòng)態(tài)指標(biāo)的測(cè)量電壓增益的測(cè)量將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦波信號(hào)頻率f調(diào)為1kHz，其幅度調(diào)為10mV-30mV之間，用示波器觀察放大器輸出端有放大且不失真的正弦波后，用數(shù)字萬(wàn)用表（或交流毫伏表）測(cè)出其輸出和輸入電壓的有效值，即可得到電壓增益。輸入電阻Ri的測(cè)量Ri為放大器輸入端看進(jìn)去的交流等效電阻，它等于放大器輸入端信號(hào)電壓Vi與輸入電流Ii之比。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)采用換算法測(cè)量輸入電阻。在信號(hào)源與放大器之間串入一個(gè)已知電阻Rs，只要分別測(cè)出Vs

和Vi，即可得知輸入電阻為：輸出電阻Ro的測(cè)量Ro系指放大器輸出等效電路中將信號(hào)源視為短路，從輸出端向放大器看進(jìn)去的交流等效電阻。它的大小能夠說(shuō)明放大器承受負(fù)載的能力，其值越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通頻帶BW的測(cè)量通頻帶BW定義：指放大器的增益下降到中頻增益AV的0.707倍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的上限頻率fH和下限頻率fL之差。即：BW=fH–fL。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通頻帶BW的測(cè)量通頻帶的測(cè)量方法：將放大器輸入中頻信號(hào)，如f=1kHz，在其輸出端有正常的放大波形時(shí)，測(cè)出其電壓值為Vo

，然后維持Vi不變，增加信號(hào)源的頻率直到輸出電壓下降到0.707Vo為止，此頻率就是上限頻率fH

。同理保持不變，降低信號(hào)源的頻率直到輸出電壓下降到0.707Vo為止，此頻率就是下限頻率fL

。須多次反復(fù)調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率和輸出電壓幅度才能完成測(cè)量。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三種失真波形的調(diào)節(jié)與觀察既飽和又截止失真波形

增加信號(hào)源的輸出電壓幅度（必要時(shí)再略調(diào)電位器RW），使放大器輸出端同時(shí)出現(xiàn)正負(fù)向失真，將示波器觀察到的失真波形畫(huà)出。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容飽和失真波形

降低RW的值，使VCEQ的值很小，即放大器工作在飽和區(qū)，測(cè)畫(huà)出示波器此時(shí)顯示出的輸出波形即為放大器的飽和失真波形（一般是指輸出為負(fù)半周的波形被削平）。截止失真波形

增大RW的值，使放大器工作在截止區(qū)，即VCEQ很大，測(cè)畫(huà)出示波器觀察到的截止失真波形（一般是指輸出為正半周的波形被削平）。注意事項(xiàng)為了靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)的方便，應(yīng)該選擇較大阻值的電位器Rw。放大電路輸入電壓的幅值不能太大，一般為幾到二十幾毫伏，否則輸出信號(hào)會(huì)嚴(yán)重失