模电仿真实验 共射极单管放大器

仿真实验报告册

仿真实验课程名称：模拟电子技术实验仿真仿真实验项目名称：共射极单管放大器

仿真类型（填■）：（基础■、综合□、设计□）

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指导老师：完成时间：

成绩：

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一、实验目的

（1）掌握放大器静态工作点的调试方法，熟悉静态工作点对放大器性能的影响。 （2）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。

（3）熟悉低频电子线路实验设备，进一步掌握常用电子仪器的使用方法。

二、实验设备及材料

函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。

三、实验原理

电阻分压式共射极单管放大器电路如图3.2.1所示。它的偏置电路采用（R W +R 1）和R 2组成的分压电路，发射极接有电阻R 4（R E ），稳定放大器的静态工作点。在放大器的输入端加入输入微小的正弦信号U i ，经过放大在输出端即有与U i 相位相反，幅值被放大了的输出信号U o ，从而实现了电压放大。

在图3.2.1电路中，当流过偏置电阻R 1和R 2的电流远大于晶体管T 的基极电流I B

时（一般5~10倍），则它的静态工作点可用下式进行估算（其中U CC 为电源电压）：

CC

21W 2

BQ ≈

U R R R R U ++ （3-2-1）

C 4

BE

B EQ ≈I R U U I -=

（3-2-2） )(43C CC CEQ R R I U U +=- （3-2-3）

电压放大倍数 be

L

3u ||=r R R β

A - （3-2-4） 输入电阻 be 21W i ||||)(r R R R R += （3-2-5）

图3.2.1 共射极单管放大器

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输出电阻 3o ≈R R （3-2-6） 1、放大器静态工作点的测量与调试 （1）静态工作点的测量

测量放大器的静态工作点，应在输入信号U i = 0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的万用表，分别测量晶体管的集电极电流I C 以及各电极对地的电位U B 、U C 和U E 。一般实验中，为了避免测量集电极电流时断开集电极，所以采用测量电压，然后计算出I C 的方法。例如，只要测出U E ，即可用E

E

E C ≈R U I I =

计算出I C （也可根据C C CC C R U U I -=，由U C 确定I C ），同时也能计算出U BE = U B -U E ，

U CE = U C -U E 。

（2）静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流I C （或U CE ）的调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大的影响。如工作点偏高（如图3.2.2中的Q 1点），放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时U o 的负半周将被削底。如工作点偏低（如图3.2.2中的Q 2点），则易产生截止失真，即U o 的正半周被削顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的U i ，检查输出电压U o 的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。

改变电路的参数U CC 、R C 、R B （R W ，R 2）会引起静态工作点的变化。通常采用调节偏电阻R W 的方法来改变静态工作点，如减小R W ，可提高静态工作点等。

注意：静态工作点的“偏高”或“偏

低”是相对信号的幅度而言。如果信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不会出现失真。所以说，波形失真是信号幅度与静态工作点设置不匹配而导致的。如须满足较大的输入信号，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

2、放大器动态指标测试

放大器动态指标测试包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。

（1）电压放大倍数A u 的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压u i ，在输出电压u o 不失真的

图3.2.2 静态工作点对U o 波形失真的影响

情况下，用交流毫伏表测出u i和u o的有效值

U

i

和U o，则

i

o

u U

U

A=（3-2-7）（2）输入电阻R i的测量

为了测量放大器的输入电阻，在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R S，如图3.2.3所示。在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出U S和U i，则根据输入电阻的定义可得：

S

i

S

i

S

R

i

i

i

i

=

=

=R

U

U

U

R

U

U

I

U

R

-

（3-2-8）

测量时应注意:

①测量R S两端电压U R时必须分别测出U S和U i，然后按U R=U S-U i求出U R值。

②电阻R S的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常R S与R i 为同一数量级为宜，本实验可取R S=1 kΩ。

（3）输出电阻R o的测量

输出电阻R o的测量电路如图3.2.4所示，同样应取R L的值接近R o为宜。在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载R L的输出电压U∞和接入负载后输出电压U L，根据：

∞

+

=U

R

R

R

U

L

o

L

L

（3-2-9）即可求出R o：

L

L

o

)1

(R

U

U

R-

∞

=（3-2-10）在测试中应注意的是，必须保持R L接入前后的输入信号大小不变。

（4）最大不失真输出电压U omp-p的测量（最大动态范围）

为了得到最大动态范围，首先应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节R W（改变静态工作点），用示波器观察U o，当输出波形在正、负峰附近同时开始出现削底和削顶现象（如图3.2.5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后再反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，从示波器上可直接读出最大动态范围U omp-p，或用交流毫图3.2.3 输入电阻测量电路图3.2.4 输出电阻测量电路

.

. 伏表测出U o

（有效值），则最大动态范围U omp-p =o 22U 。

（5）放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数A u 与输入信号频率f 之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图3.2.6所示。A um 为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即

0.707A um 所对应

的频率分别称为下限频率f L 和上限频率f H ，则通频带

BW = f H -f L （3-2-11）

测量放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A u 。可以采用前面测A u 的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数即可。测量时要注意取点要恰当，在低频段与高频段要多测几个点，在中频可以少测几个点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不能失真。

实验中通常只要求测量出通频带。利用示波器可以进行BW 的简易测量，方法是在示波器上测量出输入中频段信号时的输出信号幅度后，在保持输入信号幅度不变的情况下，减小或增大输入信号的频率，再通过在示波器上观测输出信号幅度，找到输出信号幅度降低至中频段输出的1/2倍时的输入信号频率即为f L 或f H 。

四、仿真元件及仿真测试仪器

图3.2.5 波形同时出现削底和削顶现象的失真

图3.2.6 放大器的幅频特性曲线

电阻

电容

函数信号 发生器

示波器

三极管

电位器

万用表

五、实验内容

如图3.2.1所示连接共射极单管放大器实验电路。注意当检查电路无误后，调节直流电源电压至U CC选定值12V，方可接通电源。

1、静态工作点的测量与调整（验证性实验）

（1）静态工作点的测量

静态工作点测量条件：没有输入信号，即U i = 0。实验时将电路信号输入端接地。

调节电位器R W，使I CQ =1.5 mA。实验时为了避免直接测量电流，可采取测量晶体管发射极电压U E或测量晶体管集电极电压U C的方法：调节电位器R W，使U E=2.25V 或U C =9.3V或者I CQ =1.5mA。调整好I CQ后，用万用表直流电压档测量U BQ、U EQ、U CQ 值，记入表3-2-1。根据测量值计算U BEQ=U BQ-U EQ和U CEQ=U CQ-U EQ，再与理论计算值比较。

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表3-2-1 静态工作点测量数据记录电压单位：/ V

测量值理论计算值U B Q U E Q U C Q U B E Q U C E Q I C Q U B E Q′U C E Q′

2.888V 2.274V 9.284V 61

3.249m V 7.01V 1.508mA 0. 7V 7V

（2）观察静态工作点对输出波形失真的影响

在前面实验设定的静态工作点（R C =1.8 kΩ、I C =1.5 mA）基础上，取R L=∞。按图3.2.7连接测量仪器，用示波器观测放大器的输入、输出信号波形，交流毫伏表测量放大器的输入信号电压。

仿真电路

①调节信号发生器，输出频率为1kHz、有效值为5mV的正弦波从A1端输入信号U i，用示波器观察并记录输出电压的输出波形，将数据记入表3-2-2。

②保持输入信号U i不变，增大电位器R W的值，使波形出现失真，定性绘出U o 的波形，并测出失真情况下的I C和U CE值，记入表3-2-2。

③仍保持输入信号U i不变，减小电位器R W的值，使波形出现失真，定性绘出U o 的波形，并测出失真情况下的I C和U CE值，记入表3-2-2。

注：表3-2-2中工作状态判断：判断输出波形是否存在失真？存在的失真是截止失图3.2.7 放大器性能测试系统

.

真还是饱和失真？晶体管工作点状态判断是否基本合适？是偏高还是偏低？

表

3-2-2 测量静态工作点对输出波形失真的影响数据记录R C =1.8 kΩ R L= ∞ 工作条件U o 波形工作状态判断

①

U i = 5 mV

R W适中

U EQ = 2.25 V u o

t

失真情况：基本不失真

晶体管工作点状态：

基本合适

U CQ =9. 284 V

I CQ = 1.5 mA

U CEQ=7.009 V

②

U i = mV

R W偏小

U EQ =4.484V u o

t

失真情况：饱和失真

晶体管工作点状态：

偏高

U CQ =6.698V

I CQ =2.946mA

U CEQ =2.214 V

③

U i = mV

R W偏大

U EQ =1.536 V u o

t

失真情况：截止失真

晶体管工作点状态：

偏低

U CQ =10.164 V

I C Q=1.02mA

U CEQ = 8.628 V

饱和失真电路及各项参数如下：

饱和失真波形：

.

截止失真电路图及其各项参数：

截止失真波形：

.

.

2、放大器性能指标测试（验证性实验） 放大器性能指标测量仪器的连接如图3.2.7所示。 （1）测量电压放大倍数A u

调节信号发生器，输出频率f =1kHz 、有效值为5mV 的正弦波（用毫伏表测量）作为输入信号U i ，同时用双线示波器观察放大器输入电压U i 和输出电压U o 的波形，在U o 波形不失真的条件下，用示波器测量不同负载时放大器输出电压U o 波形，计算放大器的电压放大倍数A u 。测量数据记入表3-2-3，并记录其中一组输入、输出电压波形，注意用双线示波器观察U o 和U i 的相位关系。

表3-2-3 电压放大倍数A u 测量数据记录 R L / k Ω U op-p / V U orms /V A u 测试条件 5.1 1 0.337 68 R C =1.8 k Ω I C =1.5 mA U irms = 4.95 mV

51 1.25 0.436 88 ∞

1.25

0.451

91

. u i 和

u o波形

.

输入输出波形如下：

注意：由于晶体管元件参数的分散性，定量分析时所给U i，根据具体实际情况输入适当的U i值，在表3-2-3中测试条件栏记入实际输入的U i值。由于用示波器所测U o 的值为峰峰值，故需要转化为有效值或用毫伏表测得的U o来计算A u值。切记万用表、毫伏表测量的是有效值，而示波器观察的是峰峰值。

（1）测量输入电阻R i和输出电阻R o

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输入电阻R i：电路连接如图3.2.3所示，从A端输入f =1kHz、有效值分别为5mV、8mV的正弦信号U S，在输出电压U o不失真的情况下，用毫伏表分别测出U S、U i，记入表3-2-4，利用式3-2-8计算出R i和R i平均值，并与理论计算值比较。

表3-2-4 输入电阻R i测量数据记录R C=1.8 kΩ；I C=1.5 mA

（2）输出电阻R o：电路连接如图3.2.4所示。

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断开R L时的输出波形如下：

接入RL=5.1 kΩ时的输出波形如下：.

保持输入信号U i（3mv、5mV）不变的条件下，分别在断开R L与接入R L=5.1 kΩ的情况下，示波器测量输出电压U∞和U L的峰峰值，记入表3-2-5，利用式3-2-10计算R o和R o平均值，并与理论计算值比较。

表3-2-5 输出电阻R o测量数据记录R C =1.8 kΩ；I C =1.5 mA

六、实验总结

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每次做电路仿真实验都要特别的谨慎，因为电路仿真实验是全理想化的，不会像现实操作那般干扰甚多。如果仿真电路无法达到预期的效果，那一定是线路图出现错误，而出现的错误也很难寻找，只能提出猜想，然后逐个排除。本来我做的电路图也是不能实现预期效果的，但是在我自己仔细寻找电路问题和找同学寻求帮助，不断修改电路以后，它终于出现了理想的波形。

所以我觉得学习就必须非常谨慎，稍微有些参数没调好或者电路没有画好，就难以成功地把实验做好。其次，学习并不是一个人的事，有什么不懂的就应该谦虚的向同学发问。相信下次实验一定可以做得更好。

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