单管放大器的设计与制作剖析

实验四单管放大器的设计与制作

3学时

一、实验目的

1．设计与制作一个单管放大器实验电路，掌握其静态工作点的调试方法、了解其电路中各元器件参数值对静态工

作点的影响。

2．掌握单管放大器的主要性能指标的调测方法。

3．了解单管放大器电路参数的工程设计方法。

二、实验预习要求

1．预习实验原理和测量方法。

2．写出预习报告，画出完整正确的实验电路图。如果选择自己设计的电路和参数进行实验，则要预先完成电路和

参数的设计。

3．在预习报告中明确实验内容（可用字母和相应公式以及表格表示）。

三、实验原理

单级放大器是构成多级放大器和复杂电路的基本单元。其功能是在不失真的条件下，对输入信号进行放大。要使放大器正常工作，必须设置合适的静态工作点。静态工作点Q的设置一要满足放大倍数、输入电阻、输出电阻、非线性失真等各项指标的要求；二要满足当外界环境等条件发生变化时，静态工作点要保持稳定。影响静态工作点的因素较多，但当晶体管确定之后，主要因素取决于偏置电路，如电源电压的变动、集电极电阻

R和基

C

极偏置电阻的改变等都会影响工作点。

静态工作点设置在交流负载线中点的附近，能使放大器获得最大不失真的输出电压，如图4.1所示。若工作点选得太高就会产生饱和失真，若工作点选得过低就会出现截止失真，如图4.2所示。

图4.1具有最大动态范围的静态工作点

图4.2 静态工作点设置不合适产生的失真

为了稳定静态工作点，经常采用具有直流电流负反馈的分压

输入信号

输出信号

截止区分界线

饱和区分界线

式偏置单管放大器实验电路，如图4.3所示。电路中上偏置电阻

1R '由1R 和1W R 串联组成；2R 为下偏置电阻；C R 为集电极电阻；E R 为

发射极电流负反馈电阻，起到稳定直流工作点的作用；1C 和2C 为交流耦合电容；3C 为发射极旁路电容，为交流信号提供通路；S R 为测试电阻，以便测量输入电阻；L R 为负载电阻。外加输入的交流信号S V 经1C 耦合到三极管基极，经过放大器放大后从三极管的集电极输出，再经2C 耦合到负载电阻L R 上。

图4.3 实验电路原理图

根据理论分析和工程估算法，可得到如图4.3所示的单管放大器实验电路正常工作时的主要动态性能指标如下：

交流电压放大倍数:

be

C

L be ce C L be o L V r R R r r R R r r R A ////////βββ-≈-=-=

输入电阻：

()be W i r R R R r ////112+=

输出电阻：

ce C o r R r //=

*四、实验电路参数设计

已知单级低频放大器所用的晶体三极管型号为9013（或者其

它NPN 类型的管子）,其100=β，电路工作电源V

V CC

12=，设

mA I CQ 4.2=，100-=V A ，Ω=k R L 1.5。根据以上要求，设计、计算并

选取电路器件参数，使放大器能够不失真地放大常用的正弦波信号，并达到100≥V A 倍的要求。

1．偏置电路形式的选择

由于分压式电流负反馈偏置电路应用十分广泛，所以本实验电路选用如图4.3所示的分压式电流负反馈偏置电路。

2．发射极电阻4R 的确定 因为工程估算中一般取CC EQ

V V )3.0~2.0(=，所以

CQ

EQ EQ

EQ E I V I V R R ≈=

=4

3．上下偏置电阻的确定

为使放大器能更稳定地工作，满足BQ Q

I I >>1的条件，上下偏

置电阻取值应小，但过小会使静态功耗增大且引起信号源S V 的电流分流过大，使放大器输入电阻变小，故工程上一般取BQ Q I I )10~5(1=，则下偏置电阻

β

CQ

BEQ EQ Q

BQ B I V V I V R R )

10~5(122+=

≈

=

β

CQ

BQ

CC Q

BQ

CC W B I V V I V V R R R )

10~5(1111-=

-≈

+=

4．集电极电阻C R 的确定

C R 应根据实际负载电阻值和放大倍数要求来确定。若L R 、V

A 无明确要求，可以选取C R 上的直流电压降C

R V 和CEQ V 大致相等，

可保证有较大的动态范围。此时C R 为：

CQ

EQ

CC C I V V R R -=

=213

以上四种电阻值根据计算值的范围再结合实验箱中现有的电阻值取近似值确定。其中基极上偏置电阻可通过调节电位器1

W R

来确定，

R可另外串接电位器2W R进行调节确定。

C

5．

C、2C、3C电容的选择

1

一般来说

C、2C、3C越大，低频特性越好，但电容过大体积

1

也大，既不经济又加大分布电容，影响高频特性，再者电容量大的电解电容漏电电流也大。一般能满足放大器的下限频率即可。工程估算时

C、2C一般取10～50µF，3C取30～100µF。

1

五、实验内容及步骤

1．正确组装连接实验电路

①根据实验电路原理图和所设计选定的参数以及常用的电

子仪器，用导线进行连接组装。

②组装之前须测量和调节电源电压所需要的值，并注意电源

的极性和信号源的接地线都不能接错，不能带电接线。

③将功率函数信号发生器的输出波形选择为正弦波，频率

=，输出幅度选择在dB

kHz

f1

-处，并按照图4.3中S V的

40

极性要求接入放大器的输入端。

④将示波器的各开关、旋钮选择在相应合适的档位，并将其

测试连接线接到放大器的输出端，完成实验电路制作。

2．直流工作点的调节与测量（记录在表4.1中）

①直流工作点的调节

反复调节电位器

R和功率函数信号发生器的输出幅度

W

1

细调旋钮，使三极管工作在放大区，并且有合适的工作点。

此时示波器显示的放大器输出正弦波形不失真，且有很大的放大量（一般

A为几十倍到200倍之间），表示放大器的直

V

流工作点调试完成。

②实验故障排除

经反复调节后，放大器输出端仍然无波形或输出波形失真、输出波形没有放大或者放大量太小等都说明所装实验电