模拟实验三---三极管以及放大电路实验--2014

模拟实验三三极管及其放大电路实验的参考资料

请根据给的资料书写自己的预习报告，完成电路的预设方案、测量值的理论计算部分。

本次主要实验内容之一是：射极偏置CE电路的测量，包括：CS9013的β值测量，电压放大倍数的测量（区分有无Ce两种情况），输入、输出电阻，失真的记录（要求记录当时对应的Q的参数值），幅频特性的测试f H。

本次主要内容之二是：积分电路、微分电路的实验，参看实验二的要求。

以下是参考资料：

一．实验目的

1．对晶体三极管(3DG6、CS9013)、场效应管（3DJ6G）进行实物识别，了解它们的命名方法和主要技术指标。

2．学习用数字万用表、模拟万用表对三极管的三极区分以及β值进行测试的方法。

3．三极管(如: CS9013)的β值的测试。

4．研究静态工作点对放大电路动态性能的影响。

5．学习放大电路动态参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压）的测量方法。

6. 调节射极偏置CE电路相关参数，用示波器观测输出波形，对饱和失真和截止失真的情况进行研究。

7．用Multisim软件完成对射极偏置CE电路性能的分析，学习放大电路静态工作点的测试及调整方法，观察测定电路参数变化对放大电路的静态工作点、电压放大倍数及输出电压波形的影响。

二．知识要点

1．半导体三极管

半导体三极管是组成放大电路的核心器件，是集成电路的组成元件，在电路中主要用于电流放大、开关控制或与其他元器件组成特殊电路等。

半导体三极管的种类较多，按制造材料不同有硅管、锗管、砷化镓管、磷化镓管等；按极性不同有NPN 型和PNP型；按工作频率不同有低频管、高频管及超高频管等；按用途不同有普通管、高频管、开关管、复合管等。其功耗大于1W的属于大功率管，小于1W的属于小功率管。

半导体三极管的参数主要有电流放大倍数β、极间反向电流I CEO、极限参数（如最高工作电压V CEM、集电极最大工作电流I CM、最高结温T jM、集电极最大功耗P CM）以及频率特性参数等。有关三极管命名、类型以及参数等可查阅相关器件手册。

下面给出几种常用三极管的参数举例如表3-01所示：

表3-01 几种常用三极管的参数

2．半导体三极管的识别与检测 (1)三极管的电极和类型判别 1) 直观辨识法。

半导体三极管有基极(B)、集电极(C)和发射极(E)三个电极，如图3-11所示，常用三极管电极排列有E-B-C 、

B-C-E 、C-B-E 、E-C-B 等多种形式。

2) 特征辨识法。如图3-01所示，有些三极管用结构特征标识来表示某一电极。如高频小功率管3DGl2、3DG6的外壳有一小凸起标识，该凸起标识旁引脚为发射极；金属封装低频大功率管3DD301、3AD6C 的外壳为集电极等。

(2)硅管、锗管的判别 根据硅材料PN 结正向电阻较锗材料大的特点，可用万用表欧姆R ×1k Ω档测定，

若测得PN 结正向阻值约为3～l0k Ω，则为硅材料管； 图3-1 三极管结构特征标识极性

若测得正向阻值约为50～1k Ω，则为锗材料管。或测量发射结(集电结)反向电阻值，若测得反向阻值约为500k Ω，则为硅材料管；若测得反向阻值约为100k Ω，则为锗材料管。 3．放大电路的动态指标测试

放大电路的主要指标有电压放大倍数A v 、输入电阻R i 、输出电阻R o ,以及最大不失真输出电压VO (max)、频率特性等。在进行动态测试时，各电子仪器与被测电路的连接如图3-2所示。实验电路则如后面的图3-18所示。

图3-2 实验电路与各测试仪器的连接

提示：为防止干扰，各仪器的公共接地端与被测电路的公共接地端应连在一起。同时，信号源、毫伏表和示波器的信号线通常都采用屏蔽线，而直流电源VCC 的正、负电源线可只需普通导线即可。 (1)电压放大倍数A v 的测量

输入信号选用1KHz 、约5 mV 的正弦交流信号，用示波器观察放大电路输出电压VO 的波形，在输出信号没有明显失真的情况下，用毫伏表测得VO 和VI ，于是可得VI

VO

A V 。

(2)最大不失真输出电压的测量

放大电路的线性工作范围与三极管的静态工作点位置有关。当I CQ 偏小时，放大电路容易产生截止失真；而I CQ 偏大时，则容易产生饱和失真。需要指出的是，当I CQ 增大时，VO 波形的饱和失真比 较明显，波形下端出现“削底”，如图3-3a 所示。而当I CQ （a ） （b ） （c ） 减小时，VO 波形将出现截止失真，如图3-3所 图3-3 静态工作点对输出电压V o 波形的影响 示，波形上端出现“削顶”。 (a) VO 易出现饱和失真 (b)VO 易出现截止失真

当放大电路的静态工作点调整在三极管线性工作范围的 (c) VO 波形上下半周同时出现失真

中心位置时，若输入信号 VI 过大，VO 的波形也会出现失真，上下同时出现“削顶”和“削顶”失真，如图3-3(c)所示。此时，用毫伏表测出VO 的幅度，即为放大电路的最大不失真输出电压V o （max ）。 (3)输入电阻R i 的测量

输入电阻的测量电路如图3-4所示。

图3-4 测量输入电阻的电路 图3-5 测量输出电阻的电路

放大电路的输入电阻：i

i

i I V R =

在放大电路的输入端串联一只阻值已知的电阻R S （可取510Ω），见图3-4所示，通过毫伏表分别测出R S 两端对地电压，求得R S 上的压降(V s -V i )，则： S i S i R V V I /)(-=所以有 S i

S i

S

i S i i i i R V V V R V V V I V R -=-==

通过测量V S 和V i 来间接地求出R S 上的压降，是因为R S 两端没有电路的公共接地点。若用一端接地的毫伏表测量，会引入干扰信号，以致造成测量误差。 (4)输出电阻的测量

放大电路的输出端可看成有源二端网络。如图3-5所示。

用毫伏表测出不接R L 时的空载电压V o ’和接负载R L 后的输出电压V o ，即可间接地推算R O 的大小：

L o o L o o o o R V V R V V V R ???

?

??-=-=

1'/'。 (5)放大电路频率特性的测量方法

放大电路频率特性是指放大电路的电压放大倍数A v ，与输入信号频率之间的关系。A v 随输入信号频率变化下降到0.707A v 。时所对应的频率定义为下限频率L f 和上限频率H f ，通频带为L H BW f f f -=。 上、下限频率可用以下方法测量：先调节输入信号V i 使V i 频率为1kHz ；调节V i 幅度，使输出电压V o

幅度为1V 。保持V i 幅度不变，增大信号V i 的频率，V o 幅度随着下降，当V o 下降到0.707 V 时，对应的信号额率为上限频率H f ；保持V i 幅度不变，降低V i 频率，同样使V o 幅度下降到0.707 V 时， 对应的信号频率为下限频率L f 。

(6截止失真、饱和失真两种失真现象的实验方法

测量电路如图3-18所示，选择合适I CQ ，在R L =∞情况下，增大输入信号，使输出电压保持没有失真，然后调节电位器Rb 2阻值，改变电路的静态工作点，使电路分别产生较为明显的截止失真与饱和失真，测出产生失真后相应的集电极静态电流。做好相应的实验记录。 三．实验内容

1．查阅手册并测试晶体三极管(CS9013)的参数，记录所查和所测数据。

2．用晶体三极管3DG100D 或CS9013组成如图3-6所示射极偏置共射极放大电路，通过改变电位器R 2，使得V CE 为4V ，测量此时V CEQ 、V BEQ 、R b 的值，计算放大电路的静态工作点Q 对应的三个参数值。 3．在下列两种情况下，测量放大电路的电压放大倍数和最大A v 不失真输出电压VO MAX 。(1)RL =R 4=∞（开路）②RL =R 4= 5.1kΩ。

建议：最初使用1KHz 、10mV 的正弦信号作为输入信号进行测试；然后改变输入信号的幅值，使用双踪显示方式同时显示VI 与 VO ，进行监视，尽量选择较大幅度的正弦信号作为放大器的VI ，在保证VO 波形不失真的条件下进行测量。（若VO 波形失真，所测动态参数就毫无意义）。

图3-6 射极偏置CE 电路

表3-09 静态数据记录表

表3-10 测A V 的记录表

4． 观察饱和失真和截止失真，并测出相应的集电极静态电流。 5． 测量放大电路的输入电阻R i 和输出电阻R o 。

6． 测输出电压的最大不失真幅值；并对加入与不加入射极旁路电容两种情况进行动态性能的研究。 *7．按照图3-10设计BJT 的β测试电路，确定电路中所有元器件和输入电压的参数值，并对测试结果

进行比较和误差分析。

图3-10 BJT 的β值测试电路图

*7．测量图3-18放大电路带负载时的上限频率H f 和下限频率L f 。 四．思考题

1．R b 为什么要由一个电位器和一个固定电阻串联组成？ 2．电解电容两端的静态电压方向与它的极性应该有何关系？ 3．如果仪器和实验线路不共地会出现什么情况？通过实验说明。

五．实验报告

1．按照实验准备的要求完成设计作业一份，并估算放大电路的性能指标。

2．记录实验中测得的有关静态工作点和电路的A u、V o(max)、R i和R o的数据。

3．认真记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出输入、输出对应的波形图。

4．对测试结果进行理论分析，找出产生误差的原因。

5．详细记录组装、调试过程中发生的故障或问题，进行故障分析，并说明排除故障的过程和方法。 6．写出对本次实验的心得体会，以及改进实验方法的建议。

提示：

1．组装电路时，不要弯曲三极管的三个电极，应当将它们垂直地插入面包板孔内。

2．先分别组装好电路，经检查无误后，再打开电源开关。

3．测试静态工作点时，应关闭信号源。

4．本实验接点多，元器件多，组装时一定要确保接触良好，否则，会因接触不良，出现错误或造成电路故障。