单极管放大电路实验报告材料.doc

实验三 晶体管单管共射放大电路实验报告一、 实验目的：1．学习电子线路安装、焊接技术。

2．学会放大器静态工作点的测量和调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。

3．掌握放大器交流参数：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压和频率特性的测试方法。

4．进一步熟悉常用电子仪器及模拟电路设备的使用方法和晶体管β值测试方法。

二、实验原理：（一）实验电路图3.1中为单管共射基本放大电路。

（二）理论计算公式： ① 直流参数计算：CCQ CEQ BQ EQ CQ BEQ BBEQBQ R I VCC V I I I V7.0V ;R V VCC I -=β⋅=≈≈-≈式中：② 交流参数计算：图2－1 共射极单管放大器实验电路()CO be B i ViS iVS LC L be'L V'bb EQ 'bb be R R r //R R A R R R A R R R ;r R A 300r (mA)I (mV)26β1r r ≈=*+=='*β-=++≈∥Ω的默认值可取式中：（三）放大电路参数测试方法由于半导体元件的参数具有一定的离散性，即便是同一型号的元件，其参数往往也有较大差异。

设计和制作电路前，必须对使用的元器件参数有全面深入的了解。

有些参数可以通过查阅元器件手册获得；而有些参数，如晶体管的各项有关参数（最重要的是β值），常常需要通过测试获取，为电路设计提供依据。

另一方面，即便是经过精心设计和安装的放大电路，在制作完成后，也必须对静态工作点和一些交流参数进行测试和调节，才能使电路工作在最佳状态。

一个优质的电子电路必定是理论设计和实验调试相结合的产物。

因此，我们不但要学习电子电路的分析和设计方法，还应认真学习电子调节和测试的方法。

1． 放大器静态工作点的调试和测量：晶体管的静态工作点对放大电路能否正常工作起着重要的作用。

对安装好的晶体管放大电路必须进行静态工作点的测量和调试。

① 静态工作点的测量：晶体管的静态工作点是指V BEQ 、I BQ 、V CEQ 、I CQ 四个参数的值。

这四个参数都是直流量，所以应该使用万用电表的直流电压和直流电流档进行测量。

测量时，应该保持电路工作在“静态”，即输入电压V i ＝0。

要使V i =0，对于阻容耦合电路，由于存在输入隔直电容，所以信号源的阻不会影响放大器的静态工作点，只要将测试用的信号发生器与待测放大器的输入端断开，即可使V i =0；但是输入端开路很可能引入干扰信号，所以最好不要断开信号发生器，而是将信号发生器的“输出幅度”旋钮调节至“0”的位置，使V i =0。

对于直接耦合放大电路，由于信号源的阻直接影响待测放大器的静态工作点，所以在测量静态工作点时必须将信号发生器连接在电路中，而将输出幅度调节至0。

在实验中，为了不破坏电路的真实工作状态，在测量电路的电流时，尽量不采用断开测点串入电流表的方式来测量，而是通过测量有关电压，然后换算出电流。

在本实验中，只要测出V BQ 、V CQ 、VCC 电压值，便可计算出V BEQ 、V CEQ 、I CQ 、I BQ 。

计算公式如下（计算前，需知道R B 、R C 的值）：式中：R B = R 1 + RWBBQBQ C CQCQ CQCEQ BQ BEQ R V VCC I R V VCC I V V ;V V -=-===为减小测量误差，应选用阻较高的直流电压表。

（500型万用表的直流电压档阻为20K Ω／V ，数字万用表直流电压档的阻为10M Ω。

）② 静态工作点的调节方法：静态工作点的设置是否合适，对放大器的性能有很大的影响。

静态工作点对放大器的“最大不失真输出幅值”和电压放大倍数有直接影响。

当输入信号较大时，如果静态工作点设置过低，就容易产生截止失真（NPN 管的输出波形为顶部失真。

见图3.2（a ））；如果静态工作点设置较高，就容易出现饱和失真（NPN 管的输出波形为底部失真。

见图3.2（b ））。

当静态工作点设置在交流负载线的中点时，如果出现失真，将是一种上下半周同时削峰的失真（见图3.2（c ））。

这时放大器有最大的不失真输出幅值。

前置放大器，由于处理的信号幅度较小，不容易出现截幅现象，而应着重考虑放大器的噪声、增益、输入阻抗、稳定性等方面，所以一般设置静态工作点在交流负载线中点以下偏低位置。

调节静态工作点一般通过改变R B 的阻值来进行。

若减小R B 的阻值 ，可使I CQ 增大，V CEQ 减小；增大R B 则作用相反。

调节工作点前，应先用图解法根据交流负载线确定最佳工作点的值（I CQ 、V CEQ ），然后给待测放大器加电后，用万用表测量V CEQ，调节R B ，使V CEQ 达到设计值。

必要时，需要在放大器输入端输入一定幅度的正弦信号，用示波器观察输出波形，并调节R B ，使输出信号的失真最小。

实验中，为调节静态工作点方便，R B 采用了可变电阻RW （当然，如果改变VCC 和其它元件的数值也会影响静态工作点，但都不如调节R B 方便）。

实际应用电路中在Q 点调节好后，将RW 换为阻值相同的固定电阻。

2． 放大器动态指标测试：本次实验中要测试的动态指标如下：电压放大倍数A V 、输入电阻R i 、输出电阻R o 、最大不失真输出幅值和通频带f bw 。

实用放大电路常常还要测试谐波失真系数、噪声系数、灵敏度、最大不失真输出功率、电源效率等参数。

这些参数也很重要，但限于实验课时限制，本次实验不进行测试。

① 电压放大倍数A V 的测量： 首先调节放大器静态工作点至规定值。

用低频信号发生器（XD22型）输出1KHz 正弦波信号V S ，用屏蔽线将正弦波信号接至放大器的输入端（线路图中的A 点和地之间，注意将屏蔽线的外层屏蔽网接地）。

调节信号发生器输出幅度为规定值，用示波器（XJ4241型）观察输出电压V O 的波形，注意输出不应产生失真。

如果存在失真，应再次检查静态工作点和电路元件的数值，这些方面都正确的话，应减小输入信号的幅值。

s i o SOVSiO V V V A V V A ==图中V i 、V s 、V o 以电子管毫伏表测得，用示波器观察输出波形在不失真情况下测量。

② 输入电阻R i 的测量： 根据输入电阻的公式可知：iii I V R =由于输入电流I i 的直接测量比较困难（直接在输入端串入电流表测量I i 将对放大器引入较大的干扰信号），所以在测量 I i 时，采用了间接测量的方法。

在电路输入端串入采样电阻R S ，用电子管毫伏计测量R S 两端的电压V s 和V i ，由R S 上的电压降便可换算出输入电流I i 。

公式如下：siS i R V V I -=根据V i 和I i 便可计算出R i 。

③ 输出电阻R O 的测量： 根据输出电阻的公式可知：L O 'O O R 1V V R ⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=式中： V O ’—负载电阻R L 开路时的输出电压（将图3.1中的C 、D 开路）V O —带负载输出电压，连接R L 后测得。

然后按公式计算R O 。

在上述测量过程中注意保持输入电压V i 的频率和幅值不变。

④最大不失真输出幅值的测量：（最大动态围）放大器的静态工作点确定之后，其“最大不失真输出幅值”就确定了，但由于Q点不一定是在交流负载线的中点，所以不一定是该电路能够达到的最大值。

测试“最大不失真输出幅度”的电路接线同A V的测试电路相同。

在测量过程中，将输入信号V S的幅值由小逐渐增大，并注意观测V O的波形，当波形刚开始出现失真时，这时的输出电压V O的幅度就是该电路对应当前工作点的“最大不失真输出幅度”。

记录该波形和幅值，并注意首先出现的是“截止失真”还是“饱和失真”，可分析出静态工作点是偏低（首先出现截止失真）还是偏高（首先出现饱和失真）。

参看图3.2的失真波形。

为使电路能达到最大的不失真输出幅度，应该将静态工作点调节到交流负载线的中点。

为此，应根据当前工作点情况，将Q 点适当调高（Q点偏低时）或调低（Q点偏高时）。

同时，逐步增大输入信号的幅度，用示波器监视输出波形，每当波形出现失真时，就根据失真情况微调RW，改变静态工作点，使失真消除。

当波形上下半周同时出现削峰现象时，说明静态工作点已调节在交流负载线的中点上，用示波器测量最大不失真输出电压的幅值V OP-P，或用电子管毫伏表测量最大不失真输出电压的有效值V OM有效。

两者之间的关系为：V OP-P＝22V OM有效。

⑤放大器频率特性的测量.频率特性曲线来表示。

频率特性曲线直观的反映出电压放大倍数A V 、附加相移ΔΦ与输入信号的频率f之间的关系。

单管阻容耦合放大器的频率特性曲线如图3.4所示。

A vm为中频（信号频率f0=1KHz）1电压放大倍数。

当输入信号频率的变化时，电压放大倍数下降3dB（为中频放大倍数的2≈0.707倍）时对应的频率分别称为下限截止频率和（f L）和上限截止频率（f H），并定义通频带f bw为：f bw =f H - f L由于放大器的A V 不能直接测得，而是测出V i 和V o 之后根据公式：iOV V V A 计算而得，所以一般采用如下方法测量放大器的上、下限截止频率：固定信号发生器的输出V i 的幅值不变，改变其输出频率，这时V O 的变化即代表了A V 的变化。

先将信号发生器的频率设为1KHz ，用示波器观察放大电路的输出波形不失真，测量这时示波器显示的输出幅值V Omp 或用毫伏表测量放大电路的输出有效值V Om ，在保证输出信号不失真的前提下，可微调信号发生器的输出幅度，使放大器的输出电压易于读数（指针指示某一整数值）。

然后保持信号发生器的输出幅值不变，逐渐改变信号发生器的输出频率，记录对应该频率点的放大器输出电压V O ，当信号频率较低或较高时，V O 将下降。

这时应减小每次的频率变化增量，仔细寻找使V O =0.707V Om 时的频率值f ，该频率值就是f L 或f H 。

为减少测量所用的时间，在中频段，因放大电路的输出电压有较宽的一段基本不变，所以调节频率可适当粗一些，而在放大器输出电压发生变化时，应多测几点，以保证测量的准确性。

测试时，必须保证输入信号的幅值不变，只改变频率。

所以应使用双踪示波器同时监视U i 和U o ，当改变输入信号频率时，如果幅值有所改变，应调整信号发生器的输出幅值旋钮使U i 幅值与初始值相同。

⑥ 干扰和自激振荡的消除：参看附录。

三、实验容：实验电路如图3.1所示。

先画出装配图，然后焊接电路。

电路焊接好后，经检查无误，将实验电路与各电子仪器正确连接，再次检查无误后（特别要注意稳压电源的输出电压和极性、万用电表的量程），向下进行通电调试。