实验三 晶体管放大器分析与设计剖析
晶体管单管放大器实验报告
一、实验目的1. 理解晶体管单管放大器的基本原理和组成。
2. 掌握晶体管单管放大器静态工作点的调试方法。
3. 熟悉晶体管单管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。
4. 提高对常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用能力。
二、实验原理晶体管单管放大器是一种常见的放大电路，主要由晶体管、偏置电阻、负载电阻和耦合电容等组成。
实验电路采用共射极接法，通过输入信号u_i在晶体管的基极输入，放大后的信号u_o从集电极输出。
实验电路中，偏置电阻Rb1和Rb2组成分压电路，为晶体管提供合适的静态工作点。
负载电阻Rl接收放大后的信号，耦合电容C1和C2分别对输入信号和输出信号进行耦合，抑制交流干扰。
三、实验仪器与材料1. 晶体管（例如：3DG6）2. 偏置电阻（例如：Rb1=10kΩ，Rb2=20kΩ）3. 负载电阻（例如：Rl=10kΩ）4. 耦合电容（例如：C1=0.01μF，C2=0.01μF）5. 函数信号发生器6. 双踪示波器7. 万用电表8. 直流稳压电源9. 实验电路板四、实验步骤1. 按照实验电路图连接电路，将各元件和导线接到实验电路板上。
2. 将函数信号发生器输出端连接到双踪示波器，设置信号频率为1kHz，幅值为1V。
3. 将直流稳压电源连接到电路板，调节输出电压为12V。
4. 调节偏置电阻Rb1和Rb2，使晶体管处于合适的静态工作点。
使用万用电表测量晶体管的集电极电流Ic和集电极电压Uc，使其满足Ic=2mA，Uc=6V。
5. 在晶体管基极输入信号，观察双踪示波器上输入信号和输出信号的波形，记录电压放大倍数。
6. 测量输入电阻Ri和输出电阻Rl，计算放大器的输入电阻和输出电阻。
7. 调节输入信号幅值，观察输出波形，记录最大不失真输出电压。
五、实验数据及分析1. 静态工作点调试结果：Ic=2mA，Uc=6V。
2. 电压放大倍数：A_v=20。
3. 输入电阻：Ri=2kΩ。
晶体管放大器实验报告
晶体管放大器实验报告引言晶体管是一种常用的电子器件，它可以放大电信号。
本实验旨在通过实际操作，学习和理解晶体管放大器的原理和特性。
实验目的1.学习晶体管放大器的基本原理2.通过实验观察晶体管放大器的输入输出特性3.分析并掌握晶体管放大器的放大倍数和失真情况实验器材与元器件1.理想晶体管2.铜排3.三极管4.驱动电路5.测试仪器实验步骤1.搭建晶体管放大器电路–将晶体管、驱动电路、输入电路和输出电路依次连接起来，组成放大器电路–确保连接正确无误2.设置测试仪器–将信号发生器连接到输入电路，设置适当的频率和幅度–将示波器连接到输入和输出电路，用于观察输入输出信号3.调整电路参数–通过调节电路中的电阻、电容等元器件，使得电路工作在合适的工作状态–根据实验要求，选择合适的直流偏置点和交流耦合参数4.测试输入输出特性–分别输入不同的信号频率和幅度，观察输出信号的变化–记录输入输出电压的数值5.测试放大倍数–测量输入信号和输出信号的电压，并计算放大倍数–根据实验结果，分析放大器的增益和线性特性6.测试失真情况–输入不同幅度的信号，观察输出波形是否失真–通过示波器观察波形，分析失真原因和程度7.总结实验结果–根据实验数据和观察，总结晶体管放大器的特性和性能–分析实验中遇到的问题和解决方法–提出对放大器电路改进的建议实验结果与分析输入输出特性在不同频率和幅度的输入信号下，记录输入输出电压，并整理成表格如下：输入电压(V) 输出电压(V)0.5 1.21.02.51.5 3.82.0 5.1由表格可见，当输入电压增大时，输出电压也随之增大，且增大的幅度明显大于输入电压的变化幅度。
这表明晶体管放大器具有良好的放大性能。
放大倍数根据实验数据计算放大倍数，公式为：放大倍数=输出电压输入电压根据表格数据，计算可得：输入电压(V) 输出电压(V) 放大倍数0.5 1.2 2.41.02.5 2.5输入电压(V) 输出电压(V) 放大倍数1.5 3.82.532.0 5.1 2.55通过计算可知，晶体管放大器的放大倍数几乎保持不变，表明它具有较好的线性特性。
实验三 晶体管单管共射放大电路
实验三晶体管单管共射放大电路实验三 晶体管单管共射放大电路一、 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。
1．① R B 基极偏流电阻，提供静态工作点所需基极电流。
R B 是由R 1和RW 串联组成，RW 是可变电阻，用来调节三极管的静态工作点，R 1（3K ）起保护作用，避免RW 调至0端使基极电流过大，损坏晶体管。
② R S 是输入电流取样电阻，输入电流I i 流过R S ，在R S 上形成压降，测量R S 两端的电压便可计算出I i 。
③ R C —集电极直流负载电阻。
④ R L —交流负载电阻。
⑤ C1、C2 —耦合电容。
（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：()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。
实验三晶体管共射极单管放大器 (1)
实验二晶体管共射极单管放大器预习部分一、实验目的L学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。
2.掌握放大器主要性能指标及其测试方法。
3.熟悉示波器、函数发生器、交流亳伏表、直流稳压电源及模拟实验箱的使用。
二、实验原理1.静态工作点对放大器性能的影响及调试1）静态工作点当放大电路未加输入信号（为=0）时，在直流电源作用下，晶体管基极和集电极回路的直流电流和电压用/BQ、UBEQ、I CQ、UCEQ表示，它们在晶体管输入和输出特性上各自对应一个点，称为静态工作点。
放大器静态工作点Q的位置对放大器的性能和输出波形有很大影响。
以NPN型三极管为例，如工作点偏高（如图2-2・1中的Ql点），放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真, 此时儿的负半周将被削底；如工作点偏低（如图2-2-1中的Qz点）则易产生截止失真，即〃”的正半周被缩顶（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加，检查输出电压〃〃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。
图2-2-1静态工作点不合适产生波形失真最后还要申明电笔上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。
所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。
若要获得最大的不失真输出电压，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点，如图2-2-2中的Q点。
图2・2-3共射极单管放大器2）静态工作点的调试和测量方法静态工作点由偏置电路设置。
放大电路常用的偏置电路有固定和分压式偏置电路。
固定偏置电路仅由一个基极电阻构成，要求电阻在兆欧数量级上，Q点易受晶体管参数变化和基极电阻值误差的影响。
图2-2-3所示是分压式偏置的共射极放大电路。
偏置电路由两个千欧数量级的基极电阻RBl和R B2构成，并添加射极电阻，也称射极偏置。
实验三晶体管放大器分析与设计样本
实验三晶体管放大器分析与设计实验目的:1.熟悉仿真软件Mulitisim 的使用, 掌握基于Mulitisim 的瞬态仿真方法。
2.熟悉POCKETLAB硬件实验平台, 掌握基于功能的使用方法。
3.经过软件仿真和硬件实验验证, 掌握晶体三极管放大器的分析和设计方法。
4.经过软件仿真和硬件实验验证, 掌握场效应管放大器的分析设计方法。
实验预习:在图3-1所示电路中, 双极性晶体管2N3094的=120, V(BEon)=0.7v。
根据实验二的直流工作点, 计算该单级放大器的电压增益Av.填入表3-1.图3-1解: 其交流通路等效电路如图3-11所示.由实验三可知其直流工作点为:Rbe=26/3.662k=7.1kRi=(7.1+121*0.2) =31.3k Ai=120*4.7/1004.7=0.5614Av=0.5614*1000/31.3=17.935图3-11实验内容一．晶体三极管放大器仿真实验1.根据图3-1所示电路, 在Multisim中搭建晶体三极管2N3094单级放大电路。
加入峰峰值=50mv,频率等于10khz的正弦波。
结果查看: 采用示波器XCS1, 查看输入输出两路波形。
并用测量工具, 测试输入输出波形的峰峰值, 计算得到电压增益Av, 填入表格3-1.实验测得的输入输出波形图如表3-2所示。
表3-1 : 晶体三极管放大器增益计算值仿真值实测值放大器增益Av 17.935 17.726 19.122.変输入信号峰峰值, 取Vinpp=100mv, Vinpp=200mv, Vinpp=300mv, 重新进行瞬态仿真和频谱分析, 截取各输入条件下的输入输出波形图和频谱分析图, 填入表3-2.表3-2: 不同输入情况下的输入输出波形图。
瞬态波形图频谱分析Vinpp=50mv瞬态波形图频谱分析Vinpp=100mv瞬态波形图频谱分析Vinpp=200mv瞬态波形图频谱分析Vinpp=300mv答: 输入交流电压越大, 输出波形的失真度越大。
模电实验三晶体管共射极单管放大器
实验三 晶体管共射极单管放大器一、实验目的一、 学会放大器静态工作点的调试方式，分析静态工作点对放大器性能的阻碍。
二、 把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式。
3、 熟悉经常使用电子仪器及模拟电路实验设备的利用。
二、实验原理图3－1为电阻分压式工作点稳固单管放大器实验电路图。
它的偏置电路采纳R B1和R B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R E ，以稳固放大器的静态工作点。
当在放大器的输入端加入输入信号u i 后，在放大器的输出端即可取得一个与u i 相位相反，幅值被放大了的输出信号u 0，从而实现了电压放大。
图3－1 共射极单管放大器实验电路在图3－1电路中，当流过偏置电阻R B1和R B2 的电流远大于晶体管T 的 基极电流I B 时（一样5～10倍），那么它的静态工作点可用下式估算 CC B2B1B1B U R R R U +≈U CE ＝U CC －I C （R C ＋R E ）CEBEB E I R U U I ≈-≈电压放大倍数beLCV r R R βA // -= 输入电阻R i ＝R B1 // R B2 // r be 输出电阻 R O ≈R C由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。
在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必需测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。
一个优质放大器，必然是理论设计与实验调整相结合的产物。
因此，除学习放大器的理论知识和设计方式外，还必需把握必要的测量和调试技术。
放大器的测量和调试一样包括：放大器静态工作点的测量与调试，排除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。
一、 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的情形下进行， 即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程适合的直流毫安表和直流电压表，别离测量晶体管的集电极电流I C 和各电极对地的电位U B 、U C 和U E 。
模拟实验3 晶体管放大电路
1. 注意万用电表的档位设置，如果误用电流档或
电阻档测量电压，将造成万用表烧毁保险丝。
2. 注意测量探头冷端接地。
3. 使用的连接线要先进行通断测试。 4. 晶体管必须测量β值 5. 测量电阻时，必须断电并断开电路。 6. 毫伏表小心打针。
有关计算
1. 假设三极管β≈100，VBEQ≈ 0.6V，rbb’ ≈100Ω 可求出：当ICQ=2mA时，
二、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 AV 、输入电阻 Ri 、输出电阻 Ro 、最大不
失真输出幅值 Vom 和通频带 fbw 。（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。）
实验三 晶体管单管共射放大电路
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
VO RO 1 RL V OL
式中：
Vo∞ VoL
—负载电阻 RL 开路时的输出电压（将图3.1 —带负载输出电压，连接RL后测得。
然后按公式计算RO。
中的C、D开路）
④ 最大不失真输出幅值的测量 设置信号发生器输出频率为1KHz ，调节信号 发生器的输出幅值，逐渐增大，并用示波器监视输
① 电压放大倍数 AV 的测量： 首先调节放大器静态工作点至规定值（2 mA）。 用函数信号发生器输出1KHz正弦波信号 VS ，用 晶体管毫伏表测量 Vi 和 Vo ，并用示波器监测Vi和 Vo 的波形。
晶体管单级放大器实验报告
晶体管单管放大器一、实验目的1、了解和熟悉掌握晶体管单管放大器2、学会放大器静态工作点的调试方法，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。
4、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验原理图2－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R E，以稳定放大器的静态工作点。
当在放大器的输入端加入输入信号u i后，在放大器的输出端便可得到一个与u i相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。
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直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC 以及各电极对地的电位UB 、UC 和UE 。
一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE 或U C ，然后算出I C 的方法，例如，只要测出U E ，即可用E E E C R U I I =≈算出I C （也可根据CCCCC R U U I -=，由UC 确定I C）， 同时也能算出U B E ＝U B －U E ，U CE ＝U C －U E 。
为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。
三、实验设备与器件1、＋12V 直流电源2、函数信号发生器3、双踪示波器4、交流毫伏表5、直流电压表6、直流毫安表7、频率计8、万用电表9、晶体三极管3D G6×1(β＝50～100)或9011×1 （管脚排列如图2－7所示） 四、实验内容实验电路如图2－1所示。
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实验三晶体管放大器分析与设计
实验目的：
1.熟悉仿真软件Mulitisim 的使用，掌握基于Mulitisim 的瞬态仿真方法。
2.熟悉POCKETLAB硬件实验平台，掌握基于功能的使用方法。
3.通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体三极管放大器的分析和设计方法。
4.通过软件仿真和硬件实验验证，掌握场效应管放大器的分析设计方法。
实验预习：
在图3-1所示电路中，双极性晶体管2N3094的=120，V(BEon)=0.7v。
根据实验二的直流工作点，计算该单级放大器的电压增益Av.填入表3-1.
图3-1
解：其交流通路等效电路如图3-11所示.
由实验三可知其直流工作点为：
Rbe=26/3.662k=7.1k
Ri=(7.1+121*0.2) =31.3k Ai=120*4.7/1004.7=0.5614
Av=0.5614*1000/31.3=17.935
图3-11
实验内容
一．晶体三极管放大器仿真实验
1.根据图3-1所示电路，在Multisim中搭建晶体三极管2N3094单级放大电路。
加入峰峰值=50mv,
频率等于10khz的正弦波。
结果查看：采用示波器XCS1，查看输入输出两路波形。
并用测量工具，测试输入输出波形的峰峰值，计算得到电压增益Av，填入表格3-1.
实验测得的输入输出波形图如表3-2所示。
表3-1 ：晶体三极管放大器增益
计算值仿真值实测值
放大器增益Av 17.935 17.726 19.12
2.変输入信号峰峰值，取Vinpp=100mv，Vinpp=200mv， Vinpp=300mv，重新进行瞬态仿真和频谱分
析，截取各输入条件下的输入输出波形图和频谱分析图，填入表3-2.
表3-2：不同输入情况下的输入输出波形图。
瞬态波形图频谱分析Vinpp=50mv
瞬态波形图频谱分析Vinpp=100mv
瞬态波形图频谱分析
Vinpp=200mv
瞬态波形图频谱分析
Vinpp=300mv
答：输入交流电压越大，输出波形的失真度越大。
因为放大器的电压传输是非线性的，当输入电压比较小时，传输为近似线性，当输入电压增大，电压达到非线性的区域，就会出现输出波形失真的情况。
3.取输入信号为Vinpp=100mv,在信号源上串联一个电阻表征信号源内阻，如图3-3所示。
取该电阻
为50、1k和10k欧姆重新进行仿真，截取不同电阻情况下的输入输出波形图，并估算电压增益Avs，填入表3-3.
图3-3 信号源内阻
表3-3 不同信号源内阻的输入输出波形图。
源增益电压：17.5 16.0 8.75
R=50欧R=1k欧R=10k欧
答：源电阻越大，输出电压的增益越小。
17.5=Av[Ri/(50+Ri)]
16=Av[Ri/(1k+Ri)]
8.75=Av[Ri/(10k+Ri)]. 所以Ri=9.862k.
4.改变旁路电容CE1，将其接在节点5和地之间，重新仿真图3-1，观察到什么现象？为什么？改变
输入信号幅度，重新获得不失真波形，并测得此时的电压增益，与原电压增益比较，得到何种结果？
请解释原因，并将两种增益值填入表3-4中。
当CE1接5-0时输入输出波形如下：
CE1接于7-0
CE1接于5-0
表3-4：CE1不同接法时的放大器增益
CE1接于7-0 CE1接于5-0
电压增益Av 17.726 65
从图中可以看出当CE1接于7-0的时候输出电压的失真度较小近似为不是真波形，当CE1接于5-0的时候失真度较大，而且此时的电压增益增加很多。
因为当CE1接于7-0的时候E端电流被短路，响应的输出电阻减小，导致输出电压变大，进而提高了电压增益。
同时输出信号进入了非线性区域，产生失真。
CE1接于7-0
CE1接于5-0
若将输入电流的峰峰值增加到100mv，则输出波形的失真度也增加。
二．晶体三极管放大器硬件实验
电路连接
1.首先根据图3-1在面包板上搭试电路，并将POCKETLAB 的直流输出端+5V和GND与电路的电源、地节点连接；POCKETLAB的一路输出端作为电路的输入信号，POCKETLAB的一路输出端接电路输入信号端；另一路输入端接电路输出信号端，分别测试输入输出两路信号。
2.直流测试
在进行波形测试之前，请采用实验二的直流测试法，使用POCKETLAB的直流电压表测试各点直流电压，以确保电路搭试正确。
3.输入信号
打开信号发生器界面，选择输入信号波形为正弦波，频率为5kHZ，信号峰峰值为50mV,直流偏置为0，两通道独立设置。
点击按钮SET，正弦波信号将输出到电路输入端。
4.交流波形测试
打开示波器界面，选择合适的时间和电压刻度，显示三极管单端放大器的输入，输出波形。
并在窗口中直接读出其输入输出波形的峰峰值，获得其电压增益，填入表格3-1，比较计算值，仿真值和测试值是否一致。
其输出波形如下所示
通过比较计算值、仿真值和实测值可以发现急速那只和仿真值相差不大，其中实测值相差相对较大一些，原因可能是晶体管本身的参数误差引起的，也可能是信号源停工的信号误差产生。
三．场效应管放大器仿真实验
1.根据图3-6所示电路，在MULTISIM中搭建MOS管IRF510单级放大电路。
2.对该电路进行直流工作点分析，完成表格3-5.
表3-5（1）场效应管放大器直流工作点（R1=1K,R2=4K）
仿真值实测值
V2(V) 4 3.98
V5(V) 0.148 0.31
V4(V) 2.777 0.32
I(R3)(uA) 741 1560
3.加入峰峰值=100mV，频率=5kHZ的正弦波，进行瞬态仿真，在示波器中查看波形，并将输入输出波形截图于图3-7，根据测量输入输出波形的峰峰值，求得该放大器增益为：
仿
真
波
形
实
测
波
形
的电路显示出的MOS管已导通。
接下来改变偏置电阻的比值，进行重新测量
电路图如下：
表3-5（2）场效应管放大器直流工作点（R1=1K,R2=6K）
仿真值实测值V2(V) 4.24 4.285 V5(V) 0.32 0.312 V4(V) 0.32 0.317 I(R3)(uA) 1560 1561
仿
真
波
形
实
测
波
形
图3-7 MOS 管放大器瞬态波形
此时仿真以及实测电路的MOS管均处于导通状态，所以输出的电流很小，等同于被短路。
经多次试验发现，当偏置电阻为100k和200k的时候，输出电压被放大。
电路如下
表3-5（3）场效应管放大器直流工作点（R1=1K,R2=6K）
仿真值实测值V2(V) 3.311 3.0
V5(V) 0.996m 0.110 V4(V) 4.981 3.39 I(R3)(uA) 5.329 536.67
电压增益Av=847/107=7.916
四．场效应管放大器硬件实验
重复第二项“晶体管放大器硬件实验”中的所有步骤，完成场效应管放大器IRF510的硬件实验，并将直流工作点测试结果填入表3-5.将瞬态实测波形截图填入图3-7.
实验思考：
将图3-1中的输出端改为节点5，使共射放大器变为共集放大器，查看输入、输出波形。
对比共射放大器的输入输出波形，理解波形中的相位对比变化。
由此可知，共射放大器是___反向____放大器；而共集放大器是__同向__放大器。
下图分别为仿真以及实测的输入输出波形，可以看出来共集电路的输入输出波形同向，而共射放大器电路的输入输出波形反向。