模电实验单级共射放大电路(精选.)

单极共射放大电路

一、实验目的

（1）掌握用Multisim 13 仿真软件分析单极放大电路主要性能指标的方法。

（2）熟悉掌握常用电子仪器的使用方法，熟悉基本电子元器件的作用。

（3）学会并熟悉“先静态后动态”的电子线路的基本调试方法。

（4）分析静态工作点对放大器性能的影响，学会调试放大器的静态工作点。

（5）掌握放大器的放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。

（5）测量放大电路的频率特性。

二、实验原理

1.基本电路

电路在接通直流电源CC V 而未加入输入信号时（通过隔直流电容1C 将输入端接地），电路中产生的电流、电压为直流量，记为BEQ V ，CEQ V ，BQ I ，CQ I ，由它们确定了电路的一个工作点，称为静态工作的Q 。三极管的静态工作点可用下式近似估算：

)7.0~6.0(=BEQ V V 硅管； （0.2~0.3）V 锗管

()e c CQ CC CEQ R R I V V +-=

CC P BQ V R R R R V 2

12++= E

BEQ

BQ EQ CQ R V V I I -=≈ βCQ BQ I I =

2.静态工作点的选择

放大器静态工作点的选择是指对三极管集电极电流C I （或CE V ）的调整与测试。

在晶体管低频放大电路中，静态工作点的选择及稳定具有举足轻重的作用，直接关系到放大电路能否正常可靠地工作。若工作点偏高（C I 放大），则放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时输出信号o u 的负半周将被削底；若工作点偏低，则易产生截止失真，即o u 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，即在放大电路的输入端加入一定的输入电压i u ，并检查输出电压o u 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。

还应说明的是，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。若输入信号幅度很小，则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。若须满足较大信号幅度的要求，则静态工作点最好尽量靠近输出特性曲线上交流负载线的中点，如图Q 点，使静态CE V 大致等于电源电压的一半。这样可使交流信号输入时，工作点Q 沿着交流负载线向上或向下移动较大范围，使得输出电压的动态范围大致在2CEQ V 范围内变化，从而获得较大的输出电压幅度，且波形上下对称。

实际工作中往往通过调节基极偏置电阻的大小，观察输出波形的变化。当输入电阻逐渐放大时，若要输出波形正、负同时出现削波现象，即表明此时放大电路的静态工作点选择合适，此时放大电路动态范围最大。

按照图连好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点

略微增大，两种失真同时出现；输入信号略微减小，两种失真同时消失时，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点。去掉输入信号，测量BEQ V ，CEQ V ，BQ I ，CQ I ，就得到了该电路的最佳静态工作点。

3.电压放大倍数的测量

电压放大倍数是指输出电压o V 和输入电压i V 之比，其值与负载L R 有关，是衡量放大电路放大能力的指标。

i

o V V V A 4.输入电阻和输出电阻的测量

（1）输入电阻。输入电阻是指从放大器输入端看进去的等效电阻，它表明放大器对信号源的影响程度。一般采用间接法进行测量。

当被测电路的输入电阻不太高时（与毫伏级电压表内阻相比），采用如图的电路进行测量。在信号源与被测放大器的输入端之间串入一已知电阻R ，在放大器正常工作的情况下（保证输出电压不失真），用交流毫伏表测出s

V

和i V ，根据输入电阻的定义可得：

R V V V R

V V I V R i s i R

i i i i -=== 测量时应注意，电阻R 值不宜取得过大，易引入干扰；但也不宜取得过小，否则测量误差较大。通常取与i R 为同一数量级比较合适，本实验取R=1~2k Ω。

（2）输出电阻。输出电阻是指从放大器输出端看进去信号源的等效电阻，用来描述信号输出方式和带负载的能力。

输出电阻也用间接法测量，原理如图，根据戴维南定理，放大器的输出端可以等效为一个理想的电压源和输出电阻o R 相串联。

实验中可以通过测量放大器空载时的输出电压o V 和加上已知负载后的输出电压L V ，根据式子测试其输出电阻o R 。

o L

o L L V R R R V += 由此可求输出电阻L L o o R V V R ???

? ??-=1（L R 为阻值已知的电阻，一般情况下为数千欧）。

5.幅频特性的测量

放大器放大的实际信号由不同的谐波组成，只有当放大器对不同频率信号的放大能力相同时，放大信号才能不失真。但实际上，放大器的交流放大电路含有耦合电容、旁路电容、分布电容和晶体管极间电容等电抗元件，使得放大倍数与信号的频率有关，此关系即为放大器的频率特性。

放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数V A 与输入信号频率i f 之间的关系曲线，如图。在一个较宽的频率范围内，曲线平坦，放大倍数不随频率而变，这一段频率范围称为中频段。在中频段以外，随着频率的减小或增大，放大倍数都将下降。当放大倍数降为中频段放大倍数的0.707时，相对应的低频频率和高频频率分别称为下限频率L f 和上限频率H f 。通频带BW f 定义为

L H BW f f f ==

三、实验内容及步骤

（一）仿真分析

1.静态工作点的调整

（1）用示波器同时观察图所示电路的输入和输出波形。输入信号设为正弦

波、频率kHz f i 1=、信号电压峰值mV v ip 100=。

（2）进行仿真分析。双击示波器XSC1图标，打开示波器面板，观察放大电路的输入、输出信号波形。

（3）逐渐增大输入信号的幅度，使放大电路的输出信号略有失真（饱和失真或截止失真），调节电位器p R ，消除失真。

（4）重复步骤（3），直到略微增大输入信号幅值，输出信号同时出现饱和和截止失真；再略微减小输入信号的幅值，输出信号的失真现象同时消失。此时得到的输出信号电压，即为最大不失真输出电压。

2.静态工作点测量

用万用表测量。将万用表接入电路，单击仿真开关，进行电路分析。此时，万用表显示的数值即为放大电路的静态工作点。

3.放大电路的动态指标测试

（1）电压放大倍数测量。调整放大器到合适的静态工作点，在图示电路中，闭合开关1J ，2J ，调整输入电压mV v ip 100=，频率kHz f i 1=。单击仿真开关进行仿真，打开示波器，观察输入、输出电压波形。在输出波形不失真的情况下，用万用表测出i v 和o v 的有效值i V 和o V ，根据式子计算电压放大倍数。

（2）输入电阻测量。在图示电路中，断开开关1J ，闭合开关2J ，调整输入电压mV v ip 100=，频率kHz f i 1=。单击仿真开关进行仿真，打开示波器，观察输入、输出电压波形。在输出波形不失真的情况下，用万用表测出电阻R 两端电压s v ，i v 的有效值s V 和i V ，根据式子计算输入电阻i R 。

（3）输出电阻测量。在图示电路中，闭合开关1J ，调整输入电压mV v ip 100=，频率kHz f i 1=。单击仿真开关进行仿真，打开示波器，观察输入、输出电压波形。在输出波形不失真的情况下，用万用表测出开关2J 打开和闭合两种情况下电压o v ，L v 的有效值o V 和L V ，根据式子计算输出电阻o R 。

（4）放大电路的幅频特性测量。直接测量法。将波特图仪连接在电路中。双击波特图仪，设置其参数：垂直F=100MHz ，I=1Hz ，水平F=100dB ，I=-100dB ，单击仿真开关进行仿真。放大电路的幅频响应和相频响应分别如图。

（二）实验室操作

1.静态工作点的测量

（1）按照实验原理图连接电路，布线要整齐、均匀、便于检查，经检查无误接通12V 直流电源。

（2）在放大电路的输入端加入1kHz 、峰值为100mV 的正弦波，将放大电路的输出端接示波器。调节电位器，使示波器所显示的输出波形最大不失真。关掉函

数信号发生器电源，使输入电压0=i v ，用万用表分别测量三极管三个级对地的电压（BQ V ，CQ V ，EQ V ），CEQ V 和CQ I 。并将测量结果记录于表，与估算值进行比较。

3.静态工作点对输出波形的影响

将频率为1kHz 的正弦波信号加到放大器的输入端、调节输入信号幅值，使输出波形不失真的正弦波。

（1）将电位器p R 的阻值调为最大，此时静态电流CQ I 下降，用示波器观察输出波形是否出现失真，并画下此时的波形。若失真不够明显，可适当增大输入信号幅值。

（2）将电位器p R 的阻值调为最小，此时静态电流CQ I 增大，观察输出波形的变化情况，画下此时的波形，并将相应结果记录于表。

4.电压放大倍数测量

（1）打开函数信号发生器电源，输入1kHz ，峰值为100mV 的正弦波信号。当输出开路（∞=L R ）时，测量输入输出电压i v 输和o v 的有效值i V 和o V 的大小，并根据式子计算电压放大倍数。

（2）放大电路输出端接入Ω=k R L 2的负载电阻，保持输入电压i v 不变，测量输出电压o v ，计算此时的电压放大倍数，并分析负载对放大电路电压放大倍数的影响。

（3）用双踪示波器观察i v 和o v 的波形，比较两波形之间的相位关系。

5.输入电阻和输出电阻测量

（1)按照实验原理图连接电路，断开1J ，用示波器分别测出电阻R 两端电压s v ，i v 的有效值s V 和i V ，根据式子计算该放大电路输入电阻i R 。

（2)闭合1J ，测量负载开路（2J 断开）时的输出电压o V 和接上2k Ω负载（2J 闭合）时的输出电压L V ，根据式子计算该放大电路的输出电阻o R 。

将步骤4和5的测试结果记录整理，填入表中，并对实验结果进行讨论。

6.幅频特性的测量

（1）打开函数信号发生器的电源，输入1kHz ，峰值为100mV 的正弦波信号，输出端接Ωk 2负载电阻L R ，用示波器分别测量i V ，o V 的大小，计算电压放大倍数。

（2）保持输入信号电压i V 的幅度不变，分别增大和减小信号的频率，再测量放

大器的输出电压o V 。当输出电压降到中频值的21时，对应的频率即为放大器是上限截止频率H f 或下限截止频率L f ，计算BW 。

将上述测量结果记录整理后填入表中，并对实验结果进行讨论。

四、实验设备

（1）双路直流稳压电源一台。

（2）函数信号发生器一台。

（3）示波器一台。

（4）毫伏表一台。

（5）万用表一块。

（6）三极管一个。

（7）电容三个。

（8）电阻六个。

五、实验数据及结果分析

1.静态工作点的调整和测量

（1）仿真电路

（2）实验得最大不失真，电位器位置为63%

（3）撤掉信号发生器，用万用表进行测量

静态工作点（仿真）

VBQ VCQ VEQ VCEQ ICQ

1.509V 10.508V 827.5mV 9.681V 744.294uA

2.静态工作点对输出波形的影响

（1）Rp最大

（2）Rp最小

ICQ VCEQ 放大器输出波形波形失真类型Rp增大353.5uA 10.9V 正半周削顶截止失真

Rp减小 3.744mA 48.561mV 负半周削顶饱和失真

3.电压放大倍数测量

（1）Vi=70.7mV V o=978.2mV Au=13.8

（2）Vi=70.7mV V o=489.8mV Au=6.9

负载电阻太小，会使放大器输出电流过载，放大倍数出现衰减（3）相位相差T/2个周期

4输入电阻与输出电阻测量

（1）Vs=70.7mV Vi=55.22mV Ri=3.579kΩ

仿真值

参数Vi V o Au Ri Ro

负载开路70.7 mV 978.2 mV 13.8 3.579kΩ无穷RL=2kΩ70.7 mV 489.8 mV 6.9 3.573kΩ 1.994kΩ

仿真值

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