厦门大学电子技术实验四单级放大电路.docx
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厦门大学电子技术实验四单级放大电路
实
验
报
告
实验名称：
实验四单级放大电路
系别：
班号：
实验组别：
实验者姓名：
学号：
实验日期：
实验报告完成日期：
指导教师意见：
一、实验目的
1.学会在面包板上搭接电路的方法
2.学习放大电路的调试方法
3.掌握放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带测量方法
4.研究负反馈对放大器性能的影响；了解设计输出器的基本性能
5.了解静态工作点对输出波形的影响和负载对放大倍数的影响
二、实验原理
（一）单级低频放大器的模型和性能
1、单级低频放大器的模型：
单级低频放大器能将频率从几十Hz～几百kHz的低频信号进行不失真地放大，是放大器中最基本的放大器，单级低频放大器根据性能不同可分为基本放大器和负反馈放大器。
从放大器的输出端取出信号电压（或电流）经过反馈网络得到反馈信号电压（或电流），送回放大器的输入端称为反馈。
若反馈信号的极性与原输入信号的极性相反，则为负反馈。
根据输出端的取样信号（电压或电流）与送回输入端的连接方式（串联或并联）的不同，一般可分为四种反馈类型——电压串联反馈、电流串联反馈、电压并联反馈和电流并联反馈。
负反馈是改变放大器及其他电子系统特性的一种重要手段。
负反馈使放大器的净输入信号减小，因此放大器的增益下降；同时改善了放大器的其他性能：
提高了增益稳定性，展宽了通频带，减小了非线性失真，以及改变了放大器的输入阻抗和输出阻抗。
负反馈对输入阻抗和输出阻抗的影响跟反馈类型有关。
由于串联负反馈是在基本放大器的输入回路中串接了一个反馈电压，因而提高了输入阻抗，而并联负反馈是在输入回路上并联了一个反馈电流，从而降低了输入阻抗。
凡是电压负反馈都有保持输出电压稳定的趋势，与此恒压相关的是输出阻抗减小；凡是电流负反馈都有保持输出电流稳定的趋势，与此恒流相关的是输出阻抗增大。
2、单级电流串联负反馈放大器与基本放大器的性能比较：
电路图2是分压式偏置的共射基本放大电路，它未引入交流负反馈。
电路图3是在图2的基础上，去掉射极旁路电容Ce，这样就引入了电流串联负反馈。
3、射极输出器的性能：
射极输出器是单级电压串联负反馈电路，由于它的交流输出电压VQ全部反馈回输入端，故其电压增益：
输入电阻：
Rif=Rb//[rbe+（1+β）RL’]，式中RL’=Rc//RL
输出电阻：
Rof=Re//[（Rb//Rs）+rbe]/（1+β）
射极输出器由于电压放大倍数Avf≈1，故它具有电压跟随特性，且输入电阻高，输出电阻低的特点，在多级放大电路中常作为隔离器，起阻抗变换作用。
（2）放大器参数及其测量方法
1、静态工作点的选择：
放大器要不失真地放大信号，必须设置合适的静态工作点Q。
为获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线中点，若选得太高就容易饱和失真，太低容易截止失真。
若放大器对小信号放大，由于输出交流幅度很小，非线性失真不是主要问题，故Q点不一定要选在交流负载线中点，一般前置放大器的工作点都选的低一点，降低功耗和噪声，并提高输入阻抗。
采用简单偏置的放大电路，其静态工作点将随温度变化而变化，若采用电流负反馈分压式偏置电路，具有自动稳定工作点的能力，获得广泛应用。
2、静态工作点测量与调试：
根据定义，静态工作点是指放大器不输入信号且输入端短路（接电路COM）时，三极管的电压和电流参数。
静态工作点只测量三极管三级对电路COM的直流电压（VBQ、VEQ、VCQ），通过换算得出静态工作点的参数。
VBEQ=VBQ-VEQ；VCEQ=VCQ-VEQ；ICQ=VEQ/RE
3、单极放大电路的电压放大倍数Av
低频放大器的电压放大倍数是指在输出不失真的条件下，输出交流电压与输入交流电压的比值：
式中：
RL’=Rc//RL，
；
4、放大倍数的测量
放大倍数按定义式进行测量，即输出交流电压与输入交流电压的比值。
通常采用示波器比较测量法（适用于非正弦电压）和交流电压表测量（适用于正弦电压）。
5、输入阻抗的测量
放大器输入阻抗为从输入端向放大器看进去的等效电阻，即：
Ri=Vi/Ii；该电阻为动态电阻，不能用万用表测量。
为避免测量输入电路中电流，改为测电压进行换算。
6、输出阻抗测量
放大器输出阻抗为从输出端向放大器看进去的等效电阻，即：
Ro=Vo/Io；该电阻为动态电阻，不能用万用表测量。
若输出回路不并接负载RL，则输出测量值为：
Vo∞；若输出回路并接负载RL，则输出测量值为：
VoL，则：
7、放大器幅频特性
放大器幅频特性是指放大器的电压放大倍数与频率的关系曲线。
在中频段，电压放大倍数为最大值Av=Avm。
在低频段和高频段，由于上述各种因素的影响不可忽略，使电压放大倍数下降。
通常将电压放大倍数下降到中频段Avm的0.707倍时所对应的频率，称为放大器的上限频率fH和下限频率fL，fH与fL之差称为放大器的通频带，即Δf0.7=fH-fL。
在保证输入Vi不变的情况下，改变输入信号频率（升高、下降），使输出Vo下降为中频时的0.707倍，则对应的频率即为fH、fL。
三、实验仪器
1、示波器1台
2、函数信号发生器1台
3、直流稳压电源1台
4、数字万用表1台
5、多功能电路试验箱1台
6、交流毫伏表1台
四、实验容及数据
1、搭接实验电路：
按电路图10在实验箱搭接实验电路（或参照连接图11）。
检查电路连接无误后，方可将+12V直流电源接入电路。
仿真：
2、静态工作点的测量和调试：
按静态工作点测试方法进行测量与调试，要求ICQ≈1.3mA，测量值填入表2。
表2静态工作点测量
静态工作点测量值
VEQ（V）
VBQ（V）
VCQ（V）
测量计算
ICQ（mA）
VBEQ（V）
VCEQ（V）
41/2数字表（DCV）
1.3
1.9235
5.317
1.3
0.6235
4.017
仿真：
VBQ：
VCQ:
3、基本放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测量
外加输入信号从放大器Vs端输入信号：
频率f=2kHz的正弦信号，R=1k，使Vip-p=30mV。
在空载情况下，用示波器同时观察输入和输出波形（Vi和Vo），若输出波形失真，应适当减小输入信号。
表3电压放大倍数、输入电阻、输出电阻测量
测量（41/2数字表ACV）
计算
Vs（mv）
Vi（mv）
Vo
VOL
AV
AVL
Ri
Ro
13.38
10.32
1.7281
1.0720
167.5
103.9
3.373kΩ
3.121kΩ
仿真：
测Vs
测Vi
测Vo
测VOL
4、放大器上限、下限频率的测量
保持输入信号Vp-p=30mV不变，当f=2kHz时，用示波器观察并测量输出电压VOL。
当频率从2kHz向高端增大时，使输出电压下降到0.707VOL时，记下此时信号发生器的频率，即为上限频率fH；同理，当频率向低端减小时，使输出电压下降到0.707VOL时，记下此时信号发生器的频率，即为下限频率fL；测量过程应保持Vi不变和波形不失真。
表4放大器上、下限频率的测量
fH
fL
B=fH-fL
364kHz
242Hz
122kHz
仿真电路：
5、电流串联负反馈放大器参数测量
将Ce去掉，R改为10k，使Vip-p=300mV，重复实验3步骤。
表5负反馈放大器参数测量
测量（41/2数字表ACV）
计算
Vs（mv）
Vi（mv）
Vo（V）
VOL（V）
AV
AVL
Ri
Ro
193.05
106.70
0.5203
0.2618
4.876
2.454
12.357KΩ
5.036KΩ
测Vs
测Vi
测Vo
测VOL
5、结果分析
1、实验中误差产生的原因：
（1）可能是信号发生器产生的信号频率不稳定。
（2）实验仪器本身存在的系统误差。
（3）实验中所用的电阻阻值、电容大小等存在误差。
（4）受到桌面振动的影响等。
2、处理实验数据所用的公式：
（1）计算VBEQ,VCEQ,ICQ:
VBEQ=VBQ-VEQ；VCEQ=VCQ-VEQ；ICQ=VEQ/RE
（2）计算Ri所用的公式：
（3）计算Ro所用公式：
3、通过对实验所得数据与用仿真软件实验所得数据进行比较，发现实验存在一定误差，但是在一定围可以接受。
6、实验总结
1、在进行实验时，一开始发现总是无法将VE调到1.3V，经过检查发现是将51kΩ的电阻和15kΩ的电阻接反了，实验时一定要细心，否则会浪费大量的时间和精力。
2、而且输入信号不可无限制增大，当输入信号达到一定程度后输出信号会产生失真。
3、三极管的静态工作点应符合VCQ>VBQ>VEQ。
4、铝电解电容器接入电路时要注意区分正负极，靠近三极管的一侧均接正极。
七、思考题
1、如何根据静态工作点判别电路是否在放大状态?
由测得的数据计算UCEQ，若UCEQ≈UE/2，电路处于放大状态，若UCE约等于UE，则处在截止状态，若UCE≤0.1（PNP锗管）或0.3（NPN硅管），则处在饱和状态。
2、按实验电路10，若输入信号增大到100mV，输出电压=？
是否满足Vo=Av*Vi，试说明原因。
仿真电路：
输出电压为2.713V，并不满足Vo=Av*Vi，通过观察波形我们发现，此时波形已经发生了明显的截止失真。
因为输入信号电压过大，导致静态工作点位置太低，晶体管进入截止区工作，输出电压的正半周被削平。
这是由于晶体管的截止而引起的。
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