模电仿真实验共射极单管放大器.docx

模电仿真实验共射极单管放大器.docx

《模电仿真实验共射极单管放大器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电仿真实验共射极单管放大器.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

模电仿真实验共射极单管放大器

模电仿真实验-共射极单管放大器

仿真实验报告册

仿真实验课程名称：

模拟电子技术实验仿真

仿真实验项目名称：

共射极单管放大器

仿真类型（填■）：

（基础■、综合□、设计□）

院系：

专业班级：

姓名：

学号：

指导老师：

完成时间：

成绩：

一、实验目的

（1）掌握放大器静态工作点的调试方法，熟悉静态工作点对放大器性能的影响。

（2）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。

（3）熟悉低频电子线路实验设备，进一步掌握常用电子仪器的使用方法。

二、实验设备及材料

函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。

图3.2.1共射极单管放大器

三、实验原理

电阻分压式共射极单管放大器电路如图3.2.1所示。

它的偏置电路采用（RW+R1）和R2组成的分压电路，发射极接有电阻R4（RE），稳定放大器的静态工作点。

在放大器的输入端加入输入微小的正弦信号Ui，经过放大在输出端即有与Ui相位相反，幅值被放大了的输出信号Uo，从而实现了电压放大。

在图3.2.1电路中，当流过偏置电阻R1和R2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时（一般5~10倍），则它的静态工作点可用下式进行估算（其中UCC为电源电压）：

（3-2-1）

（3-2-2）

（3-2-3）

电压放大倍数

（3-2-4）

输入电阻

（3-2-5）

输出电阻

（3-2-6）

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Ui=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万用表，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，为了避免测量集电极电流时断开集电极，所以采用测量电压，然后计算出IC的方法。

例如，只要测出UE，即可用

计算出IC（也可根据

，由UC确定IC），同时也能计算出UBE=UB-UE，UCE=UC-UE。

（2）静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大的影响。

如工作点偏高（如图3.2.2中的Q1点），放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时Uo的负半周将被削底。

如工作点偏低（如图3.2.2中的Q2点），则易产生截止失真，即Uo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，即在放大器的输入端加入一定的Ui，检查输出电压Uo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。

改变电路的参数UCC、RC、RB（RW，R2）会引起静态工作点的变化。

通常采用调节偏电阻RW的方法来改变静态工作点，如减小RW，可提高静态工作点等。

注意：

静态工作点的“偏高”或“偏低”是相对信号的幅度而言。

如果信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不会出现失真。

所以说，波形失真是信号幅度与静态工作点设置不匹配而导致的。

如须满足较大的输入信号，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

2、放大器动态指标测试

放大器动态指标测试包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。

（1）电压放大倍数Au的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo，则

（3-2-7）

（2）输入电阻Ri的测量

为了测量放大器的输入电阻，在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻RS，如图3.2.3所示。

在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得：

（3-2-8）

测量时应注意:

1测量RS两端电压UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR=US-Ui求出UR值。

2电阻RS的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常RS与Ri为同一数量级为宜，本实验可取RS=1kΩ。

（3）输出电阻Ro的测量

输出电阻Ro的测量电路如图3.2.4所示，同样应取RL的值接近Ro为宜。

在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压U∞和接入负载后输出电压UL，根据：

（3-2-9）

即可求出Ro：

（3-2-10）

在测试中应注意的是，必须保持RL接入前后的输入信号大小不变。

（4）最大不失真输出电压Uomp-p的测量（最大动态范围）

为了得到最大动态范围，首先应将静态工作点调在交流负载线的中点。

为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察Uo，当输出波形在正、负峰附近同时开始出现削底和削顶现象（如图3.2.5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。

然后再反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，从示波器上可直接读出最大动态范围Uomp-p，或用交流毫

伏表测出Uo（有效值），则最大动态范围Uomp-p=

。

（5）放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数Au与输入信号频率f之间的关系曲线。

单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图3.2.6所示。

Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/

倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带

BW=fH-fL（3-2-11）

测量放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Au。

可以采用前面测Au的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数即可。

测量时要注意取点要恰当，在低频段与高频段要多测几个点，在中频可以少测几个点。

此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不能失真。

实验中通常只要求测量出通频带。

利用示波器可以进行BW的简易测量，方法是在示波器上测量出输入中频段信号时的输出信号幅度后，在保持输入信号幅度不变的情况下，减小或增大输入信号的频率，再通过在示波器上观测输出信号幅度，找到输出信号幅度降低至中频段输出的1/

倍时的输入信号频率即为fL或fH。

4、仿真元件及仿真测试仪器

五、实验内容

如图3.2.1所示连接共射极单管放大器实验电路。

注意当检查电路无误后，调节直流电源电压至UCC选定值12V，方可接通电源。

1、静态工作点的测量与调整（验证性实验）

（1）静态工作点的测量

静态工作点测量条件：

没有输入信号，即Ui=0。

实验时将电路信号输入端接地。

调节电位器RW，使ICQ=1.5mA。

实验时为了避免直接测量电流，可采取测量晶体管发射极电压UE或测量晶体管集电极电压UC的方法：

调节电位器RW，使UE=2.25V或UC=9.3V或者ICQ=1.5mA。

调整好ICQ后，用万用表直流电压档测量UBQ、UEQ、UCQ值，记入表3-2-1。

根据测量值计算UBEQ=UBQ-UEQ和UCEQ=UCQ-UEQ，再与理论计算值比较。

表3-2-1静态工作点测量数据记录电压单位：

/V

测量值

理论计算值

UBQ

UEQ

UCQ

UBEQ

UCEQ

ICQ

UBEQ′

UCEQ′

2.888V

2.274V

9.284V

613.249mV

7.01V

1.508mA

0.7V

7V

（2）观察静态工作点对输出波形失真的影响

在前面实验设定的静态工作点（RC=1.8kΩ、IC=1.5mA）基础上，取RL=∞。

按图3.2.7连接测量仪器，用示波器观测放大器的输入、输出信号波形，交流毫伏表测量放大器的输入信号电压。

仿真电路

①调节信号发生器，输出频率为1kHz、有效值为5mV的正弦波从A1端输入信号Ui，用示波器观察并记录输出电压的输出波形，将数据记入表3-2-2。

②保持输入信号Ui不变，增大电位器RW的值，使波形出现失真，定性绘出Uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表3-2-2。

③仍保持输入信号Ui不变，减小电位器RW的值，使波形出现失真，定性绘出Uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表3-2-2。

注：

表3-2-2中工作状态判断：

判断输出波形是否存在失真？

存在的失真是截止失真还是饱和失真？

晶体管工作点状态判断是否基本合适？

是偏高还是偏低？

表3-2-2测量静态工作点对输出波形失真的影响数据记录RC=1.8kΩRL=∞

工作条件

Uo波形

工作状态判断

①

Ui=5mV

RW适中

UEQ=2.25V

uo

t

失真情况：

基本不失真

晶体管工作点状态：

基本合适

UCQ=9.284V

ICQ=1.5mA

UCEQ=7.009V

②

Ui=mV

RW偏小

UEQ=4.484V

uo

t

失真情况：

饱和失真

晶体管工作点状态：

偏高

UCQ=6.698V

ICQ=2.946mA

UCEQ=2.214V

③

Ui=mV

RW偏大

UEQ=1.536V

uo

t

失真情况：

截止失真

晶体管工作点状态：

偏低

UCQ=10.164V

ICQ=1.02mA

UCEQ=8.628V

饱和失真电路及各项参数如下：

饱和失真波形：

截止失真电路图及其各项参数：

截止失真波形：

2、放大器性能指标测试（验证性实验）

放大器性能指标测量仪器的连接如图3.2.7所示。

（1）测量电压放大倍数Au

调节信号发生器，输出频率f=1kHz、有效值为5mV的正弦波（用毫伏表测量）作为输入信号Ui，同时用双线示波器观察放大器输入电压Ui和输出电压Uo的波形，在Uo波形不失真的条件下，用示波器测量不同负载时放大器输出电压Uo波形，计算放大器的电压放大倍数Au。

测量数据记入表3-2-3，并记录其中一组输入、输出电压波形，注意用双线示波器观察Uo和Ui的相位关系。

表3-2-3电压放大倍数Au测量数据记录

RL/kΩ

Uop-p/V

Uorms/V

Au

测试条件

5.1

1

0.337

68

RC=1.8kΩ

IC=1.5mA

Uirms=4.95mV

51

1.25

0.436

88

∞

1.25

0.451

91

ui和uo波形

输入输出波形如下：

注意：

由于晶体管元件参数的分散性，定量分析时所给Ui，根据具体实际情况输入适当的Ui值，在表3-2-3中测试条件栏记入实际输入的Ui值。

由于用示波器所测Uo的值为峰峰值，故需要转化为有效值或用毫伏表测得的Uo来计算Au值。

切记万用表、毫伏表测量的是有效值，而示波器观察的是峰峰值。

（1）测量输入电阻Ri和输出电阻Ro

输入电阻Ri：

电路连接如图3.2.3所示，从A端输入f=1kHz、有效值分别为5mV、8mV的正弦信号US，在输出电压Uo不失真的情况下，用毫伏表分别测出US、Ui，记入表3-2-4，利用式3-2-8计算出Ri和Ri平均值，并与理论计算值比较。

表3-2-4输入电阻Ri测量数据记录RC=1.8kΩ；IC=1.5mA

RS/kΩ

US/mV

Ui/mV

Ri/kΩ

Ri平均值/kΩ

1

5

3.695

2.831

2.895

1

8

5.98

2.960

（2）输出电阻Ro：

电路连接如图3.2.4所示。

断开RL时的输出波形如下：

接入RL=5.1kΩ时的输出波形如下：

保持输入信号Ui（3mv、5mV）不变的条件下，分别在断开RL与接入RL=5.1kΩ的情况下，示波器测量输出电压U∞和UL的峰峰值，记入表3-2-5，利用式3-2-10计算Ro和Ro平均值，并与理论计算值比较。

表3-2-5输出电阻Ro测量数据记录RC=1.8kΩ；IC=1.5mA

Ui/mV

U∞/mVp-p（RL=∞）

UL/mVp-p（RL=5.1kΩ）

Ro/kΩ

Ro平均值/kΩ

3

900

600

2.55

2.55

5

1500

1000

2.55

六、实验总结

每次做电路仿真实验都要特别的谨慎，因为电路仿真实验是全理想化的，不会像现实操作那般干扰甚多。

如果仿真电路无法达到预期的效果，那一定是线路图出现错误，而出现的错误也很难寻找，只能提出猜想，然后逐个排除。

本来我做的电路图也是不能实现预期效果的，但是在我自己仔细寻找电路问题和找同学寻求帮助，不断修改电路以后，它终于出现了理想的波形。

所以我觉得学习就必须非常谨慎，稍微有些参数没调好或者电路没有画好，就难以成功地把实验做好。

其次，学习并不是一个人的事，有什么不懂的就应该谦虚的向同学发问。

相信下次实验一定可以做得更好。