放大器实验报告.docx

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放大器实验报告

实验二　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RE，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ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui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。

图2－1共射极单管放大器实验电路

在左下图所示中,为函数信号发生器产生的交流信号，的交流信号经过5.1K和51的电阻分压后，取51电阻两端的电压作为放大器的输入信号。

所以

在图2－1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2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估算

UCE＝UCC－IC（RC＋RE）

　　电压放大倍数

输入电阻　

　Ri＝RB1//RB2//rbe

输出电阻

RO≈RC

放大器的测量和调试一般包括：

放大器静态工作点的测量与调试，消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。

　　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UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用

算出IC（也可根据

，由UC确定IC），

同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。

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。

　　2）　静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流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影响。

如工作点偏高，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，如图2－2（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2－2（b）所示。

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输入电压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。

（a）（b）

图2－2静态工作点对uO波形失真的影响

改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。

但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。

图2－3电路参数对静态工作点的影响

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，如需满足较大信号幅度的要求，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AV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

2）　输入电阻Ri的测量

　　为了测量放大器的输入电阻，按图2－4电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，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

图2－4输入、输出电阻测量电路

　　测量时应注意下列几点:

　　①由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R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R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。

3）　输出电阻R0的测量

　　按图2-4电路，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UO和接入负载后的输出电压UL，根据

即可求出

在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

　　4）　放大器幅频特性的测量

放大器的幅频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

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fBW＝fH－fL

放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AU。

为此，可采用前述测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，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。

此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。

图2－6幅频特性曲线

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3DG6×1（β＝50～100）或9011×1、电阻器、电容器若干

四、实验内容

实验电路如图2－1所示。

　　1、调试静态工作点

连接电路，接通直流电源前，将函数信号发生器关闭。

接通＋12V电源、调节RW，使RC1两端的直流电压为4.8V（即IC＝2.0mA，或UE＝2.2V，注意万用表的电流档很容易烧毁，所以最好采用测电压的办法，电压除电阻就可以得到电流），用万用表的直流电压档测量UB、UE、UC。

记入表2－1。

表2-1IC＝2mA

测量值

计算值

UB（V）

UE（V）

UC（V）

UBE（V）

UCE（V）

IC（mA）

　2.858

2.214　

7.2　

0.644　

4.986　

2　

2、测量电压放大倍数

打开函数信号发生器电源，在放大器输入端（电路的最左边，函数信号发生器红色夹子加在5.1K电阻的上面，黑色夹子加在51欧姆的电阻的下面）加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮（函数信号发生器最右边的那个旋钮，也就是靠近OUTPUT输出的旋钮）使放大器输入电压Ui

10mV（交流电压，用交流毫伏表或者示波器的测量档测量），同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表或示波器测量下述两种情况下的UO值，并计算出Av，填入表2-2中，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，在坐标轴上按照1：

1的比例绘制出来，必须标注出Y轴一格所代表的电压和X轴一格所代表的时间。

表2－2Ic＝2.0mAUi=10mV

RC（KΩ）

RL（KΩ）

Uo（V）

AV

2.4

∞

0.199

19.9

2.4

2.4

0.101

10.1

注：

此波形为U0的波形图注：

“1”--Uo“2”--Ui此时RL为无穷大

注：

此波形为RL=2.4kΩ时的Uo、Ui

3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响

　　置RL＝∞（即开路），Ui=10mV，调节RW，用示波器监视输出电压波形，在uO不失真的条件下，测量UO值，并计算出Av记入表2－3。

表2－3RL＝∞Ui＝10mV

IC（mA）

1

1.5

2.0

2.5

3

URc1（V）

2.4

3.6

4.8

6.0

7.2

UO（V）

0.179

0.192

0.199

0.202

0.203

AV

17.9

19.2

19.1

20.2

20.3

Ic=1Ic=1.5

Ic=2.5Ic=3.0

测量IC时，要先将函数信号发生器关闭（即使Ui＝0）。

4、观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RL＝2.4KΩ，ui＝0，调节RW使IC＝2.0mA，测出UCE值（直流电压），再逐步加大输入信号，使输出电压u0足够大但不失真（如果函数信号发生器已经调节到最大了，可以直接把函数信号发生器加到Ui两端!

）。

然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表2－4中。

每次测IC和UCE值时都要将函数信号发生器关闭。

表2－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝　　mV

IC（mA）

UCE（V）

直流电压

u0波形（1：

1绘制）

是否失真

管子工作状态（饱和、正常、截止）

2.438

3.448

失真

饱和

2.0

4.986

不失真

正常

1.777

5.769

失真

截止

6、测量输入电阻和输出电阻

　置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，IC＝2.0mA。

输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US，Ui和UL记入表2-6。

　　保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-6。

表2-6　Ic＝2mARc＝2.4KΩRL＝2.4KΩ

US（mV）

Ui（mV）

Ri（KΩ）

UO（mV）

UL（mV）

R0（KΩ）

测量值

计算值

测量值

计算值

20

17.4

8.03

8.0

343

176

2.28

2.2

7、测量幅频特性曲线

取IC＝2.0mA，RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。

保持输入信号ui的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压UO，记入表2－7。

f（Hz）

1616.5171820301001502000

U0（V）

140143145150156178200202203

Av=U0/Ui

77.157.257.57.88.91010.110.15

f（KHz）

100050001000020000300003200033000335003500040000

U0（V）

202199194174151146144143140130

Av=U0/Ui

10.19.959.78.77.557.37.27.1576.5

表2－7Ui＝mV

flfofn

f

16.5Hz2000Hz33500KHz

UO（V）

0.1430.2030.143

AV＝UO/Ui

7.1510.157.15

电路图如下：

五、实验总结

1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。

答：

由以上测得的静态工作点、电压放大倍数的实验数据可知，它们与理论值相比存在着一定的误差，万用表的灵敏度比较高，在测量时，有时显示的数值不稳定，总是在一个小范围内变动，从而造成测量的数据与理论值之间存在误差。

2、总结RC，RL及静态工作点对放大器电压放大倍数的影响。

答：

在一定的范围内，即在不失真的情况下，随着静态工作点Ic值的增大，放大器电压放大倍数也随着增加，如表2－3数据所示。

使电压放大倍数增大，因为从共射放大电路的电压放大倍数计算公式：

Av=-β*RL′/rbe可以看出，在其他量不变的情况下，Av随RL′的增大而增大。

最大不失真输出电压的峰峰值（动态范围）减小，比较容易出现饱合失真（在静态工作点较高时）、或截止失真（静态工作点较低时）。

RC增大会导致静态工作点的变化，集---射间的直流电压将下降，有可能导致三极管进入饱和区而引起饱和失真。

3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

答：

在一定的范围内，即在不失真的情况下，随着静态工作点Ic值的增大，放大器输出波形幅度也随着增大（表2－3）；但如果超出这个范围，Ic值若是较低于IcQ,那么输出波形可能就会出现截止失真，二若较大于IcQ，此时输出波形可能就会出现饱和失真，（表2－4）。

4、分析讨论在调试过程中出现的问题。

答：

在调试过程中，经常出现的问题就是：

在调输出波形时，按一次”auto”稳定的波形没法出来，在试一次后就会出来了，有时要重试好几次才行，可能是软件反应比较慢的缘故。

六、预习思考

1、测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起），将会出现什么问题？

答：

对于函数信号发生器:

如果有波形输出，例如正弦波，则在示波器端的显示是反相波形。

对于交流毫伏表：

原来的正电流显示为负电流，原来的负电流显示为正电流，容易造成仪器损坏。

对于示波器：

只是显示的通道不同了，没什么影响。