低频电子线路硬件实验报告晶体管共射极放大器.docx
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低频电子线路硬件实验报告晶体管共射极放大器
××大学实验报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
□验证□综合■设计□创新实验日期：
实验成绩：
实验三晶体管共射极放大器
设计、测试
一、实验目的
1.学会晶体管放大器的调整方法。
2.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。
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
1.共射极单管放大器电路
图1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
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1共射极单管放大器实验电路
2.共射极单管放大器相关计算
在图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
3.放大器的测量和调试
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。
饱和失真：
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（a）所示；
截止失真：
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（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）饱和失真（b）截止失真
图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3所示。
通常采用调节偏置电阻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3电路参数对静态工作点的影响
上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，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。
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。
4.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）最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）
如上所述，为了得到最大动态范围，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，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。
然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于
。
或用示波器直接读出U0PP。
图5静态工作点正常，输入信号太大引起的失真
（5）放大器幅频特性的测量
放大器的幅频特性：
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（管脚排列如图7所示）电阻器、电容器若干
3DG9011（NPN）
3CG9012（PNP）
9013（NPN）
图7晶体三极管管脚排列
四、实验内容
实验电路如图1所示（实验模块虚线左半部分如图14）。
各电子仪器可按图8所示方式连接，为防止干扰，各仪器与放大器的公共端（地线）必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。
图8实验电路与各电子仪器的连接
Multisim仿真图：
图9仿真电路图
1.调试静态工作点
实验步骤：
1被测电路为图14左半部分，按图8接好电路；
2放大器输入端Us对地短路；
3将RF1短路（如图14）；
4接通电源Vcc（＋12V）；
5调节RW，使IC＝2.0mA（即URC＝4.8V）；
6用数字万用表测量UB、UE、UC电压值及RB2阻值。
（测量RB2阻值时必须将开关断开）
表1Ic＝2.0mA
测量值
计算值
UB（V）
UE（V）
UC（V）
UBE（V）
UCE（V）
IC（mA）
2.789
2.084
7.12
0.705
5.036
2.084
2.测量电压放大倍数
实验步骤：
1uS加入频率为1KHz的正弦信号；
2调节函数信号发生器幅度使Ui≈10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，不能让波形失真；
3用交流毫伏表测量UO值，用示波器观察uO和ui的相位关系。
表2Ic＝2.0mAUi＝10mV
RC（KΩ）
RL（KΩ）
Uo（V）
Av
观察记录一组u1和uO波形
2.4
∞
1.43
143
2.4
2.4
0.66
66
仿真波形：
图10输入输出相位关系
3.观察静态工作点对电压放大倍数的影响
实验步骤：
1置RC＝2.4KΩ，RL＝∞，Ui约10mV；
2调节RW，用示波器监视输出电压波形；
3在uO不失真的条件下，测量三组IC（Uc）和UO值。
注意：
测量IC时，应将输入信号短路（即使Ui＝0）。
表3RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝ 10 mV
IC（mA）
1.0
2.0
2.4
UO（V）
0.885
1.42
1.45
AV
88.5
142
145
4.观察静态工作点对输出波形失真的影响
实验步骤：
1置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，ui＝0；
2调节RW使IC＝2.0mA，测出UCE值；
3再逐步加大输入信号，使输出电压u0最大但不失真；
4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。
注意：
每次测IC和UCE值时将输入端对地短路，使信号电压置零（Ui=0）。
表2－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝ mV
IC（mA）
UCE（V）
u0波形
失真情况
管子工作状态
2.7
2.68
饱和失真
饱和区
2.0
5.0
不失真
放大区
0.825
9.08
截止失真
截止区
仿真波形：
图11Ic=2.7mA的Uo（饱和失真）
图12Ic=2.0mA的Uo（不失真）
图13Ic=0.825mA的Uo（截止失真）
5.测量输入电阻和输出电阻
实验步骤：
1置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，IC＝2.0mA；
2输入f＝1KHz的正弦信号；
3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。
4保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo；
5连接RL，测量输出电压UL。
表6 IC＝2mARc＝2.4KΩRL＝2.4KΩ
US（mv）
Ui
（mv）
Ri（KΩ）
UO（V）
UL（V）
R0（KΩ）
测量计算值
理论计算值
测量计算值
理论计算值
50
10
2.5
2.21
1．715
0.86
2.38
2.4
6.测量幅频特性曲线
实验步骤：
1取IC＝2.0mA，RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ；
2保持输入信号ui的幅度不变，改变信号源频率f；
3逐点测出相应的输出电压UO。
注意：
为了信号源频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。
表7Ui＝10mV
F
FLFoFH
F（Hz）
85001K
Uo（mV）
307440311
Av=Uo/Ui
30.744.031.1
Multisim仿真值：
F
FLfoFH
F（Hz）
401M2M
UO（mV）
594838592
AV=UO/Ui
59.483.859.2
图14实验电路模块
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、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。
以静态工作点的误差为例，放大器静态工作点的调试就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。
失真情况中，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，失真波形还比较好判断，但当工作点偏低产生截止失真时，uO的正半周被缩顶，失真波形就不如饱和失真那么明显，这也是产生误差最大的地方。
2.总结RC，RL及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
RL越大，UL越大，RL断开即∞时的Uo就越大，相应的Av也就越大。
3.讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
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；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）。
4.分析讨论在调试过程中出现的问题。
见实验心得。
六、实验心得
实验调试过程中最艰难的一部分就是静态工作点的调试，饱和失真比较好看出来，但截止失真的变形很难判断。
在后面测量幅频特性曲线的过程中，发现测量值和仿真值相差甚远，Ui太小时示波器显示不出波形，大了又可能产生失真，另外累积工作点的误差，这些都可能是产生幅频特性误差的原因。
另外，有的数据需要测交流，有的要测直流，电压表有的时候会用乱。
而且测交流时，毫伏表和示波器的测量值有比较大的差距，所以总结出经验，测数据的仪器要统一，要么都用毫伏表，要么都用示波器。
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