晶体管放大器的静态调测与增益测试.docx

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晶体管放大器的静态调测与增益测试

晶体管放大器的静态调测与增益测试

学号2015212822

学生姓名张家梁

专业名称应用物理学（通信基础科学）

所在系（院）理学院

指导教师韩康榕

2016年12月14日

晶体管放大器的静态调测与增益测试

张家梁

（北京邮电大学，北京100876）

摘要：

本实验对单管共射放大电路进行研究。

实验中需要设定直流偏置来确保Q点工作在合适的位置，保证交流放大电路的稳定性。

否则会引起截止失真或者饱和失真，然后再用示波器观察交流信号，改变交流参数值并观察工作情况，并在这个过程中得到交流信号相应的动态范围。

关键词：

单管共射；增益；静态调测；动态范围；示波器

StaticMeasurementandGainTestofTransistorAmplifier

JialiangZhang

（BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,BJ10,China）

Abstract：

Inthisexperiment,thesingle-tubecommon-emitteramplifiercircuitisstudied.Intheexperiment,itisnecessarytosettheDCbiastoensurethattheQ-pointworkintherightpositiontoensurethestabilityoftheACamplifiercircuit.Otherwiseitwillcausedistortionorsaturationdistortioncut-off,andthenobservetheACsignalwithanoscilloscopetochangethevalueoftheACparametersandobservethework,andintheprocessofACsignaltogetthecorrespondingdynamicrange.

Keywords:

Single-tubecommon-firing;gain;statictuning;dynamicrange;oscilloscope

引言

研究晶体管放大电路时，需要先连接好电路并经过调测确定合适的直流工作点，这个过程中，需要调节好静态工作点，就是使用示波器观察是否产生失真。

在动态测量时在不同的电路参数下调节信号源的频率，观察输出波形的属性，得出动态调测的结果。

1实验目的

1.学习晶体管放大器静态工作点的调测方法。

2.研究静态工作点对放大器性能的影响。

3.掌握电压放大倍数、动态范围的测试方法。

4.熟悉常用电子仪器以及设备的使用。

2实验原理

1.单极晶体管放大器静态工作点的测量

图1－1为电阻分压式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。

Rp用来调节静态工作点。

当在放大器的输入端加入输入交流电压信号vi后，在放大器的输出端便可得到一个与vi相位相反，幅值被放大了的输出交流电压信号vo，从而实现了电压放大。

图1共射极单管放大器实验电路

晶体管为非线性原件，要使放大器不产生非线性失真，就必须建立一个合适的静态工作点（Q点），使晶体管工作在放大区。

当Q点合适时，输入大小合适的信号，输出波形不失真，若Q过低，如图2所示，则IB小，Ic小，晶体管进入截止区，产生截止信号，如图2-3（A）所示；当Q点过高，即IB大，则Ic大，从而进入饱和区，产生饱和失真；如图1-3（b）所示。

（b）

（a）

图2电路参数对静态工作点的影响图3静态工作点对vO波形失真的影响

因此，在完成放大器的设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。

一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。

因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。

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，放大器各项动态参数的测量与调试。

实验一主要针对对静态工作点的测量和调试。

如图2所示，放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或VCE）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。

测量时，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线的中点。

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vo的负半周将被削底，如图3-（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即vo的正半周被缩顶，如图3-（b）所示。

对于线性放大电路而言，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。

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所示。

但当电路参数确定后，工作点的调整主要通过电位器调节来实现，输入合适的信号时，使输出波形达到最大且不失真，即为最佳的静态工作点。

1）直接测量法

将直流电流表（万用变置于直流电流档）串接在集电极电路直接测出ICQ的值。

直接测量精度较高，但由于要断开电路，比较麻烦，尤其是焊接的电路。

2）间接测量法

1用直流电压表（万用表置于直流电压档）测电阻RC两端的电压URC，然后计算ICQ=URC/RC。

2用直流电压表（万用表置于直流电压档）测电阻RE两端的电压URE=UEQ，然后计算IEQ=ICQ=UEQ/RE。

电压表接在RE两端测量UEQ时会较小直流负反馈而使IEQ增大，但是间接测量UEQ，有一段接地，容易进行单手操作，因此试验常采用此方法。

为较小误差，应尽量选内阻大一些的电压表。

注意事项：

1进行ICQ的测量时为保证电路无输入以及干扰，应该将电路的输入端对地短路

2间接测量测出URC算出ICQ后，还需进一步检验其他的静态参数，以免出现假象。

例如，晶体管发射结因损坏而断路，同样可以测出URC的值，但此时ICQ的数值已经无实际意义。

因此在测出ICQ的值后需要测量一下UBEQ或UCEQ的值以供做出正确的判断。

3在测量UBEQ时，将万用表直接跨接咋已经途观的B、E极间测量，而不要求采用UBEQ=UBQ-UEQ的测量方法，否则可能得到错误的结果。

2.单极晶体管放大器的静态工作点的调整

调整静态工作点主要通过偏置电路进行。

如图1，通过调节电位器Rp来改变电阻RB1的值，从而调节基级电压，使三极管的偏置电流改变，达到改变静态工作点的目的。

与电位器RP串联的电阻R为限流保护电阻，对电路起保护作用。

3.放大器电压放大倍数的测量

电压放大倍数是放大电路输出信号电压uo与输入信号电压ui之比，测试电路如图1所示。

具体测量步骤如下：

1输入信号选正弦信号，频率选择放大器的中频段的某一概率，如音频放大器可选择1kHz。

信号的幅度不能过大，否则会造成输入信号失真。

2示波器同时输入输出波形，保证在输入波形无明显的非线性失真，无振荡，无严重干扰，电路处于正常工作状态下。

3根据工作频率的高低选择低频晶体管毫伏表，用毫伏表测量放大器的输入信号电压有效值uo和输入信号电压有效值ui，计算电压放大倍数：

Au=uo/ui。

也可以用示波器测量输出信号电压峰峰值uopp和输入信号电压峰峰值uipp则Au=uopp/uipp。

4.放大器输入、输出阻抗的测量

1）伏安法测量放大器的输入电阻Ri

放大电路在小信号作用下，可以看做一个线性电路，这个线性电路对于前一级短路来讲，相当于负载阻抗Zi，这个负载阻抗称为放大器的输入阻抗，在放大器的中频段，可以认为输入阻抗不随频率变化，因此可用刚输入电阻Ri表示。

伏安法测量放大器的输入电阻Ri的电路如图2.4所示，具体测量步骤及注意事项如下：

1在输入回路串接一个参考电阻R，其阻值应与被测输入电阻Ri理论值尽量相近；

2正弦输入信号的频率取在放大电路中频段内，幅度适中；

3示波器同时监测输入输出波形，确保电路工作正常；

4用晶体管毫伏表分别测量参考电阻R两端对地的交流电压u1、u2；

5根据测量数据，流过R的电流i_R=u_R/R，就是放大电路的实际电流，而放大电路的输入电阻是输入电压与输入电流的比，即：

；

6使用欧姆表测量参考电阻R，得到其实际电阻应用于上述公式，计算得到。

图2.4

2）伏安法测量放大器的输出电阻

在中频小信号情况下，放大电路对后一级电路来讲，可以看作一个内阻为、源电压为的等效信号源。

就是放大电路的输出电阻，它的大小反映了放大器的带载能力。

伏安法测量放大器的输入电阻的电路如图2.5所示，具体测量步骤及注意事项如下：

1在输入回路串接一个参考电阻，其阻值应与被测输入电阻理论值尽量相近；

2正弦输入信号的频率取在放大电路中频段内，幅度适中；

3示波器同时监测输入输出波形，确保电路工作正常；

4用晶体管毫伏表分别测量不接负载时的输出电压，接上时的输出电压；

5根据测量数据，就是等效电压源的源电压，而接上负载后，、和就形成回路，就是回路中上的交流压降，即：

；

6使用欧姆表测量参考电阻，得到其实际电阻应用于上述公式，计算得到。

5.放大器动态范围的测量

（1）动态范围的测量

放大器在线性工作范围内，可以将信号不失真地放大，超过这个范围后，其输出信号将产生非线性失真。

放大器的动态范围是指输入电压为正弦波的时候，放大器输出电压波形不产生明显失真的情况下，所能达到的最大输出电压的峰峰值。

在实际的测量技术中，人们对于“不产生明显失真”有两种约定：

1非线性失真的系数不超过某一规定的量值，可以用失真度测试仪进行监测；

2用示波器定性地观察输出正弦波信号没有明显失真，一般用肉眼可观察出明显的波形失真时，非线性失真系数已不低于5%了。

放大器动态范围的具体测量方法如下：

1正弦输入信号的频率取被测放大器的中频段的某一频率；

2示波器或失真度测试仪接在被测放大器的输出端，监测输出波形；

3调节信号源使被测放大器输入信号的幅度逐渐增大，放大器输出信号幅度也随之逐渐增大，直到被测放大器输出波形出现明显的限幅失真，或失真度达到某一数值；

4用示波器测出被测放大器此时输出的正弦波的峰峰值，即为动态范围大小。

（2）最大动态范围的测量

放大器动态范围的大小与电路的静态工作点密切相关，如果在测量过程中出现输出信号正负半周限幅失真不对称的情况，也就是输出信号正负半周不同时出现限幅，则可以在限幅失真刚出现时调节电路的静态偏置电路改变其静态工作点，使输出波形的限幅失真消失，再继续增加输入信号的幅度，如此反复调节，直到输出波形正负半周将要同时产生限幅失真，此时的最大不失真输出波形的峰峰值，就是放大器的最大动态范围大小。

3实验步骤

1.静态调测：

调节静态工作点ICQ为3mA

按照电路图正确连接电路（接通电流前，先将RP调至最大），输入端短接使输入为0，接通-12V电源，调节Rp，万用表直流电压档测UEQ使ICQ=IEQ=UEQ/RE为3mA，然后测量UBQ、UEQ、UCQ以及RB2的值并记录。

2.动态测量

将电路输入端的短路线去掉。

将函数信号发生器调节至正弦输出，输出信号幅度调至最小后，将函数信号发生器正确接入电路的输入端

a）输入信号频率调为1kHz，毫伏表接电路的输入端，调节函数信号发生器使输入信号有效值为5mV，用示波器观察ui和uo的波形，分析波形正常后，用交流毫伏表测量输出信号的有效值，计算电压放大倍数，在坐标纸上规范出处ui和uo的波形、

b）输入信号频率改为30kHz，有效值为40mV的正弦信号，分别增大和减小Rp，市波形出现两种不同失真，分别测量两种是真情况下的静态工作点IC和UCE判断失真类型。

4实验数据及处理

1.实验电路

实验实际的电路如图所示：

2.静态调测：

调节静态工作点ICQ为3mA

数据如下表所示：

3.动态测量：

a）

输出信号有效值：

141mVui和uo的波形如下图所示：

故电压放大倍数为Avs=6.24/136*1000=45.88

b）

①减小Rp，出现饱和失真：

此时UCE=-2.1804VIC=3.8936mA

②增大Rp，出现截止失真

此时UCE=-0.0953VIC=0.1701mA

5实验中遇到的问题及解决方法

实验的难度在于电路的连接和调试。

在连接过程中需要先连接直流偏置电路，测量直流偏置是否正确，正确以后要继续连接交流工作电路，形成回路，否则继续检查电路中的错误，直到准确为止。

再继续检测各元件电压，电流值是否在正常范围内，否则可能出现短路、断路或者元件损毁等情况。

所以在连接电路时要准确，检测电路时要全面。

6思考题

1.运用理论知识对饱和失真和截止失真波形进行解释

交流信号工作时，示意图如下图所示：

故饱和失真是由于直流工作点设置太高，而截止失真由于直流工作点设置过低，同时出现时是由于输入信号幅值过大。

2.讨论本实验中的调测方法，总结实验注意事项

本实验中调测方法有晶体管集电极电流的调测，静态工作点的调整，放大器电压放大倍数的测量，输入输出阻抗的测量以及放大器动态范围的测量。

实验中注意电路的连接要准确，检测好各元器件是否正常工作，输出信号不能出现失真，输入信号的频率范围幅值选择要合理，直流工作点要设定好，能够为交流工作提供稳定的偏置。

7总结

此电路实验对单管共射电路进行了深入的研究，通过准确确定直流工作点，来避免交流工作失真现象的产生，以及失真现象产生的原理等有了更深入的认识和理解。

在电路连接方面有了更熟练的应用，也对晶体管放大电路的交流、直流放大原理有了一定的了解。

8参考文献

[1]Tektronix示波器使用手册.

[2]电子测量与电子电路实验.北京邮电大学电子工程学院电路中心[J]:

86-87