RO>>RL,负载从放大器获取较大电压。
原理同上
2)图3-2是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图,试根据该图简单分析为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。
图3-2放大器输出阻抗测量原理图
答:
要确保Io和Uo都不太小,就必须保证Rl适中。
若Rl过小则Uo会很小,若Rl过大则导致Io较小。
3)对于小信号电压放大器来说一般希望输出阻抗足够小,根据您所学的理论知识,分析有哪些方法可以减小图3-3中放大电路的输出阻抗。
答:
在后面串入一共集放大电路,减小输出阻抗。
6.计算图3-3中各元件参数的理论值,其中
已知:
VCC=12V,Ui=5mV,RL=3KΩ,RS=1KΩ,T为9013
指标要求:
Au>50,Ri>1KΩ,RO<3KΩ,fL<100Hz,fH>100kHz(建议IC取2mA)
用Multisim软件对电路进行仿真实验,仿真结果填写在预习报告中。
1)仿真原理图
B
2)参数选择计算
RL=3KΩ,取Re=2KΩ,要使IC取2mA,则Re上分压为4V,Ub约为4.6V,取RB2为5KΩ,则电位器大约调到8KΩ。
根据上下限频率可确定各电容值,Rc和Rl取相近。
3)仿真结果
7.对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大,下限频率足够小,根据您所学的理论知识,分析有哪些方法可以增加图3-3中放大电路的上限频率,那些方法可以降低其下限频率。
答:
可通过减小R1和R2(同比例)增加上限频率
fL主要受C1、C2、CE的影响
,
,
因此可以通过适当增大C1、C2、CE减小
8.负反馈对放大器性能的影响
答:
在共射放大电路上增加负反馈,可使增益减小,带宽增加,输入阻抗、输出阻抗都会增大,并对噪声,干扰和温漂具有一定的抑制作用。
9.设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器,
已知:
VCC=12V,Ui=5mV,RL=1KΩ,T为9013
要求满足以下指标:
|Au|>100,Ri>1KΩ,RO<100Ω
1)仿真原理图
2)参数选择计算
采用共射-共基-共集放大电路进行多级放大,共射电路输入阻抗大且控制增益,共基的输入阻抗小,Rl’小,上限频率提高,但放大倍数不受影响,共集电路的输出阻抗小。
这样设计满足题目要求。
具体参数计算同上,也是根据要求计算静态工作点。
3)仿真结果
如上图所示,增益为247.908/1.743=142
三、实验内容
1.基本要求:
图3-3射极偏置电路
1)研究静态工作点变化对放大器性能的影响
(1)调整RW,使静态集电极电流ICQ=2mA,测量静态时晶体管集电极—发射极之间电压UCEQ。
记入表3-3中。
(2)在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号,调节信号源输出电压US使Ui=5mV,测量并记录US、UO和UO’(负载开路时的输出电压)的值并填于表3-1中。
注意:
用双踪示波器监视UO及Ui的波形时,必须确保在UO基本不失真时读数。
(3)根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro。
表3-1静态工作点变化对放大器性能的影响
静态工作点电流ICQ(mA)
2
测量值
理论值
误差
输入端接地
UBQ(V)
4.627
4
15.6%
UCQ(V)
7.916
8
1%
UEQ(V)
3.999
3.4
17.6%
输入信号Ui=5mV
US(mV)
9.3
13.08
28.8%
UO(V)
0.417
0.425
1.8%
UO’(V)
0.696
0.708
1.7%
计算值
UBEQ
0.629
0.6
4.8%
UCEQ
3.921
4.6
14%
Au
83.4
85
1.8%
Ri/kΩ
1.5
1.8
16.7%
RO/kΩ
1.8
2
10%
实验结果分析:
从实验所得到的结果与理论值进行比较可以看出,实验还是非常理想的,实验结果在误差允许范围之内,基本与理论值相符合。
但是其中关于US的测量还是存在一定误差。
个人估计是因为实验中仪器的内阻不能忽略的问题,导致实验结果与理论结果存在一定的偏差。
2)观察不同静态工作点对输出波形的影响
(1)改变RW的阻值,使输出电压波形出现截止失真,绘出失真波形,并将测量值记录表3-2中。
(2)改变RW的阻值,使输出电压波形出现饱和失真,绘出失真波形,并将测量值记录表3-2中。
表3-2不同静态工作点对输出波形的影响
完全截止
截止失真
饱和失真
完全饱和
RW变大、小
测量值
UBQ(V)
0.609
0.6337
6.253
6.502
—RW增大获得截止失真,RW减小获得饱和失真———
UCQ(V)
11.976
11.876
6.285
6.050
UEQ(V)
0.0006
0.099
5.614
5.860
波形
如下
如下
计算值
ICQ(mA)
0
2.4
UBEQ
0.6
7.2
UCEQ
12
0
R1
95k
3.3k
(实验提示:
测量截止失真波形时可以加大输入信号幅度)
失真图形:
截止失真:
饱和失真:
实验结果分析:
从实验结果可以看出,在实验误差的允许范围内,实验结果与理论值相同。
RW增大获得截止失真,RW减小获得饱和失真。
但是在完全饱和时,实验误差比较大。
在实验过程当中,调出饱和失真也比较困难。
在实验过程当中,要适当调节RW的大小,避免出现饱和失真和截止失真。
3)测量放大器的最大不失真输出电压
分别调节RW和US,用示波器观察输出电压UO波形,使输出波形为最大不失真正弦波。
测量此时静态集电极电流ICQ和输出电压的峰峰值UOP-P。
带负载时测量ICQ=2.488mA,UOP-P=3.36V
实验结果分析:
结果如下图所示
当ICQ=2.488mA时,得到最大不失真输出UOP-P=3.36VV,再增大输入信号源电压Us即同时出现饱和失真和截止失真。
在实验过程当中,就需要注意R1的大小,避免在较大信号输入时出现失真。
4)测量放大器幅频特性曲线
(1)使用扫频仪测出放大器的幅频特性曲线并记录曲线,读出下限频率fL、上限频率fH。
上限频率657KHz增益38.1db
中间频率10KHz增益41.1db
下限频率63Hz增益38.1db
(2)调整ICQ=2mA,保持Ui=5mV不变,完成以下内容,计入表3-3中:
(I)参考
(1)中测得曲线,分别在低频区(取fL)、中频区(任取)和高频区(取fH)各取一点测量UO值,记录下限频率fL、上限频率fH,计算带宽BW。
(II)输入Ui=5mV,f=fL,用示波器双踪显示输入输出波形,记录波形,并测量两者间的相位差Φ;
(III)输入Ui=5mV,f=fH,用示波器双踪显示输入输出波形,记录波形,并测量两者间的相位差Φ。
表3-3放大电路的幅频特性
f/kHz
fL=90Hz
f=1KHz
fH=180KHz
UO/V
0.284
0.403
0.290
Vi超前VoΦ=∆t/T∙3600
1440
————
1800
带宽BW=180KHz
实验结果分析:
试验中相位偏差比较大,实验结果并不是十分理想。
f=fL时的输入输出波形图:
CH2输出
CH1输入
实验结果分析:
f=fH时的输入输出波形图:
CH2输出
CH1输入
实验结果分析:
5)负反馈对放大器性能的影响
在实验电路图3-3中增加反馈电阻RF=10Ω,构成电流串联负反馈放大器,如图3-4所示。
调整ICQ=2mA,测量该电路的增益Au、输入阻抗Ri、输出阻抗RO、下限频率fL、上限频率fH、带宽BW,填入表3-4中,并和前面实验的测量结果进行比较。
图3-4电流串联负反馈放大电路
表3-4电流串联负反馈放大电路测量
静态工作点电流ICQ(mA)
2
实验1)、4)结果
测量值
理论值
误差
输入端接地
UBQ(V)
4.601
UCQ(V)
8.02
UEQ(V)
3.974
输入信号Ui=5mV
US(mV)
8.1
UO(V)
0.244
UO’(V)
0.411
幅频特性
fL/kHz
0.06
———
——
fH/kHz
230
———
——
计算值
UBEQ
0.630
UCEQ
4.058
Au
48.8
Ri/kΩ
RO/kΩ
BW/kHz
230
———
——
实验结果分析:
2.提高要求
设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器,RL=1KΩ,要求满足以下指标:
|Au|>100,Ri>1KΩ,RO<100Ω
写出具体设计过程,计算电路参数以及Au、Ri和RO的理论值。
设置合适的静态工作点,在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号,调节信号源输出电压US使Ui=5mV,用示波器双踪显示Ui、Uo的波形,在输出波形不失真的情况下,记录波形,测量US、UO和UO’(负载开路时输出电压)并计入表3-5中。
根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro,与理论值比较。
表3-5多级放大器技术指标测量
测量值
理论值
误差
输入信号Ui=5mV
US(mV)
UO(V)
UO’(V)
计算值
Au
Ri/kΩ
RO/kΩ
1)设计过程
2)双踪显示输入输出波形图:
3)实验结果分析:
4)总结多级放大器的设计方法