电子系统实验指导书二.docx
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电子系统实验指导书二
《电子技术》仿真实验指导书
杨静编
南京工业大学
电气工程与控制科学学院
2017、5
实验二晶体管放大器
一、实验目的
1、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。
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。
二、虚拟实验仪器及器材
双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表
3、实验原理
放大电路（又称为放大器），是基本的电子电路，在通信、广播、测量等方面有着广泛的应用。
根据电路结构不同，放大器可分为直接耦合放大器和交流耦合放大器；根据放大器级数的多少又可分为多级放大器和单级放大器。
在单级放大器中，若为晶体放大器，可分为共射、共基、共集放大器，若为场效应管放大器,则可分为共源、共栅、共漏放大器。
一个放大器应包括以下几个部分：
输入信号源（电流源或电压源）、有源器件（晶体三极管或场效应管）、输入输出耦合电路、负载以及直流电源和相应的偏置电路。
1、放大电路静态工作点的测量与调试
1）静态工作点的测量
测量放大电路的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行。
2）静态工作点的调试
放大电路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，对放大电路的性能和输出波形都有很大影响。
如工作点偏高，放大电路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（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（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，即在放大电路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。
（a）（b）
最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。
所以确切地说，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。
放大电路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。
2、电压放大倍数AV的测量
调整放大电路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，测出ui和uo的有效值Ui和UO，则:
3、输入电阻Ri和输出电阻Ro的测量
为了测量放大电路的输入电阻，如图所示，在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大电路正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得：
图2-1输入、输出电阻测量电路
测输出电阻采用改变负载电阻测输出电压进而估算输出电阻的方法，即
，式中，Uo是输出端空载时的输出电压，UL是接入负载RL时的输出电压。
4、最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）
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。
为此在放大电路正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波电路观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，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
。
或用示波电路直接读出UOPP来。
4、实验内容
1、建立仿真电路
图2-2分压偏置共射放大电路
2、测量静态工作点
当输入信号
=0时，调节Rw，选择合适的静态工作点。
（1）用虚拟仪表数字万用表测量静态工作点
Multisim10软件为用户提供多种虚拟仪表，如数字万用表（Multimeter）、函数信号发生器（FunctionGenerator）、示波器（Oscillcope）等。
增加测量相应参数所需的万用表，设置信号源输出为0V，打开仿真开关，测量并计算得VCE和VBE。
记录数据，填入下表：
仿真数据（对地数据）单位；V
计算数据单位；V
基级VB
集电极VC
发射级VE
VBE
VCE
（2）用“直流工作点分析”功能进行直流工作点分析，测量并记录静态工作点。
v电路结点标注
点击主菜单Options->SheetProperties，选中circuit页Netnames的showall。
v仿真方式选择
点击主菜单Simulate->Analysis->DCOperatingPointAnalysis。
图2-3DCOperatingPointAnalysis窗口
v输出变量选择
OutputVariables页用来选定输出分析的变量。
在DCOperatingPointAnalysis窗口的Outputvariables页窗口中，左边Variablesincircuit区中给出了针对电路中已标注的所有结点，该分析方法能够分析计算的所有变量。
可以通过选中需要分析计算的变量点击Add的方法将想要观测的变量添加到右边Selectvariablesfor区中，用于软件后台的分析计算。
图2-4选择输出变量
其中，$1表示结点1的电压，vv2#branch表示流经电源V2的电流。
还可通过AddExpression完成简单计算。
v内部结点添加
有些情况下，元器件有内部结点的存在（如：
三极管），若想分析计算元器件内部结点的电流电压参数，可选择左边Variablesincircuit区下边的
，在moreoptions中选择
添加元器件模型和想要分析计算的参数。
v仿真结果读取
完成以上各步骤后，点击在DCOperatingPointAnalysis窗口下侧的Simulate按钮，读取仿真结果。
图2-5直流工作点分析结果
2、测电压放大倍数
通过示波器观测输入、输出电压波形的幅度和相位关系，并测量电压放大倍数，
在放大电路输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，使放大电路输入电压Ui
10mV（可令Rs=0，Us=10mV），同时用示波电路观察放大电路输出电压uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波电路观察uO和ui的相位关系，记入表中。
Ui＝10mV
RL（KΩ）
Uo（mV）
AV
观察记录一组uO和u1波形
∞
1
5.1
3、交流分析（ACAnalysis）
交流分析用来分析电路的频率相应，分析结束后给出电路的幅频响应曲线和相频相应曲线，分析上限截止频率,下限截止频率,带宽。
进行交流分析时，系统会自动对程序先进行直流工作点分析，以建立电路的交流小信号模型，并将直流电源置零，交流信号源、电容及电感等用其交流模型代替。
v仿真方式选择
点击主菜单Simulate->Analysis->ACAnalysis。
图2-6单管共射放大电路的交流分析设置窗口（FrequencyParameters页）
交流分析设置窗口共有4页，通常只涉及FrequencyParameters和OutputVariables两页。
v分析参数设置
FrequencyParameters页用来设置扫描频率、扫描方式等。
Startfrequency和Stopfrequency两项分别指定AC分析的起始频率和终止频率。
Sweeptype项用来设置AC分析的扫描方式，其下拉菜单中有Decade（十倍频程扫描）、Octave（八倍频程扫描）和Linear（线性扫描）三种方式。
Numberofpointsper项根据前面选好的扫描方式设定每倍频程的扫描点数。
Verticalscale项用来设置输出波形纵坐标的刻度，包括Linear（线性）、Logarithmic（对数）、Decibel（分贝）和Octave（八倍程）。
v输出变量选择
OutputVariables页用来选定输出分析的变量。
在ACAnalysis窗口的Outputvariables页窗口中，左边Variablesincircuit区中给出了针对电路中已标注的所有结点，该分析方法能够分析计算的所有变量。
可以通过选中需要分析计算的变量点击Add的方法将想要观测的变量添加到右边Selectvariablesfor区中，用于软件后台的分析计算。
图2-7单管共射放大电路的交流分析设置窗口（OutputVariables页）
v仿真结果读取
完成以上各步骤后，点击在ACAnalysis窗口下侧的Simulate按钮，读取仿真结果。
图2-8单管共射放大电路AC分析结果
在该窗口中分别给出了对应输出变量的幅频响应曲线（上）和相频响应曲线（下）。
v注意事项
在进行AC分析时，输入信号源的大小并不影响最终结果，因为进行AC分析时输入信号源的大小是由信号源中的ACAnalysisMagnitude项确定的，与输入信号源的大小无关。
而输入信号源的ACAnalysisMagnitude项，系统通常默认为1V。
图2-9输入交流信号源的设置窗口
4、观察静态工作点对输出波形失真的影响
加大输入信号，使Vi=0.7V，用示波器观察输出波形。
顺时针调节RW，使输出电压Vo失真，测量此时的VCE值。
然后保持输入信号不变，反时针调节RW，使输出波形出现失真，记录Vo的波形和此时的VCE值（注：
每次测VCE值时都要使信号发生器的输出为零）。
5、测量最大不失真输出电压
6、测量输入输出电阻
按照实验原理，设计测量输入电阻、输出电阻的方法并测量之。
仿真数据（注意填写单位）
计算
电源有效电压值Us
万用表的有效数据Ui
Ri
仿真数据（注意填写单位）
计算
UL
Uo
Ro
五、实验报告内容与要求
1、完成实验内容，并在实验报告上对数据和波形进行记录和分析。
2、完成思考题。
六、思考题
1、共发射极放大电路的特点？
2、在电路中改变RE的值，观察电压放大倍数的变化情况，分析引入RE对电压放大倍数的影响。
3、观测有无旁路电容Ce对电路静态、动态分析的影响。
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