实验二　晶体管共射极单管放大器

预习部分

一、实验目的

　　⒈ 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。

　　⒉ 掌握放大器主要性能指标及其测试方法。

    ⒊ 熟悉示波器、函数发生器、交流毫伏表、直流稳压电源及模拟实验箱的使用。

二、实验原理

1．静态工作点对放大器性能的影响及调试

1)　静态工作点

当放大电路未加输入信号（u_i = 0）时，在直流电源作用下，晶体管基极和集电极回路的直流电流和电压用I_BQ、U_BEQ、I_CQ、U_CEQ表示，它们在晶体管输入和输出特性上各自对应一个点，称为静态工作点。

放大器静态工作点Q的位置对放大器的性能和输出波形有很大影响。以NPN型三极管为例，如工作点偏高（如图2-2-1中的Q₁点），放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u_o的负半周将被削底；如工作点偏低（如图2-2-1中的Q₂点）则易产生截止失真，即u_o的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。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u_i，检查输出电压u_o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。

图2-2-1  静态工作点不合适产生波形失真

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。若要获得最大的不失真输出电压，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点，如图2-2-2中的Q点。

图2-2-2  具有最大动态范围的静态工作点

图2-2-3  共射极单管放大器

2)       静态工作点的调试和测量方法

静态工作点由偏置电路设置。放大电路常用的偏置电路有固定和分压式偏置电路。固定偏置电路仅由一个基极电阻构成，要求电阻在兆欧数量级上，Q点易受晶体管参数变化和基极电阻值误差的影响。图2-2-3所示是分压式偏置的共射极放大电路。偏置电路由两个千欧数量级的基极电阻R_B1和R_B2构成，并添加射极电阻，也称射极偏置。它具有自动调节静态工作点的能力，当环境温度变化或更换晶体管时Q点基本不变。

改变电路参数U_CC、R_C、R_B（R_B1、R_B2）都会引起静态工作点的变化，但通常多采用调节上偏置电阻R_B2的方法来改变静态工作点。例如在图2-2-3所示电路中减小R_B2，则可使静态工作点提高等。

测量放大器的静态工作点，应在输入信号u_i＝0的情况下进行。选用量程合适的直流电压表，分别测量晶体管各电极对地的电位U_B、U_C和U_E。静态工作点为：

U_BEQ＝U_B－U_E

U_CEQ＝U_C－U_E

I_CQ≈I_EQ＝U_E / R_E。

上述测量中I_C采用了间接测量法，是测量中常用的方法。若集电极电路可以断开，也可串入电流表直接测量I_CQ。I_BQ为微安级，通常不测。

2．放大器主要动态指标测试

　　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）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u_i，在输出电压u_o不失真的情况下，用交流毫伏表测出u_i和u_o的有效值U_i和U_o，则Av＝U_o/ U_i

　　2)　输入电阻R_i的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图2-2-3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_S，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出U_s和U_i，则根据输入电阻的定义可得

测量时应注意

　　① 由于电阻R_S两端没有接地点，而交流毫伏表通常是测量对地交流电压，所以测量R_S两端电压 U_R时必须分别测出U_s和U_i，然后按U_R＝U_s－U_i求出U_R值。

　　② 电阻Rs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_S与R_i为同一数量级。

图2-2-4  输入、输出电阻测量电路

　　3)　输出电阻R_o的测量

按图2-2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 R_L的输出电压U_o和接入负载后的输出电压U_L ，根据 , 即可求出R_O。

　　在测试中应注意，必须保持R_L接入前后输入信号的大小不变。

　　4)　最大不失真输出电压Uop-p的测量（最大动态范围）

根据图2-2-2，放大器的最大动态范围即最大不失真输出电压的峰-峰值Uop-p。为了测量最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器输出波形不失真的情况下，逐步增大输入信号的幅度，用示波器观察U_O。当出现单向失真时则调节RP（改变静态工作点）使失真消失；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，用交流毫伏表测出Uo（有效值），则Uop-p =。或用示波器直接读出输出电压的峰-峰值Uop-p。

三、预习要求

1．复习分压式偏置的单管共射极放大器工作原理、静态工作点的估算和主要动态指标的计算。

2．复习示波器、函数发生器、直流稳压电源和交流毫伏表的使用。

3．使用Pspice仿真图2-2-3所示电路，晶体管型号为2N2222，R_B1＝20KΩ，R_B2＝60KΩ，Rc＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ。设置不同的β值，改变环境温度，计算电路在各种情况下的静态工作点和电压放大倍数A_u。

四、思考题

1．能否用直流电压表直接测量晶体管的U_BE 、U_CE？ 说明你的理由。

2．当调节偏置电阻R_B2，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降U_CE怎样变化？

3．改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响？改变外接电阻R_L对输出电阻Ro有否影响？

*4．结合实验电路的Pspice仿真结果说明图2-2-3所示放大电路在环境温度变化及更换不同β值的晶体管时静态工作点和电压放大倍数A_u是否变化，并分析原因。

5．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？

实验部分

一、实验设备与器件

二、实验内容

　　按图2-2-3接好实验电路。各电子仪器可按实验一中图2-1-1所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，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。

　　⒈　测量静态工作点

　　直流电源调至12V，加入放大电路，注意电源正、负极与放大电路的连接。静态时放大电路A端与地短接，不加信号源，此时输入信号u_i＝0。调节RP，设置静态工作点I_CQ＝2.0mA（即U_E ≈I_CQR_E＝2.2V），用直流电压表测量U_B、U_E及U_C，记入表2-2-1。

　　表2-2-1             Ic＝2mA

　　⒉　测量电压放大倍数、输入电阻和输出电阻

　　在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号u_S，调节函数信号发生器的输出旋钮使U_i＝100mv，测量源信号U_S，用示波器观察放大器输出电压U_O的波形以及U_O和U_i的相位关系。在波形不失真的条件下，用交流毫伏表分别测量空载和带载时的输出电压，记入表2-2-2和表2-2-3

　　表2-2-2          I_CQ＝2.0mA      R_C=2.4kΩ      R_S=10kΩ   

　　表2-2-3　

   

　　3  观察静态工作点对输出波形失真的影响

　　调节RP，使波形正半周出现失真，绘出U_O的波形，并测出静态值U_C和U_E，说明失真情况和晶体管工作状态，记入表2-2-3中。然后反向调节RP，使波形负半周出现失真，记录波形并测量静态值。若波形失真不明显可适当增大信号源电压U_S。每次测U_C和U_E时都要使放大电路处于静态，即置U _s = 0，注意不可将信号源短路。

    表2-2-4    R_C＝2.4KΩ   R_L＝2.4KΩ  

    4. 测量最大不失真输出电压

分别调节输入信号幅度和电位器RP，用示波器观察输出波形，使输出波形为最大不失真正弦波。测量此时的静态集电极电流I_CQ和输出电压的峰-峰值Uop-p，用交流毫伏表测量U_O及U_i值，记入表2-2-5。

        表2-2-5     R_L ＝2.4K

三、实验报告

⒈　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。

⒉　记录预习要求3的仿真结果，分析分压式偏置电路稳定静态工作点的作用。

⒊  讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

⒊  分析讨论在调试过程中出现的问题。

 

第二篇：晶体管共射极单管放大器实验报告

晶体管共射极单管放大器

    

班级：电子093

姓名：摩西

学号：46号

指导老师：康城

日期：20##-04-28

目录

一、实验目的

二、实验仪器

三、实验原理

四、实验内容

五、心得体会

一、实验目的

1．掌握放大器静态工作点的调试方法，学会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。

3．熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

二、实验仪器

1．双踪示波器

2．万用表

3．交流毫伏表

4．信号发生器

三、实验原理

         

                      图2-1 共射极单管放大器实验电路

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R_B2和R_B1组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R_E，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U_i后，在放大器的输出端便可得到一个与U_i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。

   在图2-1电路中，当流过偏置电阻R_B1和R_B2的电流远大于晶体管T的基极电流I_B时（一般5~10倍），则它的静态工作点可用下式估算，U_CC为供电电源，此为+12V。

                          （2-1）                        

                          （2-2）

                    （2-3）

  电压放大倍数

                              （2-4）

  输入电阻                                        （2-5）

  输出电阻                  

                         

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U_i=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数字万用表，分别测量晶体管的集电极电流I_C以及各电极对地的电位U_B、U_C和U_E。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出I_C的方法，例如，只要测出U_E，即可用算出I_C（也可根据，由U_C确定I_C），同时也能算出。

2）静态工作点的调试

   放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流I_C（或U_CE）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的影响。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u_O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u_O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u_i，检查输出电压u_O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2-2  静态工作点对U0波形失真的影响

改变电路参数U_CC，R_C，R_B（R_B1，R_B2）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电阻R_B2的方法来改变静态工作点，如减小R_B2，则可使静态工作点提高等。

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。所以确切的说，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。如须满足较大信号的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

四、实验内容

在实验箱的晶体管系列模块中，按图2-1所示连接电路：DTP5作为信号Ui的输入端，DTP4（电容的正级）连接到DTP26（三极管基极），DTP26连接到DTP57，DTP63连接到DTP64（或任何GND），DTP26连接到DTP47（或任何10K电阻），再由DTP48连接到100K电位器（R_W）的“1”端，“2”端和“3”端相连连接到DTP31，DTP27（三极管射极）连接到DTP51，DTP27连接到DTP59（或DTP60），DTP24连接到DTP32（或DTP33），DTP25先不接开路，最后把电源部分的+12V连接到DTP31。

1）放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数A_V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：

                        图2-6 幅频特性曲线

A_vm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1/倍，即0.707A_vm所对应的频率分别称为下限频率f_L和上限频率f_H，则通频带

f_BW=f_H-f_L                                   （2-11）

放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A_V。为此可采用前述测A_V的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时要注意取点要恰当，在低频段与高频段要多测几点，在中频可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不能失真。

 五、心得体会

通过这次实验，让我了解到了晶体管共射极放大器的基本工作原理，学会了分析静态工作点对放大器的性能影响，掌握了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，还有就是熟悉了常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用方法。在这次的实验操作过程中，我们要用到很多的实验器材，而且比较复杂，在连接的时候，比较容易出错，所以我们都非常认真的完成这次的实验操作。模拟电子电路是抽象的一门科学，在学习的过程中我们和实验相结合的方法来学习它，这让我们更加容易理解它。