实验一　晶体管共射极单管放大器

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. 掌握放大器静态工作点、电压放大倍数、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 实验原理

图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_B1和R_B2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。

图1  共射极单管放大器实验电路

　　在图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_CE＝U_CC－I_C（R_C＋）

　　电压放大倍数

                           （取60，取1K）

输入电阻　                  

R_i＝

输出电阻                    R_O≈R_C

　　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6所示）

        电阻器、电容器若干

四 实验内容

　　1. 调试静态工作点

接通直流电源前，先将R_W调至最大， 函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通＋12V电源、调节R_W，使I_C＝2mA（即U_B＝3.0V）。用直流电压表测量U_B、U_E、U_C的值，记入表1中。其中。

                                表1 静态工作点测试

  　2. 测量电压放大倍数

在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压增大，同时用示波器观察放大器输出电压波形，在波形将要失真而不失真的临界状态下，在示波器上读取和值，并观察和的相位关系，记入表2和表3的第2栏。

表2 电压放大倍数测量

　　　3. 观察静态工作点对输出波形失真的影响

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ， u_i＝0，调节R_W使I_C＝2mA，测出U_CE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u₀ 足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，调节R_W，使波形出现饱和失真，绘出u₀的波形，并测出失真情况下的静态工作点值，记入表3中。然后再调节RP，在示波器上观察到截止失真，测出输出电压、绘出输出波形，测出静态工作点。

表3 静态工作点对输出波形失真的影响

6 预习要求

　　1. 阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。

　　假设：3DG6 的β＝100，R_B1＝20KΩ，R_B2＝60KΩ，R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ。

　　估算放大器的静态工作点，电压放大倍数A_V，输入电阻R_i和输出电阻R_O

    2. 阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。

　　3. 能否用直流电压表直接测量晶体管的U_BE？ 为什么实验中要采用测U_B、U_E，再间接算出U_BE的方法？

    4. 怎样测量R_B2阻值？

　　5. 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？

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

    7. 在测试A_V，R_i和R_O时怎样选择输入信号的大小和频率？

为什么信号频率一般选1KHz，而不选100KHz或更高？

8. 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？

9. 熟悉直流电流表、直流电压表、信号发生器、波特图仪、示波器、仿真仪器仪表的使用.

7实验总结

1. 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数之值与理论计算值及仿真值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。

2. 讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

3. 分析讨论在调试过程中出现的问题。

 

第二篇：丁大鹏 单管放大器实验讲稿

实验27 晶体三极管单管放大器

实验目的

1、掌握调整单管放大器的静态工作点的调试方法；

2、掌握测量交流放大倍数、输入电阻、输出电阻的方法；

3、观察输出信号的饱和失真、截止失真和双向切波失真，理解其产生原因。 4、观察交流负反馈对放大器性能的影响。 实验仪器

DJ-A2型模拟电路试验箱，YB1602函数信号发生器，YB43020D双踪示波器，UT151F型数字万用表。

实验原理

晶体三极管是一种三端器件，内部含有两个离的很近的背靠背排列的PN结（发射结和集电结）。两个PN结上加不同极性、不同大小的偏置电压时，三极管呈现不同的特性和功能。

放大电路的功能是将微弱的电信号不失真地放大到需要的倍数值。为了增强微弱电信号，几乎每个电子系统中都要用到放大电路。

本实验，我们用如（图27-1）电阻分压式工作点稳定单管共射极放大器为例，让大家在实践中掌握晶体三极管的电流控制（既电流放大）作用的特性、掌握放大电路的组成及工作原理、掌握单管放大器的电路调整技术、参数测量方法。

图27－1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R2、R9和R3组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R6和R7，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Uo，从而实现了电压放大。

图27-1

在图27－1电路中，当流过偏置电阻R2、R9和R3 的电流远大于晶体管5V1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：

UB?

R3Vcc R2?R9?R3UCE?UCC?IC(R4?R6?R7)

U?UBEIE?B?IC R6?R7

IE???IB

主要交流参数估算：

电压放大倍数

AV??βR4 // R13 rbe26(mV)rbe?300(?)?(1??)IE(mA)

输入电阻

Ri＝R2

输出电阻 // R9 // R3 // rbe

RO≈RC

由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，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，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

IC?IE?UEV?UC算出IC（也可根据IC?CC，由UC确定IC）， R6?R7R4

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。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27－2(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27－2(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) (b)

图27－2 静态工作点对uO波形失真的影响

改变电路参数VCC、RC、R2、R9、R3都会引起静态工作点的变化。通常多采用调节偏置电阻R9的方法来改变静态工作点，如减小R9，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。

2、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）。

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

AV?U0 Ui

2) 输入电阻Ri的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图27－3 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，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

Ri?UiUiUi??R

URIiUS?Ui

R

图27－3 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

UL?RLUO RO?RL

即可求出

RO?(UO?1)RL UL

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4－5）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2U0。或用示波器直接读出UOPP来。

图27－4静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

实验内容步骤

1． 连接电路

（1） 用万用表测试并判断试验箱上的三极管5V1的极性及好坏和电阻的

好坏。

（2） 将滑动变阻器调至最大值，用试验箱里的导线按照电路图27-1连接

电路。负载电阻暂时先不接入。、

（3） 示波器的两个通道CH1和CH2分别接信号输入端和信号输出端，注

意“共地” 。

（4） 连接好电路后，举手请实验教师确认无误后，打开实验箱上的电源。

2．单管放大电路的静态研究。

（1）实测Rc（5R4）、Re（5R6、5R7串联）、RL（5R13）的阻值，记入表27-1。

（2）用屏蔽信号线连接信号源输出端和电路板信号输入端Ui，注意“共地”。

（3）交流信号源输出1000Hz正弦波信号，调节方法。

（4）示波器的调节。

（5）最佳工作状态的调试

3．单管放大电路的动态研究。

（1）空载及有载放大倍数的测量

重新向放大器送入信号，恢复到最佳工作状态。用示波器测出输入信号和输出信号的峰-峰值UiP?P和UoP?P填入表27-2。然后将负载电阻RL（5R13）接在输出端，观察示波器上输出波形有何变化，测出此时的输出信号电压峰-峰值UoLP?P，也填入表27-2。根据表中数据算出放大器空载时的交流放大倍数和接入负载时的交流放大倍数。算出放大器的输出电阻。

（2）输出波形失真观察及分析

①双向失真：调整信号源“输出幅度调节旋钮”AMPLITUDE使其输出信号增大到放大器输出信号正负半周都出现失真，这种失真称为“双向切波失真”或“大信号失真”

，画出

失真波形，记下此时的输入信号和静态工作点。

然后调整信号源“输出幅度调节旋钮”AMPLITUDE使其输出信号减小，让放大器恢复到最佳工作状态。

②削顶失真：调整放大器电路板上的电位器使输出波形正半周顶部失真，画出失真波形，测出此时的直流Uc、Ub、Ue。

③削底失真：反方向调整放大器电路板上的电位器使输出波形底部失真，画出失真波形，再测出此时的直流Uc、Ub、Ue。

将三种失真波形及对应的Uc、Ub、Ue填入表27-3。

（3）旁路电容Ce的作用研究

调整放大器电路板上的电位器使电路恢复到最佳工作状态，再调整信号源“输出幅度调节旋钮”AMPLITUDE使其输出信号增大到放大器输出信号出现大信号失真；去掉发射极的旁路电容Ce（5C3）（将接入5C3的插子拨起一个），观察输出信号波形有何变化？（信号幅度变大还是变小？放大器的放大倍数变大还是变小？输出信号波形失真情况如何？）

按下信号源“WAVE FORM”下的“三角波”键，将输入信号改为三角波，重复上述操作，比较有Ce和无Ce两种情况下放大器对三角波的放大情况。

【数据记录及处理】

1．试推证式（27-13）和（27-14）。

2．对所测量数据进行计算和分析。

表27-2 放大器交流放大倍数和输出电阻测量

表27-3 失真类型观察及分析

数据处理：

1、用游标卡尺测量圆柱体的体积

11 （x为主尺上最小?-)-46?0.02)?- (1-0.92)?-0.08mmx1

一个分格的读书）；

1n16

； d?dd10.01mmi?i?n6i?1i?1

1n16

?。 d?|?d?|?d?0.02mmi|i|n6i?1i?1

.99同理得：h?19；?。 h?0.02

圆柱体的体积为：

1123 ?3.?10.01??3.1416?100.20?19.99?1573(mm)444

相对误差为： ?d?h0.020.02 ?0.?0.?0..v.0119.99dh10

平均绝对误差为：

3 ????.?7.0785?8(mm)v圆柱体的体积测量结果：

3V?V??V?1573?8(mm)

2、用螺旋测微计测小钢球的体积

其中：

零点读数：?=+0.001mm 1n16

d?dd15.001mmi?i?n6i?1i?1

1n16

?d?|?d?|?d?0.001mmi|i|ni?61i?1

小钢球的体积为：

3143313 ?3.??3.??1767.7(mm)3666

小钢球体积的相对误差为： ?d0.? dEv?3

小钢球体积的平均绝度误差：

?V?EV?V?1.4(mm)3

小钢球体积的测量结果：

V?V??V?1767.7(mm)3