模电实验晶体管共射极放大电路

晶体管共射极放大电路

一、实验目的

　　1、学习放大电路静态工作点的测试及调整方法，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。

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_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1－1 共射极单管放大器实验电路

　　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

（1-1）

（1-2）

U_CE＝U_CC－I_C（R_C＋R_E）（1-3）

　　电压放大倍数（1-4）

输入电阻　　R_i＝R_B1// R_B2// r_be （1-5）

输出电阻 R_O≈R_C（1-6）

　　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直流毫安表和直流电压表，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U_E或U_C，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

U_BE＝U_B－U_E，U_CE＝U_C－U_E。

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I_C（或U_CE）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输入电压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。

2-2

(a) (b)

图1－2 静态工作点对u_O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置电阻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。

2-3

图1－3 电路参数对静态工作点的影响

　　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）和通频带等。

　　1)　电压放大倍数A_V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

　　　　　　　（1-7）

　　2)　输入电阻R_i的测量

　　为了测量放大器的输入电阻，按图2－4 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U_S和U_i，则根据输入电阻的定义可得

2-4

图1－4 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 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R_i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 R_L的输出电压U_O和接入负载后的输出电压U_L，根据

（1-8）

即可求出

　　（1-9）

　　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U_OPP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R_W（改变静态工作点），用示波器观察u_O，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2－5）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U_O（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出U_OPP来。

2-5

图 1－5 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

　　5)　放大器幅频特性的测量

放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数A_U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，A_um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倍，即0.707A_um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

放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A_U。为此，可采用前述测A_U的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。

2-6

2-7

3DG 9011(NPN)

3CG 9012(PNP)

9013(NPN)

图 1－6 幅频特性曲线图1－7晶体三极管管脚排列

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2－7所示）

电阻器、电容器若干

四、实验内容

　　实验电路如图1－1所示。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。

　　1、调试静态工作点

输入端先不加正弦交流信号，接通＋12V电源、调节R_W，使I_C＝2.0mA（即＝4.8V），用直流电压表测U_B、U_E、U_C的值。记入表2－1。

表1-1 I_C＝2mA（＝4.8V）

　2、测量电压放大倍数

　　在放大器输入端（A对地）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，使放大器输入电压（B对地）U_i10mV，同时用示波器观察放大器输出电压u_O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U_O值，并用双踪示波器观察u_O和u_i的相位关系，记入表2－2。

表1－2 Ic＝2.0mA U_i＝10mV

3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响

　　置R_C＝2.4KΩ，R_L＝∞，U_i适量，调节R_W，用示波器监视输出电压波形，在u_O不失真的条件下，测量数组I_C和U_O值，记入表2－3。

表1－3　　　　R_C＝2.4KΩ R_L＝∞ U_i＝10mV

　　测量I_C时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使U_i＝0）。

　　4、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＝2.0mA，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，分别增大和减小R_W，使波形出现失真，绘出u₀的波形，并测出失真情况下的I_C和U_CE值，记入表2－4中。每次测I_C和U_CE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表1－4 R_C＝2.4KΩ R_L＝∞ U_i＝10mV

5、测量最大不失真输出电压

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ，按照实验原理2.4)中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器R_W，用示波器和交流毫伏表测量U_OPP及U_O值，记入表2－5。

表1－5 R_C＝2.4K R_L＝2.4K

6、测量输入电阻和输出电阻

　置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ，I_C＝2.0mA。输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压u_o不失真的情况下，用交流毫伏表测出U_S，U_i和U_L记入表2-6。

　　保持U_S不变，断开R_L，测量输出电压U_o，记入表2-6。

表1-6　 I_c＝2mA R_c＝2.4KΩ R_L＝2.4KΩ

　　7、测量幅频特性曲线

取I_C＝2.0mA，R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ。保持输入信号u_i的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压U_O，记入表2－7。

表1－7 U_i＝ mV

为了信号源频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。

说明：本实验内容较多，其中一些可作为选作内容。

五、实验报告

　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、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。

2、总结R_C，R_L及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。

　　3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

　　4、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？

　　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、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？

7、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？

第二篇：多级放大电路实验报告

多级放大电路的设计及测试

姓名：阿不都热合曼学号：2013050201018

胡西塔尔 2013050201019

刘刚 2013050201022

李睿通 2012059070007

一、实验目的

1.理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法

2.熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法

3.掌握多级放大器性能指标的测试方法

4.掌握在放大电路中引入负反馈的方法

二、实验预习与思考

1.多级放大电路的耦合方式有哪些？分别有什么特点？

2.采用直接偶尔方式，每级放大器的工作点会逐渐提高，最终导致电路无法正常工作，如何从电路结构上解决这个问题

3.设计任务和要求

（1）基本要求

用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知V_CC=+12V, -V_EE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流I_EQ3=1~1.5mA，第二级放大射极电流I_EQ4=2~3mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10kΩ，输出电阻小于10Ω，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。

三、实验原理

直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07的等效内部结构，简化部分电路，采用差分输入，共射放大，互补输出等结构形式，设计出一个电压增益足够高的多级放大器，可对小信号进行不失真的放大。

1.输入级

电路的输入级是采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它常用作多级直流放大电路的前置级，用以放大微笑的直流信号或交流信号。

典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入，双端输出。放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各对应电阻阻值相同，电路的共模抑制比很高，利于抗干扰。

该电路作为多级放大电路的输入级时，采用v_i1单端输入，u_o1的单端输出的工作组态。

计算静态工作点：差动放大电路的双端是对称的，此处令T₁，T₂的相关射级、集电极电流参数为I_EQ1=I_EQ2=I_EQ，I_CQ1=I_CQ2=I_CQ。设U_B1=U_B2≈0V，则U_e≈-U_on，算出T₃的I_CQ3，即为2倍的I_EQ也等于2倍的I_CQ。

此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电路，此处有个较为简单的确定工作点的方法：

因为I_C3≈I_E3，所以只要确定了I_E3就可以了，而，

采用u_i1单端输入，u_o1单端输出时的增益

2.主放大级

本级放大器采用一级PNP管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合，各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN型晶体管，输出端u_o1处的集电极电压U_c1已经被抬得较高，同时也是第二级放大级的基极直流电压，如果放大级继续采用NPN型共射放大电路，则集电极的工作点会被抬得更高，集电极电阻值不好设计，选小了会使放大倍数不够，选大了，则电路可能饱和，电路不能正常放大。对于这种情况，一般采用互补的管型来设计，也就是说第二级的放大电路用PNP型晶体管来设计。这样，当工作在放大状态下，NPN管的集电极电位高于基极点位，而PNP管的集电极电位低于基极电位，互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点，保证主放大器工作于最佳的工作点上，设计出不失真的最大放大倍数。

采用PNP型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路，其中T₄为主放大器，其静态工作点U_B4、U_E4、U_C4由P₁、R₇、P₂决定。