单级晶体管小信号放大器

一、实验目的

1．  掌握单级放大器的 一种设计方法

2．  掌握晶体管放大器静态工作点的放置与调整方法。

3．  掌握放大器性能的测量和调整方法。

二、实验原理

1．  电路工作原理

晶体管放大器中，广泛应用工作点稳定的阻容耦合共射极放大器，如图3-2-1所示

   

1静态工作点Q主要由R_B1、R_B2、R_E、R_C及电源电压+V_CC所决定。该电路利用电阻R_B1、R_B2的分压固定基极电位V_BQ。如果满足条件I₁>>I_BQ，当温度升高时，I_CQ↑→V_EQ↑→V_BE↓→I_BQ↓→I_CQ↓，结果抑制了I_CQ的变化，从而获得稳定的静态工作点。

只有当I₁>>I_BQ时，才能保证V_BQ恒定。这是工作点稳定的必要条件，一般取

            

2此放大器是交流放大器中最常用的一种基本单元电路。交流信号经耦合电容C₁加到基极，引起基极电流作相应的变化，从而控制集电极电流作更大的变化。它将在RC上产生交流电压，通过电容C₂馈送到负载电阻R_L上。这个输出电压V_O比输入电压V_I放大了A_V倍。

为了使放大器正常放大，一定要设置合适的静态工作点Q。Q点应选择在三极管特性曲线的放大区的中间。

对于小信号放大器。一般取I_CQ=0.5~2mA，

电路的静态工作点由下列关系式确定

阻容耦合放大器由于有耦合电容C₁、C₂及旁路电容C_E的存在，将使放大器增益A_V随信号频率下降而下降，幅频特性曲线如图3-2-2所示。

    

中间区域放大倍数最大，且基本不变，记为中频放大倍数A_VM，而频率高于或低于该区域放大倍数都要下降，当A_V下到0.707A_VM所对应的频率应为f_H和f_L，分别是放大器的上限频率和下限频率。A_V、f_H和f_L可按下式计算：

             

             

             

式中R_E^’=R_E//[（R_S+R_BE）/（1+β）]通常R_S<r_be，可略去R_S。又以为，C₁、C₂对f_L的影响小于C_E，可略去C₁、C₂。放大器的f_H将取决于集电极负载，三极管本身极间电容和外部线路分布电容，为了消除分布电容大小不一的影响，又能满足f_H的要求往往加上较大容量的C_O。

2．  设计举例

设计一阻容耦合单级晶体管放大器

已知 V_CC=+12V，R_L=1.5KΩ，V_I=10MV，f=1kHz的正弦波

要求 ：A_V>=40,放大器工作点稳定

解  ⑴  确定电路及晶体管

因为只要求放大器工作点稳定及A_V>=40而无其它要求，因此可采用图3-2-1所示的分压式偏置共射极放大器，晶体管选用高频小功率管3DC8，通常要求β>A_V，故选β=60

⑵ 计算元件参数

取I_CQ=2mA，V_BQ=4V得

                取标称值1.5kΩ

             

             

             

             

              则   

对于音频小信号放大器经验是：

输入、输出耦合电容C₁、C₂通常取（5~20）µF，在此 取10µF

射极旁路电容C_E通常取（50~200）µF，在此取100µF，C_O取2000pF

三、设计任务

1．预习要求

⑴掌握小信号低频放大器静态工作点的选择原则

⑵掌握放大器主要指标的定义及其测量方法

2．设计课题：单级晶体管小信号放大器的设计

已知条件：V_CC=+12V，R_L=10mV ，f=1kHz的正弦波

⑴基本技术指标要求  A_V>=50，   放大器工作点稳定

⑵提高性课题

设计一单级放大电路，要求 A_V>=50，并能通过此电路观察Q点变化对输出波形的影响

四、实验步骤

1．  在面包板上安装电路，加+12V电源

2．  测量与调整静态工作点，V_EQ、V_BQ、V_CQ使Q点处于三极管的放大区

3．  用低频信号发生器加输入信号，测V_O同时用示波器观察V_O波形应不失真，计算A_V=V_O/V_I

4．  测放大器的输入阻抗R_I，输出阻抗R_O

⑴测R_/

在信号源与放大器电路之间串接一个10KΩ电阻，如图3-2-4所示

               

∵

∴

⑵测R_O

如图3-2-5所示，可将放大器等效成一个电压源V_O′（即空载输出电压）和R_O相串联的信号源，

则   

∴   

5．  测出上限频率f_H和下限频率f_L，f=1kHz时，将信号源频率由低向高改变，当V_O减小到V_O的0.707倍时，所对应的分别是f_L、F_H。

以上各步骤的结果应满足技术指标要求，若不满足应调整修改元件参数值，并将修改后的元件参数值标在电路图上。

六、实验报告要求

设计性实验报告要求包括：

1．  已知条件

2．  技术指标

3．  实验仪器

4．  电路原理

5．  设计步骤

⑴选择电路形式

⑵电路设计：对所选电路中的各元件值进行计算式估算，并标于图中

6．  测试与调整。

⑴按技术要求测试数据，并整理列出表格，在方格纸上绘出波形

⑵故障分析及说明。

7．  误差分析

8．  思考题

七、思考题

1．  测量放大器静态工作点时，如果测得V_CEQ< 0.5V,说明三极管处于什么工作状态？如果V_CEQ≈V_CC，三极管又处于什么工作状态？

2．  本实验中若出现图3-2-3 所示失真波形，试判断它们各属于哪种类型的失真？

    

八、实验仪器与器件

仪器：     双踪示波器                         一台

直流稳压电源                     一台

毫伏表、万用表                  各一

低频信号发生器                  一台

器件：    三极管3DG8             1只

电阻                    若干                 

电容 10μF               2只

     100μF                               1只

     1000pF                             1只

、

 

第二篇：实验一晶体管单级放大器

一、实验目的

1、掌握用multisim仿真软件分析单级放大器主要性能指标的方法。

2、掌握晶体管放大器静态工作点的调试和调整方法，观察静态工作点对放大器输出波形的影响。

3、测量放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。

二、实验原理

实验电路如图2.1－1所示，

晶体管单级放大器

V_BQ=R₂V_CC/(R₂+R₃+R₇)

I_CQ=I_EQ=(V_BQ-V_BEQ)/R₄

I_BQ=I_EQ/β

V_CEQ＝V_CC－I_CQ（R₅＋R₄）

1、 放大器静态工作点的选择和测量

放大器的基本任务是不失真的放大小信号。为了获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选的太高，则容易引起饱和失真；而选的太低，又易引起截止失真。

静态工作点的测量是指在接通电源电压后放大器输入端不加信号时，测量晶体管的集电极电流I_CQ和管压降V_CEQ。其中V_CEQ可直接用万用表直流电压档测C-E极间的电压既得，而I_CQ的测量则有直接法和间接法两种：

（1）  直接法：将万用表电流档串入集电极电路直接测量。此法精度高，但要断开集电极回路，比较麻烦。

（2）  间接法：用万用表直流电压档先测出R₅上的压降，然后根据已知R₅算出I_CQ，此法简单，在实验中常用，但其测量精度差。为了减小测量误差，应选用内阻较高的电压表。

　　当按照上述要求搭好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点具体的调节步骤如下：

根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。当加大输入信号，两种失真都出现，减小输入信号，两种失真同时消失，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点，就是最佳的静态工作点。去掉输入信号，测量此时的V_CQ,就得到了静态工作点。

2.电压放大倍数的测量

电压放大倍数是指放大器的输入电压Ui输出电压Uo之比

Au=Uo/Ui   （2.1-5）

用示波器分别测出Uo和Ui，便可按式（2.1-5）求得放大倍数，电压放大倍数与负载Rl有关。

3.输入电阻和输出电阻的测量

（1）输入电阻Ri用电流电压法测得，电路如图2.1-3所示。在输入回路中串接电阻R=1kΩ，用示波器分别测出电阻两端电压Ui和Us，则可求得输入电阻Ri为

R_i=U_i/R_i=U_i×R/（Us-U_i）  （2.1-6）

电阻R不宜过大，否则引入干扰；也不宜过小，否则误差太大。通常取与Ri同一数量级。

（2）输出电阻Ro可通过测量输出端开路时的输出电压Uo1，带上负载Rl后的输出电压Uo2。

Ro=（Uo1/Uo2-1）×Rl      （2.1-7）

　三、实验内容

(一）计算机仿真部分

1、静态工作点的调整和测量

   (1)如图所示,介入函数发生器和示波器,示波器A通道接放大器输入信号,B通道接放大器输出信号.

  

（2）在输入端加入1kHz,幅度为20mV(峰-峰值)的正弦波,双击函数信号发生器设置信号为正弦波,频率1kHz,幅度为10mV.按A或shift+A调节电位器,使示波器所显示的输出波形达到最大不失真.如图所示.

(3)侧掉信号发生器,使输入信号电压=0,用万用表测量三极管三个极分别对地的电压V_B,V_C,V_E，V_CEQ，I_CQ，根据 ,算出.

  将测量值记录于表2.1-2中,并与估算值进行比较.

测量值如图所示：

表2.1-2  静态工作点（仿真）

2.电压放大倍数的测量

输入信号是1kHz，幅度是20mVpp正弦信号，利用实验原理中的公式（2.1-5）分别计算输出端开路和R_L=2kΩ时的电压放大倍数，并用示波器双踪观察Uo和U_i的相位关系。

3.输入电阻和输出电阻的测量

（1）用示波器分别测出电阻两端的Us和Ui，用式（2.1-6）便可计算Ri的大小。如图2.1-11所示。

图2.1-11

（2）根据测得的负载开路时的电压Uo1和接上2kΩ电阻时的输出电压Uo2，用式（2.1-7）可算出输出电阻Ro。

将2,3的结果记录于表2.1-3中

表2.1-3放大电路动态指标测试计算结果

四、实验结果分析与讨论

（１）分析静态工作点，电压放大倍数的实测值与理论值有何差异?为什么?

负载开路时，电压放大倍数理论估算值A_V^’=1９３,实际测量值A_V^’=137.45，差距不大。而R_L=2kΩ时，电压放大倍数理论估算值A_V=66.67，实际测量值A_V^’=137.45，误差明显。理论估算时没有考虑三极管的电容特性以及对r_bb^’,U_be都是估算的，不精确。

（２）负载电阻R_L对放大增益的影响。

负载电阻R_L会减小放大增益。

（３）试验过程中，如果将信号发生器或示波器接线换位，会出现什么问题？

试验过程中，如果将信号发生器或示波器接线换位，将会出现相位相反，电压表或电流表示数为负数。

（４）如果不断开集电极电阻R_C，如何测量集电极电流I_C。这种方法称为什么测量方法？

用万用表（电压当）先测出R_C两端的电压降，然后根据已知的R_C的值，算出I_C。这种方法称为间接法。