实验一  单级共射放大电路

一、实验目的

1．掌握单级共射放大电路静态工作点的测量和调整方法。

2．了解电路参数变化对静态工作点的影响。

3．掌握单级共射放大电路动态指标的测量方法。

4．学习幅频特性的测量方法。

二、预习要求

1．复习单级共射放大电路静态工作点的设置。

2．根据图1-1所示参数，估算获得最大不失真输出电压的静态工作点Q。（设β=50）。

3．复习模拟电路电压放大倍数、输入电阻以及输出电阻的计算方法。

4．复习饱和失真和截止失真的产生原因，并分析判断该实验电路在哪种情况下可能产生饱和失真？在哪种情况下可能产生截止失真？

三、实验原理

1、参考实验电路

                                            图1-1单级共射放大电路

如图1-1所示，其中三极管选用硅管3DG6,电位器Rp用来调整静态工作点。

2、静态工作点的测量

输入交流信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，电路处于静态，三极管各电极有确定不变的电压、电流，在特性曲线上表现为一个确定点，称为静态工作点，即Q点。一般用IB、 IC和VCE （或IBQ、ICQ和VCEQ ）表示。

实际应用中，直接测量ICQ需要断开集电极回路，比较麻烦，所以通常的做法是采用电压测量的方法来换算电流：先测出发射极对地电压VE ，再利用公式

ICQ≈IEQ=，算出ICQ 。（此法应选用内阻较高的电压表。）

在半导体三极管放大器的图解分析中已经学习到，为了获得最大不失真的输出电压，静态工作点应该选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若静态工作点选得太高，容易引起饱和失真；反之又引起截止失真（如图1-2所示）。对于线形放大电路，这两种工作点都是不合适的，必须对其颈性调整。此实验电路中，即通过调节电位器Rp来实现静态工作点的调整：Rp调小，工作点增高；Rp调大，工作点降低。值得注意的是，实验过程中应避免输入信号过大导致三极管工作在非线性区，否则即使工作点选择在交流负载线的中点，输出电压波形仍可能出现双向失真。

图1-2

3、电压放大倍数的测量

电压放大倍数是指输出电压与输入电压的有效值之比：=

实验中可以用万用表分别测量出输入、输出电压，从而计算出输出波形不失真时的电压放大倍数。

同时，对于图1-1所示电路参数，其电压放大倍数和三极管输入电阻分别为：

； 

4、输入电阻的测量

输入电阻的测量原理如图1-3所示。

电阻R的阻值已知，只需用万用表分别测出R两端的电压  和  ，即有：

R的阻值最好选取和同一个数量级，过大易引入干扰；太小则易引起较大的测量误差。

5、输出电阻的测量

输出电阻的测量原理如图1-4所示。

用万用表分别测量出开路电压  和负载电阻上的电压  ，则输出电阻可通过计算求得。（取和的阻值为同一数量级以使测量值尽可能精确）

    

6、幅频特性的测量

在输入正弦信号情况下，放大电路输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为该电路的频率响应。其幅频特性即指放大器的增益与输入信号频率之间的关系曲线。一般采用逐点法进行测量。在保持输入信号幅度不变的情况下，改变输入信号的频率，逐点测量对应于不同频率时的电压增益，用对数坐标纸画出幅频特性曲线。通常将放大倍数下降到中频电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率称为上、下限截止频率（、）。

BW＝f_H－f_L≈f_H 称为带宽，如图1-5所示。

                                                       图1-5

四、实验内容

1．按图1-1,组装单级共射放大电路，经检查无误后，按通预先调整好的直流电源+12V。

2．测试电路在线性放大状态时的静态工作点

从信号发生器输出f=1KHZ,Vi=30mV（有效值）的正弦电压到放大电路的输入端，将放大电路的输出电压接到双踪示波器Y轴输入端，调整电位器Rp,使示波器上显示的Vo波形达到最大不失真，然后关闭信号发生器，即Vi=0,测试此时的静态工作点，填入表1.1中。

表1.1

3．测试电压放大倍数Av

（1）从信号发生器送入f=1 KHZ，Vi=30mV的正弦电压，用万用表测量输入电压Vo,计算电压放大倍数Av=Vo/Vi。

（2）用示波器观察Vi和Vo电压的幅值和相位。

把Vi和Vo分别接到双踪示波器的CH1和CH2通道上，在荧光屏上观察它们的幅值大小和相位。

4．了解由于静态工作点设置不当，给放大电路带来的非线性失真现象

调节电位器Rp,分别使其阻值减少或增加，观察输出波形的失真情况，分别测出相应的静态工作点，测量方法同实验内容2，将结果填入表1.2中。

表1.2

5．测量单级共射放大电路的通频带

（1）当输入信号f=1KHZ,Vi=30mV,RL=5.1K,在示波器上测出放大器中频区的输出电压Vopp(或计算出电压增益)。

（2）增加输入信号的频率（保持Vi=30mV不变），此时输出电压将会减小，当其下降到中频区输出电压的0.707（-3dB）倍时，信号发生器所指示的频率即为放大电路的上限频率fH。

（3）同理，降低输入信号的频率（保持Vi=30mV不变），输出电压同样会减小，当其下降到中频区输出电压的0.707（-3dB）倍时，信号发生器所指示的频率即为放大电路的下限频率。

（4）通频带BW=-

6．输入电阻Ri的测量

按图1.3接入电路。取R=1K，用万用表分别测出Vs' 和Vi，则

此外，还可以用一个可变电阻箱来代替R,调节电阻箱的值，是Vi=1/2Vs’,则此时电阻箱所示阻值即为Ri的阻值。这种测试方法通常称为“ 半压法”。

7．输出电阻Ro的测量

按图1.4接入电路。取RL=5.1k，用万用表分别测出RL=时的开路电压Vo及RL=5.1k时的输出电压VoL,则

五、实验报告要求

1．认真记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出波形图。

2．对测试结果进行理论分析，找出产生误差的原因。

六、实验思考题

1．加大输入信号时，输出波形可能会出现哪几种失真？分别是由什么原因引起的？

2．影响放大器低频特性的因素有哪些？采取什么措施使降低？

3．提高电压放大倍数会受到哪些因素限制？

4．测量输入电阻、输出电阻时，为什么测试电阻R要与或相接近？

5．调整静态工作点时，要用一个固定电阻和电位器串联，而不能直接用电位器，为什么？

七、实验器材

模拟电子线路实验箱    一台                双踪示波器    一台

万用表                一台                连线          若干

其中，模拟电子线路实验箱用到函数发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“单级共射放大电路”电路模板

 

第二篇：实验一单级共射放大电路

实验一单级共射放大电路

信科院 电子信息工程 20##级 胡俊 2010117114

实验目的

1．熟悉常用电子仪器的使用方法。

2．掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响。

3．掌握放大器动态性能参数的测试方法。

4．进一步掌握单级放大电路的工作原理。

实验仪器

1．示波器

2．信号发生器

3．数字万用表

4．交流毫伏表

5．直流稳压源

                            静态测试

实验原理及测量方法

电路图如下:

注:由于实验箱的原因负载RL=10k。

1．电路参数变化对静态工作点的影响

放大器的基本任务是不失真地放大信号，实现输入变化量对输出变化量的控制作用，要使放大器正常工作，除要保证放大电路正常工作的电压外，还要有合适的静态工作点。放大器的静态工作点是指放大器输入端短路时，流过三极管的直流电流IBQ、ICQ及管子C、E极之间的直流电压UCEQ和B、E极的直流电压UBE中的射极电阻R6、R7是用来稳定放大器的静态工作点。其工作原理如下。

①    利用RB和RB2的分压作用固定基极电压UB。

由图可知，当RB、RB2选择适当，满足I2远大于IB时，则有

?

式中，RB、RB2和VCC都是固定不随温度变化的，所以基极电位基本上为一定值。

② 通过IE的负反馈作用，限制IC的改变，使工作点保持稳定。具体稳定过程如下：

2．静态工作点的理论计算

电路的静态工作点可由以下几个关系式确定

?

?

由以上式子可知，当管子确定后，改变VCC、RB、RB2、RC（或RE）中任一参数值，都会导致静态工作点的变化。当电路参数确定后，静态工作点主要通过RP调整。工作点偏高，输出信号波形易产生饱和失真；工作点偏低，输出波形易产生截止失真。但当输入信号过大时，管子将工作在非线性区，输出波形会产生双向失真。当输出波形不很大时，静态工作点的设置应偏低，以减小电路的静态损耗。

3．静态工作点的测量与调整

调整放大电路的静态工作点一般有两种方法。

（1）将放大电路的输入端短路（即ui=0），让其工作在直流状态，用直流电压表测量三极管C、E间的电压，调整电位器RP使UCE稍小于电源电压的1/2（本实验为UCE为4V即可），这表明放大电路的静态工作点基本上已设置在放大区，然后再测量B极对地的电位并记录，根据测量值计算静态工作点值，以确保三极管工作在导通状态。

（2）放大电路接通直流电源，并在输入端再加上正弦信号（幅度约为10mV，频率约为1kHz），使其工作在交直流状态，用示波器监视输出电压波形，调整基极电阻RP，使输出信号波形不失真，并在输入信号增大时，输出波形同时出现截止失真和饱和失真。这表明电路的静态工作点处于放大区的最佳位置。撤去输入正弦信号（即令ui=0），使电路工作在直流状态，用直流电压表测量三极管三个极对地的电压UB、UE、UC，即可计算出放大器的直流工作点ICQ、UCEQ、UBEQ的大小。

4．电压放大倍数的测量与计算

放大电路的动态性能参数重要的有电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，另外，对不同频率信号的响应能力也是放大电路重要的一项性能指标。

电压放大倍数是指放大电路输出端的信号电压（变化电压）与输入端的信号电压之比，即：

电路中

其中，rbb'一般取300Ω。

当放大电路的静态工作点设置合理后，在电路的输入端加入正弦信号，用示波器观察放大电路的输出波形，并调节输入信号幅度，使输出波形基本不失真。用交流毫伏表或示波器分别测量放大电路的输入、输出电压，按定义式计算即可得电路的电压放大倍数。

实验内容及步骤

1．装接电路

①用万用表判断实验箱上三极管、电解电容的极性及好坏，测试三极管的放大倍数。

②按图5-2-1所示连接电路（注意接线前先测量+12V电源，关断电源后再接线），将RP调到电阻最大位置。

③接线后仔细检查，确认电路无误后接通电源。

2．静态工作点的调整测量

①在放大器的输入端加入频率f=1kHz，幅值约为10mV的正弦信号，用示波器观察输入信号，同时，用示波器的另一通道监视放大器输出电压UO的波形。调整RP的阻值，使静态工作点处于合适位置，此时，输出波形最大而不失真。

达到最大不是真的波形和电路静态如下图：

静态工作点的计算：

Rp=1%1MΩ=10kΩ，Rb=R3+Rp=47+10=57kΩ，

又因为：

，，

得：Ub=3.55V，Ic=1.01mA,Uce=4.1v

②保持静态工作点不变，撤去输入信号源，使电路工作在直流状态，用直流电压表测量（保持RP值不变）UB、UE、UC值，再计算电路的静态工作点UBEQ、ICQ、IBQ、UCEQ值，并和理论计算值进行比较。

静态工作点的值为：

③改变RP值的大小，重复上述实验内容①②。

④改变电源电压值（6V、9V）的大小，重复实验内容①②。

3．放大倍数的测量

①放大电路的静态测量完毕后，输入端加上正弦信号，在输出波形不失真的情况下，测量输入信号电压Ui和输出信号电压UO的电压值。改变Ui值，再测量UO值，以计算电压放大倍数Au的平均值，减小测量误差。

②保持放大电路输入信号频率不变，逐渐增加电压值，用示波器观察放大器的输出波形，测量电路的最大不失真输出电压值和此时的输入电压值。并自拟表格记录测量数据。

4．在放大电路的输入端串接一个5.1KΩ电阻，测量电路输入电阻。

5．在电路的输出端接入负载电阻5.1kΩ，测量电路输出电阻。

实验数据和分析

1．用万用表测量静态工作点：

2.放大倍数的测量：

数据处理：

利用实测数据计算静态工作点：Rp’=16.13k,代入可重新计算得：

Ub’=3.37V，

Ic’=0.953mA,

Uce’=4.726v

                           动态测试

输入电阻Ri的测量计算

输入电阻是从放大器输入端看进去的等效电阻，它表明放大电路对信号源的影响程度。其输入电阻

Ri = RB∥RB2∥rbe≈rbe

测量输入电阻时，可采用串联电阻法来进行。测试原理图如图5-3-2所示，在信号源与放大电路输入端串接已知电阻RS，则

测量时应注意用示波器监视输出波形，在不失真的情况下，用交流电压表测量US和Ui的大小，然后计算Ri。

输出电阻RO的测量

输出电阻是从放大器输出端看进去的等效电阻。对负载电阻而言，放大器等效为信号源（电压源或电流源），若采用电压源的形式，即为一个理想电压源UO和内阻RO相串联，RO的大小直接影响负载上的电压和电流，所以RO称为放大器的输出电阻。

对实验电路，RO = RC

测量输出电阻RO时，采用单负载电阻法， 利用交流电压表分别测量UO（不接负载）和UOL（接负载）的值。

则：

 ????

测量时，同样应保持电路在不失真情况下进行。

放大电路频率特性的测量

对于阻容耦合的放大器，由于耦合电容及射极电容的存在，使Au随信号频率的降低而降低；又因为分布电容的存在及受晶体管截止频率的限制，使Au随信号频率的升高而降低。仅在中频段，这些电容的影响才可忽略，描述Au与f关系的曲线称为RC耦合放大器的幅频特性曲线。

A u= 0.707Aum时所对应的fH和fL分别称为上限频率和下限频率，BW称为放大器的通频带，其值为： BW = f H – fL

实验内容及步骤

1．在放大电路的输入端串接一个5.1KΩ电阻，测量电路输入电阻。

2．在电路的输出端接入负载电阻10kΩ，测量电路输出电阻。

3．保持放大电路的输入信号幅值不变，在输出信号不失真的前提下改变输入信号的频率，测出输出电压的大小，找出fL、fH，计算出BW值。

实验数据记录

电路输入电阻，输出电阻

1.       Us=6.8mv，Ui=3.0mv，Rs=5.1k

2.       Uo=0.62V，UoL=0.98V，RL=10k

代入公式计算：

Ri=4.026kΩ

Ro=5.8kΩ

结果分析：理论上输出电阻和输入电阻应该是相等的，但实际结果确实不相等，经过分析是由于电路静态工作点设置引起的。