模电实验3-1 验证性实验–单管共射放大电路

• 实验目的：

• 进一步熟悉各种测量仪器的使用方法；
• 进一步掌握各种元器件的识别及其测量方法。
• 掌握基本共发射极放大电路的基本测试方法。
• 学习掌握放大器静态工作点的测量方法及电压放大倍数的测量方法
• 了解电路元件参数改变对静态工作点及电压放大倍数的影响。
• 掌握放大电路输人、输出电阻的测量方法。

• 实验仪器与器件

（1）实验仪器

函数信号发生器;双踪示波器;数字万用表;交流毫伏表。

（2）实验用器件

晶体三极管;电阻、电容若干。

• 实验电路原理

本实验选用分压偏置式电路：

电路图：

1. 静态工作点的计算：

在本实验的分压偏置电路，具有稳定静态工作点的功能。在分析静态工作点时，可将I_BQ视为极小，从而I_RB1=I_RB2，从而：

为保证，前者应该是后者的5-10倍，兼顾取

2. 静态工作点对放大器交流参数的影响

在交流信号模型中，基极电阻受的影响：

继而影响电路的输入电阻，电压放大倍数。

3.动态性能：

电路的动态特性包括：电压放大倍数A，输入电阻Ri，输出电阻Ro。对本实验使用的分压偏置电路：

4.电路输入电阻的测量：

将电路外接已知电阻Rx，对整个电路提供Us的电压，测量放大电路的输入电压Ui，则可计算出：

5.电路输出电阻的测量：

从输出端看入放大电路，电路可等效成为一个电阻RO与输出电压源uo的串联。在输出口连接负载电阻RL，可得：

6.放大电路频率特性的测量：

由于电路中存在电抗原件，对于交流小信号而言，不同频率的信号受电容的阻抗不同，因此放大倍数也有所差异。影响低频信号的主要阻抗来自于旁路电容，影响高频信号的阻抗主要来自于三极管内部的结电容。

• 实验内容：

1. 放大电路静态工作点的测量（实验室实测）：

实验步骤：

  由万用表测得三极管电流放大倍数为214；

  按照上述电路图连接电路，将变阻器电阻调至最大，将信号源和输出端开路，接通12V电压，用电压表测量U_B、U_E、U_c，计算出U_BE、U_CE、I_c、I_B、R_B1。

实验结果：

	UB/V	UE/V	Uc/V	UBE/V	UCE/V	Ic/mA	IB/μA	RB1/kΩ
测量值	2.172	1.562	9.632	0.612	8.073	0.7893	3.7	109.1

2. 放大器放大倍数的研究与测量：

• 放大倍数的测量（实验室实测）：

实验步骤：

在电路的信号输入端输入1kHZ的正弦信号，调节信号发生器的幅值使得输出信号不失真。用数字示波器测量输出电压的最大值Uom，计算放大倍数。

实验结果：

• 静态工作点对放大器放大倍数的研究：

实验步骤：

  调节Rw的大小，使得，调节输入信号使得输出波形不失真，测量输入电压和输出电压的幅值，计算放大倍数。

实验结果：

最小可调为1.553V，使用万用表测得Uo有效值为125.4mV，Ui有效值为3.6mV，计算得Au为34.8.

对比此实验结果与上一实验结果进行对比，可以得到Ic越大，电路的放大倍数越大。

这是因为在分压偏置电路中，静态工作点通过影响rbe影响输入电阻，从而影响放大倍数。通过之前公式可以得到：

由公式也可以看出Ic越大，电路的放大倍数越大。

（3）负载对放大倍数得影响（multisim仿真）：

  实验步骤：在保持输入信号不变得情况下，改变负载电阻的大小，测量输出电压的幅值，观察负载对放大倍数的影响。

  实验结果：

RL	Uom/V	Uim/V	Au
∞	516.18	5	-103.23
10kΩ	396.62	5	-79.32
3kΩ	259.6	5	-51.92
0.5kΩ	74.49	5	-14.89

• 静态过做点对放大器输出波形的影响：

1. 放大器最大动态范围的测量

调节偏置电阻Rw的大小，把静态工作点调整在交流负载线的中点（调节Rw使得刚刚产生饱和、截至失真），测量此时的输入电压和输出电压，那么放大器的输入动态范围为2Uimax、输出动态范围为2Uomax，测量并记录此时的Ic，RB1.

实验结果：

通过计算，得到当Rw=50kΩ时，Q处于负载线的中点。

Ic=1.08mA, RB1=60kΩ。

2. 静态工作点对输出波形的影响

在放大电路不失真的情况下，调节Rw的大小，观察静态工作点以及输出波形的变化。

实验结果：

测试条件 Rl=∞	静态工作点				输出波形	判断失真类型
	Ic/mA	Ue/V	Uc/V	Uce/V
RB1=25kΩ	2.121	4.300	5.637	1.337	底部被截	饱和失真
RB2=40kΩ	1.533	3.096	7.400	4.304	正常正弦波	未失真
RB3=65kΩ	0.989	1.985	9.032	7.047	顶部被截	截止失真

3. 输入电阻的测量（multisim仿真）：

实验步骤：

（1）关闭直流电源与信号源，在信号源和放大电路间接入Rx的已知电阻

（2）接通直流电源和信号源，在输出电压不失真的情况下，用交流电压表测量us与ui的最大值，计算Ri的值。

实验结果：

Us/mV	Ui/mV	Rx/kΩ	Ri/kΩ
10	3.92	4	2.58

4. 输出电阻的测量（multisim仿真）：

实验步骤：

• 将负载电阻与电路断开，接通直流电源和信号源，在输出信号不失真的情况下，测量此时的空载输出电压有效值。

（2）将负载电阻接入电路中，测量不失真输出电压uol的有效值，计入表中。

Uol/mV	Uo/mV	Rl/kΩ	Ro/kΩ
573	982	4	2.85

5. 放大器频率特性的测量

1）放大电路输入端加入1kHz的正弦信号，用示波器观测放大电路处于正常放大状态，改变信号源的频率，观察信号源的频率对输出电压幅度的影响，出入确定放大电路通频带范围及Uom

（2）逐渐增大信号发生器的频率，观察输出电压幅值遂频率变化的趋势，随着频率升高，输出电压会降低，记录输出电压为Uom的0.707倍时的频率fH

（3）逐渐减小信号发生器的频率，输出电压会降低，记录输出电压为Uom的0.707倍时的频率fL

	Uim/mV	Uom/V	fH	fL
仿真值	10	974	90	589k

• 实验总结与课后思考

实验总结：

1. 在实验开始前使用万用表测得三极管的电流放大倍数，与实验实际测量计算得到的放大倍数有所差别。其中的原因有可能与三极管在放大区放大倍数受静态工作点的影响。
2. 在实验开始阶段，由于对实验箱器件分布的不熟悉，导致在电路连接过程中消耗太多时间。
3. 在示波器使用时，由于输入电压与输出电压差别较大，难以在同一示波器上显示输入输出电压，对于输入电压，在实验过程中我使用的数据为信号发生器显示的电压，输出电压为示波器上的电压。
4. 在电压放大倍数的测量中，测量出的放大倍数较小，可能是由于器件的原因，也有可能时因为导线的损坏导致示波器显示了一个不准确的电压。

实验思考：

• 如何正确选择放大器的静态工作点？

在设置静态工作点时，既要考虑输出波形是否失真，还要尽可能降低Q点从而减小电路的功耗。不断减小Rw，使得输出波形完整，在不失真的情况下压低Q点；如果是放大一个较大的信号，则为了提高放大的区间，应尽可能的将Q点选在交流负载线的中点。

• 负载变化对静态工作点有无影响？对电压放大倍数有无影响？

在分析静态工作点时，由于是断开输入输出回路进行，所以负载对静态工作点的设置无影响；

在分析交流回路的放大倍数时，输出电压为Ic（Rl//Rc），所以负载对输出电压会产生影响，从而影响电压放大倍数。

• 放大器的静态动态测试有什么区别？

    在测量放大器的静态工作点时，不接入输入信号，测量一系列静态电压，电流等；动态测量时接入交流信号，主要测试输出信号的放大倍数，输入输出电阻，带宽等等。

• 哪些原件决定放大器的静态工作点？

由静态电路可以看出，在分压式连接中，RB2决定基极电位，在Ubeq已知的情况下，还决定了I_EQ；从而决定静态工作点。因此，Q点由R_B1与R_B2的分压比决定。

• 当负载无限增大时，放大倍数是否可以无限增大？

  不可以，因为输出电压的大小在输出端由Rc//RL决定，当RL很大时，近似于断路，对Rc//RL的值影响不大，所以不再变化。