实验1-单级放大电路

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1、实验1-单级放大电路实验1单级放大电路1. 实验目的l=J1）学习使用电子仪器测量电路参数 的方法。2）学习共射放大电路静态工作点的 调整方法。3）研究共射放大电路动态特性与信 号源内阻、负载阻抗、输入信号幅值大小的 关系。2. 实验仪器示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用 表。3. 预习内容1） 三极管及共射放大器的工作原理。2）阅读实验内容。4.实验内容实验电路为共射极放大器，常用于放大电 压。由于采用了自动稳定静态工作点的分压式偏 置电路（引入了射极直流电流串联负反馈），所 以温度稳定性较好。1）联接电路(1)用万用表判断实验箱上 的三极管的极性和好坏。由于三 极管已焊在实验电路板上

2、，无法l=J用万用表的hEF档测量。改用万 用表测量二极管档测量。对NPN 三极管，用正表笔接基极，用负 表笔分别接射极和集电极，万用 表应显示PN结导通；再用负表 笔接基极，用正表笔分别接射极 和集电极，万用表应显示PN结 截止。这说明该三极管是好的。 用万用表判断实验箱上电解电 容的极性和好坏。对于10 P F电 解电容，可选择200k Q电阻测 量档，用万用表的负极接电解电 容的负极，用万用表的正极接电 解电容的正极，万用表的电阻示 数将不断增加，直到超过示数的 范围。这说明该电解电容是好 的。按图1.1联接电路。 接通实验箱交流电源，用万用表测量直I三 I流12V电源电压是否正常。若正

3、常，则将12V 电源接至图1.1的Vcc。12-RblC1 k Chi iR1Vi 5.1 hOniT*Wm2ohR c51 %Rb2 kChnCCC KOI-R；5.1 k Ohn C2 QuF + /RL5.1 !： Onrr就Ii.i kuhn-CeIOuF图i.i共射 测量电阻RC的阻值。将V.端接地。改 变Rp (有案可查2 2kQ、100kQ、680kQ三个可 变电阻可选择)，测量集电极电压宜求IC=(VCC -VC)/RC 分别为 0.5mA、1mA、1.5mA 时三极 管的。值。建议使用以下方法。I + 七=Vcc _ VBR = R + R片 Lb Rb2 Rbb bi p

4、r ib(1-1)I三 I请注意，电路断电、电阻从电路中开路后才能用 万用表测量电阻值。本实验用测电阻值、电压值来计算电流值，而不是直接测量电流，是因为本 实验电路的电流较小，测量电流的测量误差较测 量电压、电阻的误差大。同时还因为测量电流时 万用表的内阻趋于零，使用不当很可能损坏万用 表。Vcc=11.992 VICCmA)VC(V)测量值计算值VB(V)R (kQ) b】”p0.59.4421.5821147.4364.685106.7216.8922.565782.2367.72138.891.54.3423.544552.95011.85126.58表1.1测量8值i=j图1.2是示意

5、图。它示意iC并不严格等于piB，只是近似等于。町；或者说p并不 通常，p随iB增大而增大。=1卜常数。3020LB=10ACE图12三极对于一个三极管，P随iB的变化越小越好。用图解法表示共发射极放大器放大小信号的原理可 知，P随iB变化而变化是正弦波小信号经共发射极放 大器放大后产生非线性谐波失真的原因。若表1.1中。 的数值较接近，则表1.6中的非线性谐波失真应较小。 使用不同实验箱的同学之间可验证上述分析。由此 可见，在制作小信号放大器时，若要求其非线性谐波失 真尽可能小，则应挑选0值随iB变化而变化尽可 能小的三极管。2）调整静态电压放大器的主要任务是使失真尽可能小地 放大电压信号。

6、为了使输出电压失真尽可能小， 一般地说，静态工作点Q应选择在输出特性曲 线上交流负载线的中点。若工作点选得太高，放 大器在加入交流信号后容易引起饱和失真；若选 得太低，容易引起截止失真。对于小信号放大器 而言，若输出交流信号幅度较小，电压放大器的非线性失真将不是主要问题，因此Q点不一定要选在交流负载线的中点，而可根据其他要求来 选择。例如，希望放大器耗电省、噪声低，或输 入阻抗高，Q点可选得低一些。将V.端接地。调整叫，使VC=6V，测量计 算并填写表1.2,绘制宜流负载线，估算静态工 作点和放大电路的动态范围；分析发射极直流偏 置对放大器动态范围的影响。表1.2调整静态测量值测量计算值Rb(

7、KQ)V (V)BVE（V）i gBIC(mA)p69.6122.91502.25518.9361.175131.493）动态特性分析保持上述静态不变，做以下动态测量。在本实验电路中，在交流信号输入端有一个 由R、R2组成的1/101的分压器。这是因为， 信号源是有源仪器，当其输出电压较小时，其输 出的信噪比随输出信号的减小而降低，所以输出 信号电压幅值有下限。例如，目前使用的=/Agilent33210A数字式信号源输出正弦电压的最 小幅值为50mV。若直接将其作为输入，本实验 用的放大器将严重限幅。电阻是无源元件，而且 阻值较小，由分压器增加的噪声甚少。所以用电 阻分压器得到信噪比较高的小

8、信号。I=Jwl=jl=Jl=JwI三l=Jwl=J1=1若要对放大倍数做精确测量，也常用电阻做 输入分压器。具体的做法和原因可试述如下。若 要求放大器的放大倍数为A V，用电阻做1/AV的 分压器，信号源输出电压可为几百mV，调整放 大器的参数，使输出电压等于输入电压，这样对 输入、输出测量的仪器在测量过程中就不用换 挡。放大倍数本来就是输出/输入的相对关系。 虽然仪器测量示数往往有绝对误差，用同一挡测 量两个量，使其相等，这就避免了仪器测量示数 具有的绝对误差。这种测量的误差仅仅包含对两 个分压电阻测量的误差，通常可很小。若宜接用 小信号做输入，则测量输入、输出将使用不同的 挡位，即使用了

9、仪器中的不同电路，而仪器中不 同电路的测量精度是有差别的，由此而来的误差 通常比上述用电阻分压器的要大。(1) 取输入信号Vi的频率为10KHz、有 效值为3mV，观察Vs和Vo的波形，比较两者的相位。相位差为180i=j（2）保持信号频率不变，不接负载风，用交 流毫伏表测量电压，填写表13,观察Vo不严重 失真时的最大输入值V.，将其填入表1.3的最后 一行。l=J表1.3测量交流放大倍数（无载）（3）保持信号V的频率f=10KHz、有效值 3mV不变，接入负载、，测量并填写表1.4。 在绘制直流负载线的同一张图上绘制交流负载 线，分析负载对放大器动态范围的影响。表1.4测量交流放大倍数（有

10、载）负载测量值-测量计 算值理论估 算值RLV (mV)Vo(V)AvAv5k13.042-0.301899.21-82.52k23.042-0.181959.80-49.7不接负载，测量绘制放大器的空载幅频 特性曲线。请注意，幅频特性图的横坐标是常用对数刻 度，建议幅频特性图的纵坐标使用20lglAAVol 为刻度。当然也可以使用其它为纵坐标刻度，例 如，20lglAVl(dB)o但不应使用线性刻度坐标。建议用以下方法绘制幅频特性图。取幅值为几 mV的正弦波为输入V.,输出接示波器、交流毫 伏表，。保持信号源输出信号幅值不变，改变输 入信号频率，观察示波器，当输出信号幅值最大 时，调整输入信

11、号幅值，将交流毫伏表示数置为 “dB”，这时放大器的放大倍数为20lglAVol。再 将交流毫伏表示数置为“ REL”，这时交流毫伏 表示数为“0dB”。记此时的频率为f0。然后减小 频率，使交流毫伏表的示数为3dB，称此时的频3QB率为放大器的下限频率，记为fL。再减小频率，在此过程中记录若干个“dB数一频率”以使幅 频特性曲线能反映出每减小十倍频程，幅频特性下降多少dB。然后再增大频率，使交流毫伏表的示数为3dB，称此时的频率为放大器的上限频 3QB率，记为fH。再增大频率，在此过程中记录若干 个“dB数一频率”，以使幅频特性曲线能反映出 每增加十倍频程，幅频特性下降多少dB。将测 量到的

12、数据记入表1.5，由表可绘制出所要求的 幅频特性曲线。接负载Rl=5K1,测量绘制放大器的接载后的 幅频特性。建议幅频特性图的纵坐标使用 20lglAAVol 为刻度。分析负载对放大器幅频特性的影响。注：测量时要注意交流毫伏表的测量带宽限制，若频率超过其频宽，应采用示波器进行测量。表1.5测量幅频特性曲线l=JI三I三l=J空载:频率6306901.21k4.03k38.00k54.5 1k57.82k20lglAV/AVo1-20 dB-10 dB-3 dB0d B-3d B-10d B-20d B有 载频率6021084 08.41k704.41k1.174M1.434M量20lglAJA

13、vJ-20 dB-10 dB-3 dB0d B-3d B-10d B-20d B对输入V.做傅立叶变换，记di2二次谐波谱线幅值基波谱线幅值x 100%(1-2)i3三次谐波谱线幅值基波谱线幅值X 100%(1-3)以&2为例说明具体的测量计算方法。数字 示波器给出的谱线幅值是对数幅值，其参考值为 1V 。示波器屏幕上显示的信号的谱线是其在 rms示波器时域屏幕上波形的傅立叶变换，计及了示 波器输入放大器的放大倍数。输入信号的谱线的 数值可由游标读出。记基波谱线幅值为L1(dB)， 二次谐波谱线幅值为L2(dB)，贝U(1-4)d = 10朝 X 100%i2对输入V做傅立叶变换，记 odo2二次谐波谱线幅值基波谱线幅值X 100%(1-5)do3三次谐波谱线幅值基波谱线幅值X 100%(1-6) 放大器的二次谐波失真d、三次谐波失真d为23d =d-d3 o3 i3d =d -d2 o2 i2(1-7)按表1.6测量并填表。i=j表1.6测量谐波失真V (mV)d o2di2d2d o3di3d336912有兴趣的实验者可测量空载时放大器的非i=j=1线性失真。使空载时输出电压幅值与有载时输出 电压幅值相同，比较接载对放大器非线性谐波失 真的影响。在输出幅值相同的情况下，接载将使 放大器的非线性谐波失真增大。（6）保持信号V的