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1、实验五晶体管放大器的频率响应实验目的：1熟悉仿真软件 Multisim的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；2、熟悉POCKET LAB硬件实验平台，掌握波特图功能的使用方法；3、通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体三极管放大器的上下限频率及同频带概念。实验预习：设置如图5-1电路，改变CC1，CC2和CE1三个电容和负载电阻 R8，并在负载电阻上 并接负载电容C1，获得如图5-1所示电路。1、 根据实验二中的直流工作点，计算该单级放大器的中频电压增益代=-38.59 。2、 复习放大器上下限频率和计算方法。图5-1电路中，电容CC2和CE1足够大，可视为短路电容。具有高通特性的电容C
2、C1和输入电阻Ri决定了电阻的fL ;低通特性的电容 C1和输出电阻决定了电路的fH。请分别计算电路的 fL、fH和通频带BW，填入表格5-1。图5-1.晶体三极管放大器频响电路计算过程：已知实验二中参数:3 =120 , Vbe（on）=0.7V。1：忽略沟道长度调制效应，Le不计。直流通路中，有：IEQVb = 10二VbVbe（0.140mAREV RE2 也：1.16A1 -= 1：Ibq : 0.139m A1.43V，rb 二号 14.29 k11I BQI CQ在交流通路中，将发射极上的电阻RE1等效到三极管基极。因此有： 所以，20lgAV = 31. 73dB2：实验内容:一
3、、NPN管放大器仿真实验1、放大器幅频和相频仿真：根据图5-1所示电路，在 Multisim中搭建晶体三极管 2N3904单级放大电路，进行电路的幅 频和相频特性仿真。信号源设置：加入信号源，双击它，在弹出窗口中设置AC仿真信号源。设置 AC analysismagnitude=1V ; AC analysis phase=O deg。注意，此处的 1V并不表示输入为 1V的大信号， 仅仅表示输入为1个单位信号。因此，此时的输出电压Vout/1=Vout。因此输出即为增益值。仿真设置：Simulate-Analysis-AC Analysis 弹出窗口后，在Frequency paramete
4、rs中设置AC扫频的开始频率 FSTART ,终止频率FSTOP, 扫频种类：Decade (十进制)，Number of Points per decase : 10,表示每十倍频中扫多少个频 率点；Vertical scale :纵坐标的刻度：Decibel (dB值)。在 Output Tab中从左侧栏选择需要观测幅值和相频特性的点，点击Add ,加入到右侧栏后，点击Simulate,开始进行AC仿真。结果查看：在弹出的波形窗口中，使用Cursor,可以清楚地看到中频增益和上下限频率。将仿真结果填入表格 5-1中。注1相位图中当出现相移超过-180度时，会自动翻转至+180度继续下降。注
5、2：所有展示波形仅为参考，以实际仿真波形为准。表5-1:晶体三极管放大器频率特性计算值仿真值实测值放大器增益代(dB)-38.5930.0731.22下限频率fL ( Hz)145.48163.8725164上限频率fH ( Hz)5305.165427.15430通频带BW (Hz)5159.685263.227552662、放大器瞬态仿真:采用实验三中的瞬态仿真方法， 分别输出三个不同频率的相同幅度正弦波信号，观察瞬态波形输出，并从示波器上显示的波形峰峰值换算出不同频率时的增益值，填入表格5-2。并注意输入输出波形中相位之间的关系。 将增益和相位关系与 AC仿真结果相对比，理解放大器 的频
6、率响应。三种频率的具体要求是： 低频区 fL ；中频区：fL与fH之间；高频区： fH。表5-2:不同频率输入信号时放大器增益值电压增益A低频区f=50Hz中频区f=4kHz高频区f=10kHz仿真值9.91831.72918.601测试值10.232.820分析：在误差允许范围内，可以认为仿真值和测试值一致。二、NPN管放大器频响硬件实验 本实验采用PocketLab实验平台提供的直流+5V电源、信号发生器、直流电压表、波特图仪 和示波器。1、电路连接首先根据图5-1在面包板上搭试电路，并将PocketLab的直流输出端+5V和GND与电路的电源、地节点连接；PocketLab的输出端SIG
7、1端口作为电路的输入信号接CC1左侧；PocketLab示波器1通道CH1接电路输入信号端；示波器 2通道CH2接电路输出，即 CC2 右侧，分别测试输入输出两路信号。注：因为后续需要采用波特图测试仪，波特图测试仪默认将CH1作为激励；CH2作为观测输出，因此这里 CH1 , CH2通道请勿接反。2、直流测试在进行波形测试之前，请采用实验二的直流测试方法，使用PocketLab直流电压表测试各点直流电压，以确保电路搭试正确。3、波特图测试在电脑中打开PocketLab的波特图界面，扫频信号来自于SIG1通道，已接到电路输入端； 波特图默认激励通道为CH1，因此SIG1接CH1 ； CH2默认为
8、相应通道，接电路输出端。在该界面上，需要设置扫频的起始频率，终止频率，步进和扫频信号的峰值电压。除了扫频信号的峰值电压外，其余设置定义和 Multisim中相同，除了 PocketLab最高能支持的扫频值为 10KHZ。而扫频信号的峰峰值要特别注意，因为这是真实加入的信号，与仿真时的虚拟信号不同，因此为了防止仿真电路进入大信号状态，该峰峰值应设置为一个足够小的信号，如0.01V，即10mV，以保证电路工作于小信号状态。设置好后，点击Scan,扫频获得幅频和相频曲线。请读出上下限频率和增益值，填入表格5-1。4、瞬态波形测试PocketLab与电路的连接方式保持不变。在 PocketLab中打开
9、信号发生器和示波器界面（Scope），选择输入信号波形为正弦波，信号幅度 Vpp为0.01V，DC Offset=1V。在电脑中 打开PocketLab的示波器界面，显示三极管单端放大器的输入，输出波形。点击按钮Run，连续改变输入正弦波的频率，在示波器窗口中选择合适的时间和电压刻度，观察输出波形峰峰值和输入输出波形相对相位值的变化，体会电路对于不同频率的响应。选取表5-2中的三个频率，根据示波器窗口中独处的输入输出波形峰峰值，获得其电压 增益，填入表格5-2，比较仿真值和测试值是否一致。注：NPN管放大器频响硬件实验的实验地点：电子中心 101室。老师已当堂验收实验结果。三、PNP管放大器仿
10、真实验1、放大器幅频和相频仿真给PNP管2N3906力让合适的偏置电路和输入输出网络，进行电路的幅频和相频特性仿真。 采用AC仿真，将其幅频和相频特性截图如图5-2。图5-2. PNP管放大器幅频和相频响应仿真图2、放大器瞬态仿真采用瞬态仿真，分别输入三个不同频率的相同幅度正弦波信号，观察瞬态波形输出， 同样设置三种不同频率的输入信号，从示波器上截图。三种频率的具体要求是：低频区 和。表5-3：不同频率输入信号时放大器输入输出波形1、 搭试电路：首先将设计好的PNP管放大电路在面包板上搭试，与PocketLab正确连接。2、 直流测试：使用PocketLab直流电压表测试各点直流电压，以确保电路搭试正确。3、 波特图测试：根据NPN管放大器硬件实验步骤，在电脑中打开 PocketLab的波特图界面并进行正确的设置。点击Ru n，扫描获得幅频和相频曲线，并截图于5-3。图5-3. PNP管幅频相频曲线图4、瞬态波形测试选取表5-2中的三个频率，将示波器窗口中的输入输出波形截图于图5-4。低频区f=50Hz 中频区f=4kHz高频区f=10kHz图5-4. PNP管放大器瞬态波形测试图
