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1、单极共射放大电路一、实验目的（1）掌握用 Multisim 13 仿真软件分析单极放大电路主要性能指标的方法。（2）熟悉掌握常用电子仪器的使用方法，熟悉基本电子元器件的作用。（3）学会并熟悉“先静态后动态”的电子线路的基本调试方法。（4）分析静态工作点对放大器性能的影响，学会调试放大器的静态工作点。（5）掌握放大器的放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。（5）测量放大电路的频率特性。二、实验原理1. 基本电路电路在接通直流电源VCC而未加入输入信号时（通过隔直流电容C1将输入 CC端接地），电路中产生的电流、电压为直流量,记为V , V , I , I ,BEQCEQBQ
2、CQ由它们确定了电路的一个工作点，称为静态工作的Q。三极管的静态工作点可用下式近似估算：V = （0.6 0.7） V 硅管;（0.20.3 ） V 锗管BEQV = V -1 （R + R ）CEQ CC CQ c eRV =2VBQ R + R + R ccP12V - VI U I 二 BEQCQ eqREII=-CQ-BQ B2. 静态工作点的选择放大器静态工作点的选择是指对三极管集电极电流 I （或 V ）的调整与C CE测试。在晶体管低频放大电路中，静态工作点的选择及稳定具有举足轻重的作用， 直接关系到放大电路能否正常可靠地工作 。若工作点偏高（ I 放大），则放大C器在加入交流信
3、号以后易产生饱和失真,此时输出信号u的负半周将被削底；o若工作点偏低,则易产生截止失真,即u的正半周被削顶（一般截止失真不如o饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求 。所以在选定工作点以 后还必须进行动态调试， 即在放大电路的输入端加入一定的输入电压 u ， 并检i查输出电压u的大小和波形是否满足要求。如不满足,则应调节静态工作点的o位置。还应说明的是， 上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的， 应该是相对信号的幅度而言。 若输入信号幅度很小， 则即使工作点较高或较低也不一定会 出现失真。 所以确切地说， 产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不 当所致。 若须满足较大信号
4、幅度的要求， 则静态工作点最好尽量靠近输出特性 曲线上交流负载线的中点，如图Q点，使静态V大致等于电源电压的一半。这CE样可使交流信号输入时， 工作点 Q 沿着交流负载线向上或向下移动较大范围， 使得输出电压的动态范围大致在 2V 范围内变化， 从而获得较大的输出电压CEQ幅度， 且波形上下对称。实际工作中往往通过调节基极偏置电阻的大小 ， 观察输出波形的变化。 当 输入电阻逐渐放大时， 若要输出波形正、负同时出现削波现象， 即表明此时放 大电路的静态工作点选择合适， 此时放大电路动态范围最大。按照图连好电路，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：实验现象无失真
5、出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现操作加大输入信号减小Rp增大Rp减小输入信号方法据示波器上观察到的现象 ，做出不同的调整动作，反复进行。直到输入信 号略微增大，两种失真同时出现；输入信号略微减小，两种失真同时消失时， 可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点 。去掉输入信号 ，测量 V，V， I， I ，就得到了该电路的最佳静态工作点。BEQ CEQ BQ CQ3. 电压放大倍数的测量电压放大倍数是指输出电压V和输入电压V之比,其值与负载RT有关,是o i L衡量放大电路放大能力的指标。A匕VVi4. 输入电阻和输出电阻的测量（1）输入电阻。输入电阻是指从放大器输入端看进去的等效
6、电阻， 它表明 放大器对信号源的影响程度。一般采用间接法进行测量。当被测电路的输入电阻不太高时（与毫伏级电压表内阻相比）， 采用 如图的电路进行测量。在信号源与被测放大器的输入端之间串入一已知电 阻 R， 在放大器正常工作的情况下（保证输出电压不失真）， 用交流毫伏表 测出V和V,根据输入电阻的定义可得：siV VVR = -i = T Ri I - V V i寅S i测量时应注意，电阻 R 值不宜取得过大， 易引入干扰；但也不宜取得过小，否则测量误差较大。通常取与R为同一数量级比较合适,本实验取R=12kQ。i（2）输出电阻。 输出电阻是指从放大器输出端看进去信号源的等效电阻， 用来描述信号
7、输出方式和带负载的能力。输出电阻也用间接法测量 ， 原理如图， 根据戴维南定理 ， 放大器的输出端可以等效为一个理想的电压源和输出电阻R相串联。 o实验中可以通过测量放大器空载时的输出电压 V 和加上已知负载后的o输出电压V ,根据式子测试其输出电阻R。LoRVoL由此可求输出电阻R二or v)-o -1 RIV丿LR 为阻值已知的电阻 ， 一般情况 L下为数千欧）。5. 幅频特性的测量放大器放大的实际信号由不同的谐波组成 ， 只有当放大器对不同频率信号 的放大能力相同时， 放大信号才能不失真。 但实际上， 放大器的交流放大电路 含有耦合电容、旁路电容、分布电容和晶体管极间电容等电抗元件 ，
8、使得放大 倍数与信号的频率有关， 此关系即为放大器的频率特性。放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数 A 与输入信号频率 f 之间的 Vi关系曲线， 如图。 在一个较宽的频率范围内 ， 曲线平坦， 放大倍数不随频率而 变， 这一段频率范围称为中频段。 在中频段以外， 随着频率的减小或增大， 放 大倍数都将下降。 当放大倍数降为中频段放大倍数的 0.707 时， 相对应的低频 频率和高频频率分别称为下限频率 f 和上限频率 f 。通频带 f 定义为L H BWf 二 f 二 fBW H L三、实验内容及步骤（一）仿真分析1. 静态工作点的调整（1）用示波器同时观察图所示电路的输入和输出波形。输
9、入信号设为正弦 波、频率f = 1kHz、信号电压峰值v = 100mV。i ip（2）进行仿真分析。 双击示波器 XSC1 图标，打开示波器面板，观察放大 电路的输入、 输出信号波形。（3）逐渐增大输入信号的幅度，使放大电路的输出信号略有失真（饱和失 真或截止失真），调节电位器R ，消除失真。p（4）重复步骤（3） ， 直到略微增大输入信号幅值， 输出信号同时出现饱 和和截止失真；再略微减小输入信号的幅值 ， 输出信号的失真现象同时消失 。 此时得到的输出信号电压， 即为最大不失真输出电压。2. 静态工作点测量用万用表测量。 将万用表接入电路， 单击仿真开关， 进行电路分析。 此时， 万用表
10、显示的数值即为放大电路的静态工作点。3. 放大电路的动态指标测试（1） 电压放大倍数测量。 调整放大器到合适的静态工作点， 在图示电路中， 闭合开关J , J，调整输入电压v = 100mV，频率f二1kHz。单击仿真开关进1 2 ip i行仿真， 打开示波器， 观察输入、 输出电压波形。 在输出波形不失真的情况下， 用万用表测出v和v的有效值V和V，根据式子计算电压放大倍数。i o i o(2) 输入电阻测量。在图示电路中,断开开关j，闭合开关j，调整输 12入电压v = 100mV ,频率f二1kHz。单击仿真开关进行仿真,打开示波器,观 ip i察输入、输出电压波形。 在输出波形不失真的
11、情况下， 用万用表测出电阻 R 两端电压v , v的有效值V和V ,根据式子计算输入电阻R。s i s i i( 3) 输出电阻测量。 在图示电路中， 闭合开关 j ， 调整输入电压1v = 100mV ,频率f二1kHz。单击仿真开关进行仿真,打开示波器,观察输入、 ip i输出电压波形。在输出波形不失真的情况下,用万用表测出开关J打开和闭合2两种情况下电压v , v的有效值V和V ,根据式子计算输出电阻R。o L o L o( 4) 放大电路的幅频特性测量。 直接测量法。 将波特图仪连接在电路中。双击波特图仪 ， 设置其参数 ：垂直 F=100MHz ， I=1Hz ， 水平 F=100d
12、B ，I=-100dB ， 单击仿真开关进行仿真 。 放大电路的幅频响应和相频响应分别如图。( 二 ) 实验室操作1.静态工作点的测量( 1) 按照实验原理图连接电路， 布线要整齐、均匀、便于检查， 经检查无误接通12V直流电源。(2 )在放大电路的输入端加入1kHz、峰值为100mV的正弦波，将放大电路的输出端接示波器。 调节电位器， 使示波器所显示的输出波形最大不失真。 关掉函数信号发生器电源，使输入电压v二0 ,用万用表分别测量三极管三个级对地i的电压(V , V , V ), V 和I 。并将测量结果记录于表,与估算值BQ CQ EQ CEQ CQ进行比较。3.静态工作点对输出波形的影
13、响将频率为1kHz的正弦波信号加到放大器的输入端、调节输入信号幅值,使输出 波形不失真的正弦波。（1）将电位器R的阻值调为最大,此时静态电流I下降,用示波器观察输出p CQ波形是否出现失真， 并画下此时的波形。若失真不够明显， 可适当增大输入信 号幅值。（2）将电位器R的阻值调为最小,此时静态电流I增大,观察输出波形的变p CQ化情况， 画下此时的波形， 并将相应结果记录于表。4. 电压放大倍数测量（1 ）打开函数信号发生器电源,输入1kHz，峰值为100mV的正弦波信号。当 输出开路（R =8 ）时，测量输入输出电压v输和v的有效值V和V的大小,L i o i o 并根据式子计算电压放大倍数
14、。（2）放大电路输出端接入R = 2k。的负载电阻，保持输入电压v不变,测量Li输出电压v，计算此时的电压放大倍数，并分析负载对放大电路电压放大倍数o的影响 。（3）用双踪示波器观察v和v的波形,比较两波形之间的相位关系。io5. 输入电阻和输出电阻测量（D按照实验原理图连接电路,断开J ,用示波器分别测出电阻R两端电压v , 1sv的有效值V和V ,根据式子计算该放大电路输入电阻R。i s i i（2）闭合j，测量负载开路（J断开）时的输出电压V和接上2kQ负载（J闭1 2 o 2合）时的输出电压V ,根据式子计算该放大电路的输出电阻R。Lo将步骤4和5的测试结果记录整理， 填入表中， 并对
15、实验结果进行讨论。6. 幅频特性的测量(1 )打开函数信号发生器的电源,输入1kHz，峰值为100mV的正弦波信号,输出端接2k负载电阻R ,用示波器分别测量V , V的大小,计算电压放大倍L i o数。(2)保持输入信号电压V的幅度不变,分别增大和减小信号的频率,再测量放i大器的输出电压V。当输出电压降到中频值的时，对应的频率即为放大器o是上限截止频率 f 或下限截止频率 f ， 计算 BW。HL将上述测量结果记录整理后填入表中， 并对实验结果进行讨论。四、实验设备( 1) 双路直流稳压电源一台。( 2) 函数信号发生器一台。( 3) 示波器一台。( 4 ) 毫伏表一台 。( 5) 万用表一块。( 6 ) 三极管一个 。( 7 ) 电容三个 。( 8) 电阻六个。五、实验数据及结果分
