晶体管共射极单管放大电路

院（系）名称 专业名称 实验课程名称 实验项目名称 实验时间 实验成绩 【实验目的】 (1) 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 (2) 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 (3) 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 【实验仪器与材料】 (1) 模拟电路实验箱。 (2) 函数信号发生器。 (3) 双踪示波器。 (4) 交流毫伏表。 (5) 万用表。 (6) 连接线若干。 (7) 电阻。 【实验原理】 图4-6为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号Ui后，在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反，幅值被放大了的输出信号UO，从而实现了电压放大。 姓名 学号 模拟电子技术基础 晶体管共射极单管放大电路 实验地点 指导教师签名 班别 图4-6 共射极单管放大器实验电路 在右图电路中，当流过基极偏置电阻的电流远大于晶体管的基极电流时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算: UBRB1UCCRB1RB2 IEUB-UBEICRE1 ， UCEUCC-IC(RCRE1) 电压放大倍数 AV-RC1//RL1rbe 输入电阻 Ri＝RB1//RB2//rbe 输出电阻 RO=RC1 由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。 放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1．放大器静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量 测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用ICIEUE算出IC（也可根据，由UC确定IC），RE1同时也能算出：UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时UO的负半周将被削底，如图(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即UO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图(b)所示。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，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO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位置。 改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图4-8所示。但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。 (a)饱和失真 (b)截止失真 图4-7 静态工作点对uO波形失真的影响 图4-8 电路参数对静态工作点的影响 最后还要说明的是，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，如输入信号幅度很小，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。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 2．放大器动态指标测试 放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。 1) 电压放大倍数AV的测量 调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，单独只用用交流毫伏表或者示波器测出ui和uo的有效值Ui和UO，则 UO AVUi2) 输入电阻Ri的测量 为了测量放大器的输入电阻，按图4-9电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，单独只用交流毫伏表或者示波器测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得 RiUiUiUiR URUS-UiIiR 图4-9 输入、输出电阻测量电路 测量时应注意下列几点： (1) 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压 UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。 (2) 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2kΩ。 3) 输出电阻R0的测量 按图4-9电路中，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据 ULULUO RORL即可求出 RO(UO-1)RL UL在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。 4) 最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围） 如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图4-10）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于22U。或用示波器直接读出UOPP来。 【实验内容和步骤】 实验内容如图4-6所示，各电子仪器可按图2-15所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。 1．调试静态工作点 在实验箱上搭建图4-6所示电路：开关J2用短接线代替，将RF1短路，开关J1闭合。接通直流电源前，先将RW调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通＋12V电源、调节RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V）， 用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。记录于表4-1中，其中IE UE。 RE1 表4-1 静态工作点（IC＝2.0mA） 测量值 UB/V 2.67 2．测量电压放大倍数 UE/V 2.02 UC/V 7.13 RB2/kΩ 65.9 RBE/V 0.65 计算值 RCE/V 5.11 IE/mA 2.02 在放大器输入端加入频率为1kHz，VP-P=150mA的正弦信号uS，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的条件下，用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，记录于表4-2中。 表4-2 电压放大倍数测量 RC/kΩ 2.4 2.4 RL/kΩ ∞ 2.4 US/mV 152 156 Ui/mV 80 76 UO/V 5.6 4.72 AV 70 62.1 3．测量放大电路输入电阻和输出电阻 置RC1=2.4kΩ，RL1=2.4KΩ，IC＝2.0 mA，放大器输入端加入频率为1 kHz，VP-P=150mA的正弦信号电压ui，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的情况下测出US、Ui和UL，记入表4-3中。 保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记录于表4-3中。 表4-3 输入电阻和输出电阻测量 US/mV 150 Ui/mV 80 Ri/kΩ 11.4 UO/V 5.6 UL/mV 776 RO/kΩ 14.9 4．测量最大不失真输出电压的振幅值 逐步增大函数信号发生器输出信号的幅度，用示波器观察放大电路的输出波形，在表4-4记录下不失真输出电压的最大振幅值和即将产生的失真波形形状。 表4-4 最大不失真输出电压的振幅值 Uom max/mV 失真的输出波形形状 判断失真类型 270 饱和失真 5．观察静态动作点对输出波形的影响 在输出波形不失真，但接近Uom max的前提下，调节RW1，使UEQ=3V。观察此时输出的输出波形形状是否失真，如果没有失真，增大函数信号发生器输出信号的幅度，使输出波形产生失真，并记录在表4-5中。 表4-54 静态动作点对输出波形的影响 UEQ/mV 失真的输出波形形状 判断失真类型 270 饱和失真