2022年共射放大電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告_共10頁

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：李錫華, 葉險(xiǎn)峰 , 施紅軍成績： _實(shí)驗(yàn)名稱：晶體管共射放大電路分析實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生姓名 :一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計(jì)方法，2、掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量方法，了解放大器的非線性失真。3、掌握放大電路電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等主要性能指標(biāo)的測(cè)量方法。4、理解射極電阻和旁路電容在負(fù)反饋中所起的作用及對(duì)放大電路性能的影響。5、學(xué)習(xí)晶體管放大電路元件參數(shù)選取方法，掌握單級(jí)放大器設(shè)計(jì)的一般原則。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)阻容耦合單級(jí)放大電路已知條件：，=+10vccv5.1lrk10,600isvmv r性

2、能指標(biāo)要求：, 對(duì)頻率為 1khz的正弦信號(hào)30lfhz15/,7.5viavv rk2. 設(shè)計(jì)要求（1）寫出詳細(xì)設(shè)計(jì)過程并進(jìn)行驗(yàn)算（2）用軟件進(jìn)行仿真3. 電路安裝、調(diào)整與測(cè)量自己編寫調(diào)試步驟，自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格4. 寫出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算共射放大電路精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 9 頁 - - - - - - - - -(一).電路電阻求解過程（=100）( 沒有設(shè)置上課要求的160的原因是因?yàn)殡娐菲渌麉?shù)要求和講義作業(yè)要求基本一樣, 為了顯示區(qū)別 , 將改為 100進(jìn)行設(shè)計(jì) ) ：（ 1

3、）考慮噪聲系數(shù), 高頻小型號(hào)晶體管工作電流一般設(shè)定在1ma 以下，取 ic=1ma（ 2）為使 q 點(diǎn)穩(wěn)定 , 取，即 4v,25bbccvv（ 3）, 恰為電阻標(biāo)稱值0.73.3bbeevrki（ 4）212124:3: 2ccbbrvvvrrrr取r2為ri下限值的 3倍可滿足輸入電阻的要求，即r2=22.5k，r1=33.75k;112110=0.1,60,40ccbbvvirima rkrkir由綜上 : 取標(biāo)稱值 r1=51k ,r2=33k（ 5）25tteecvvrii（ 6）從輸入電阻角度考慮:，?i= ?1/ ?2/ (?+ 1)(?+ ?1) 7.5? 取( 獲得 4v足夠

4、大的正負(fù)信號(hào)擺幅) 得:?i= 9?,?=35?= 6?1= 118 , ? 2= 3.3 ? , ?= 6.6 ?從電壓增益的角度考慮:15v/v, 取得:?=5100/?+ ?1?= 20?/?;?1= 86 , ? 2= 3.3 ? , ?= 4?為綜上: 取標(biāo)稱值?1= 100 , ? 2= 3.3 ? , ?= 5.1 ?( 二). 電路頻率特性（1）電容與低頻截止頻率取;?= 25? 15?, |?|= 20.24 15?, ?= 8.305? 7.5?, ?=12? ? ?= 26? 30?;, 所有參數(shù)符合指標(biāo).(? 為與 ?串聯(lián)的等效電阻)四、實(shí)驗(yàn)步驟與過程(一). 實(shí)驗(yàn)電路

5、仿真：1. 代入?yún)?shù)的實(shí)驗(yàn)電路2.直流工作點(diǎn) q:2.1仿真類型與參數(shù)設(shè)置:選擇時(shí)域瞬態(tài)分析(time domain),由于交流小信號(hào)的頻率為1khz,設(shè)置仿真時(shí)間為2個(gè)周期 ,0-2ms, 掃描步長為 0.02ms, 精度足夠2.2 圖像處理 :將交流小信號(hào)源斷開, 分別觀察 ic,vce,vbe,vc, 的波形 ,利用標(biāo)尺 (toggle cursor)得到仿真值為:ic=0.892v,vce=2.38v,vbe=0.622v,vc=5.45v3. 交流參數(shù)分析 :3.1仿真類型與參數(shù)設(shè)置:選擇頻域分析 (ac sweep),要將電壓源由給定頻率的vsin源換成可供頻率掃描的vac, 幅值

6、設(shè)定為 10mv;為得到完整頻域特性,掃描頻率選擇對(duì)數(shù)掃描,從1hz到 100mhz, 采樣點(diǎn)設(shè)置為 10,3.2圖像處理 (其他圖像略去 ,只摘取需要用到標(biāo)尺工具的復(fù)雜圖像)精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 9 頁 - - - - - - - - -(1).電壓增益 :觀察 v2(rl)/v1(rs) 的頻域波形 ,用標(biāo)尺得出 1khz時(shí)的電壓增益為17.607;在直流分析中 ,設(shè)置 y軸變量為 max(v2(rl)/max(v1(rs), 利用標(biāo)尺得到電壓增益為178.55mv/9.993mv=17.87;(2).上下限

7、截止頻率與通頻帶:同樣是上面的頻域增益波形,利用orcad自帶的信號(hào)處理函數(shù)可以得到:fl=26.24877hz,fh=1.99mhz, 由于 fl相對(duì)較小 ,通頻帶近似為 fh (3).輸入電阻 :觀察v(vs+)/i(c1) 的頻域波形 ,利用標(biāo)尺可得 ,當(dāng)信號(hào)源的頻率為1khz時(shí),輸入電阻 ri=7.6816k4.數(shù)據(jù)處理與誤差分析icvcevbevcavflri仿仿仿仿仿0.9172.210.75.32320.24268.305仿仿仿仿仿仿0.8922.380.6225.4517.8926.257.6816仿仿仿仿0.027263 0.0769230.023859 0.116107 0

8、.009615 0.075063計(jì)算可得除 vce 外直流工作點(diǎn)的相對(duì)誤差約為2.5%,而頻幅特性相對(duì)誤差約為10%,較大;直流工作狀態(tài)的誤差主要是由于將vce 直接認(rèn)定為 0.7v導(dǎo)致的 ,而交流特性是由三極管直流工作點(diǎn)決定的,且計(jì)算時(shí)忽略了電容對(duì)電路產(chǎn)生的影響,且忽略厄利效應(yīng),所以會(huì)有至少 3類誤差的疊加 ,導(dǎo)致誤差較大 .精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 9 頁 - - - - - - - - -( 二). 實(shí)際電路測(cè)試：1. 測(cè)試原理 :(注釋 :由于事先不知道實(shí)際測(cè)試電路所用三極管放大倍數(shù)只有160的 , 而我設(shè)計(jì)

9、是用 100的, 所以在測(cè)試時(shí)無法利用我的設(shè)計(jì)方案, 采用了另一個(gè)設(shè)計(jì)方案, 附在報(bào)告最后 .)1. 靜態(tài)工作點(diǎn)：（1）按元件參數(shù)安裝、連接電路（2）不加輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)rc兩端的電壓使 ic符合設(shè)計(jì)值（3）測(cè)量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并和理論值相比較2. 電壓增益：（1）保持靜態(tài)工作點(diǎn)不變，利用示波器觀察輸入信號(hào)波形, 調(diào)節(jié)信號(hào)源，使輸出信號(hào)為頻率 1khz, 幅值 30mv 的正弦波 .（2）輸入、輸出波形用雙蹤顯示觀察，指出它們的相位關(guān)系。當(dāng)輸入輸出波形無失真時(shí)，分別讀出vi、vo的峰 - 峰值，記入表格（3）增大輸入信號(hào)幅度，用示波器監(jiān)視輸出波形。使輸出波形出現(xiàn)失真，記下此時(shí)的輸出波形草圖

10、，說明首先出現(xiàn)的是哪種失真。測(cè)出最大不失真輸出電壓峰值，記入表格。（4）接入負(fù)載 rl=5.1k。重做上述步驟，分析負(fù)載對(duì)電壓增益的影響。3. 輸入電阻：（1）在信號(hào)源與被測(cè)放大器之間串入一個(gè)與ri同一數(shù)量級(jí)的已知電阻r，在輸出波形不失真的情況下，分別測(cè)出vs和vi，則放大器的輸入電阻為：()/iiisisivvrrvvrvv4. 輸出電阻：（1）輸出波形不失真的情況下，分別測(cè)出輸出端空載時(shí)的輸出電壓vo和接入負(fù)載rl后的輸出電壓vo，則放大器的輸出電阻為：0(1)/oooololvvvrrvrv5. 幅頻特性：電壓增益下降到中頻增益0.707 倍時(shí)（分貝數(shù)下降3db）所對(duì)應(yīng)的的上、下限頻率即

11、,lhff（1）在為設(shè)計(jì)值、情況下，輸入1khz正弦信號(hào)，改變輸入信號(hào)幅度，cilr使輸出電壓峰- 峰值為左右。測(cè)出此時(shí)輸出電壓峰- 峰值max0.5oppvop pv（2）保持放大器輸出電壓幅度不變，改變信號(hào)源輸出頻率（增大或減小），當(dāng)輸iv出電壓值達(dá)到值時(shí)，停止信號(hào)源頻率的改變，此時(shí)信號(hào)源所對(duì)應(yīng)的輸0.707oppv出頻率即為,lhff精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 9 頁 - - - - - - - - -2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄(1). 靜態(tài)工作點(diǎn) ：ic/mavce/vvbe/vvb/v理論值 ( 仿真 )0.975.

12、7560.6444.938實(shí)際值 ( 測(cè)試 )1.005.620.644.87(2). 電壓增益 ：實(shí)測(cè)值（峰 - 峰值）計(jì)算值仿真值vi/mvvo/vavavrl=59.62.94-49.3-46.875-46.2rl=5.1k59.61.496-25.1-23.68-23.1rl=6.71%1.46%基準(zhǔn)相對(duì)誤差rl=5.1k8.66%2.51%基準(zhǔn)(3). 輸入電阻：ri（理論值）仿真值rvs/mvvi/mvri（實(shí)際值）82657272790055.2277564(4). 輸出電阻：ro（理論值）仿真值vo/vvo2/vrlro（實(shí)際值）510050211.4962.945100490

13、0(5). 幅頻特性實(shí)測(cè)值理論值（仿真）fl39.0hz31.5hzfh0.2mhz15.7mhz3. 結(jié)果分析 :1. 靜態(tài)工作點(diǎn)：理論值和實(shí)際值相差不大, 在合適的工作范圍內(nèi), 相對(duì)誤差已隨表給出估計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)的誤差一部分是由于計(jì)算時(shí)默認(rèn)vbe=0.7v,而實(shí)際為 0.64v造成的 .2. 電壓增益：（1）加入負(fù)載后，電壓增益下降，本次實(shí)驗(yàn)的負(fù)載和rc相同，帶負(fù)載電壓增益減半?？梢钥闯觯粢@得更大的電壓增益，且不考慮其他因素, 在rc相同的情況下，負(fù)載電阻越大越好。但最大不失真輸出電壓的峰峰值( 輸入信號(hào)擺幅 ) 減小，容易出現(xiàn)飽和失真（在靜態(tài)工作點(diǎn)較高時(shí)）、或截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)較低時(shí)

14、）。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 9 頁 - - - - - - - - -(2) 利用示波器雙蹤顯示同時(shí)觀察輸入輸出波形, 不斷增大輸入信號(hào)的幅度, 觀察發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)最先產(chǎn)生削頂現(xiàn)象, 即電路最先產(chǎn)生截止失真; 繼續(xù)增大輸入信號(hào)的幅度,然后輸出信號(hào)發(fā)生削底現(xiàn)象, 即飽和失真 . 由示波器的標(biāo)尺分別測(cè)量得到最大不失真輸出電壓峰峰值和飽和失真的輸出電壓峰峰值. 輸入與輸出信號(hào)相位差恒定為(2k+1), 反相 .?rl= rl=5.1k未失真臨界峰峰值vivovivo截止失真39mv4.2v65.2mv2.98mv（3）最大

15、不失真輸出電壓峰峰值測(cè)量為4.2v, 與理論分析值接近: 由于直流偏置信號(hào)為15v, 且設(shè)計(jì)時(shí)的直流工作點(diǎn)工作在vc=10.053v情況 ,所以不失真的信號(hào)擺幅約為5v, 最大不失真輸出電壓峰峰值5v, 而4.2v5v, 且足夠大 ,符合要求 .實(shí)驗(yàn)中判斷截止失真的臨界輸出電壓方法: 在實(shí)驗(yàn)中 , 通過通過觀察可知最先發(fā)生截止失真 , 所以不斷增大電壓在波形明顯削頂之前微調(diào)輸入電壓, 比對(duì)頂端和底端在相同信號(hào)衰減的情況下的相位跨度(即示波器上幅值下降兩格的橫線確定的相位差), 當(dāng)二者剛好從相等到不等時(shí), 即為所求臨界輸出電壓.（4）電壓增益的實(shí)際值和仿真值均小于計(jì)算值，實(shí)際和仿真都會(huì)受到頻率和

16、電容的影響，但實(shí)際情況下還有電阻阻值偏小等情況，所以實(shí)際值最小，而計(jì)算值是理想的情況，頻率和電容都按照理想情況處理，并未考慮三極管的極間電容, 所以增益最大。3. 輸入電阻：（1）實(shí)際值與仿真值和計(jì)算值相比略小?？赡苁且?yàn)閷?shí)際用的電阻r并不標(biāo)準(zhǔn)存在偏差。仿真值部分，分析了1khz時(shí)候的值，發(fā)現(xiàn)只有121, 導(dǎo)致輸入電阻阻值下降。（如下圖所示）圖中值：121.447fr equency0hz0. 5khz1. 0khz1. 5khz2. 0khzi ( q2: c)/i ( q2: b)121. 43121. 44121. 45121. 46(1.0000k,121.447)4. 輸出電阻：（1

17、）計(jì)算值不考慮厄利效應(yīng)，數(shù)值最大。仿真和實(shí)際值都包含了厄利效應(yīng)導(dǎo)致的電阻ro，而實(shí)際電阻 rl的阻值無法保證，偏差會(huì)更大。5. 幅頻特性：（1）實(shí)際值和仿真值的下限截止頻率相差不大，但是上限截止頻率相差巨大。下限截止頻率主要由耦合電容、旁路電容和電阻影響，實(shí)際值和仿真值不會(huì)相差很大。上限截止頻率主要是電阻和極間電容影響. 經(jīng)過查閱資料 , 引起上限截止頻率的仿真值和實(shí)精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 9 頁 - - - - - - - - -際測(cè)量值存在較大差異的主要原因是, 示波器的輸入電容限制拉低了輸出回路的上限截止頻率

18、 , 起主要作用 , 是高頻響應(yīng)函數(shù)的主極點(diǎn).經(jīng)過計(jì)算 , 在某個(gè)合適不失真的輸入信號(hào)下, 輸出信號(hào)峰峰值為1.42v時(shí),3db衰減后的輸出信號(hào)峰峰值為1.007v, 所以調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率, 直到輸出信號(hào)波形在示波器上顯示的幅值為 1.00v, 此刻的輸入信號(hào)頻率即為上下限截止頻率.八、討論、心得本次實(shí)驗(yàn)涉及完整的放大器設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試過程，整體過程較為復(fù)雜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，計(jì)算值、仿真值、實(shí)際值之間均有一定誤差。實(shí)際情況下，直流源供電電壓偏差，電阻阻值和理論值的偏差, 極間電容 , 線路電阻等均會(huì)帶來一定的誤差，但由于設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到這些因素, 設(shè)置了合適的直流工作點(diǎn), 總體上放大器還是能正常工作在放大狀態(tài)。設(shè)計(jì)放大器時(shí)應(yīng)考慮這些可能存在的情況，應(yīng)設(shè)計(jì)合適的直流偏置, 確保直流工作點(diǎn)合適, 提供足夠大