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文檔簡介
1、.實驗二晶體管共射極單管放大器一、實驗目的1、 學會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法,分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。2、 掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。3 、 熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設(shè)備的使用。二、實驗原理圖 2 1 為電阻分壓式工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。它的偏置電路采用RB1 和 RB2組成的分壓電路,并在發(fā)射極中接有電阻RE,以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。當在放大器的輸入端加入輸入信號ui 后,在放大器的輸出端便可得到一個與ui 相位相反,幅值被放大了的輸出信號u0,從而實現(xiàn)了電壓放大。圖 2 1 共射極單管放大器實驗電路在圖2 1 電路
2、中,當流過偏置電阻RB1 和 RB2 的電流遠大于晶體管T 的基極電流 IB時(一般5 10 倍),則它的靜態(tài)工作點可用下式估算UBRB1UCCRB1RB2I EUBUBEI CRERF 1UCE UCCI C( RC RE+RF1)電壓放大倍數(shù)AVRC / RLr be(1) RF 1輸入電阻Ri RB1 / RB2 / r be+(1+ )RF1 輸出電阻RO RC由于電子器件性能的分散性比較大,因此在設(shè)計和制作晶體管放大電路時,離不開測量.和調(diào)試技術(shù)。 在設(shè)計前應測量所用元器件的參數(shù),為電路設(shè)計提供必要的依據(jù),在完成設(shè)計和裝配以后, 還必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點和各項性能指標。一個
3、優(yōu)質(zhì)放大器,必定是理論設(shè)計與實驗調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此,除了學習放大器的理論知識和設(shè)計方法外,還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測量和調(diào)試一般包括:放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試,消除干擾與自激振蕩及放大器各項動態(tài)參數(shù)的測量與調(diào)試等。1、 放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試1) 靜態(tài)工作點的測量測量放大器的靜態(tài)工作點,應在輸入信號ui 0 的情況下進行,即將放大器輸入端與地端短接,然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表,分別測量晶體管的集電極電流I以及各電極對地的電位U 、U 和 U。一般實驗中,為了避免斷開集電極,所以采用測量電CBCE壓 UE 或 UC,然后算出 I C的方法,例如,只要測
4、出UE,即可用IUBUBEI CERF 1REI CUCCUCRC算出 I (也可根據(jù),由 U確定 I),同時也能算出U UU,U UU。CCCBEBECECE為了減小誤差,提高測量精度,應選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。2)靜態(tài)工作點的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試是指對管子集電極電流I C(或 UCE)的調(diào)整與測試。靜態(tài)工作點是否合適,對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高,放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真,此時uO的負半周將被削底,如圖22(a) 所示;如工作點偏低則易產(chǎn)生截止失真,即 uO的正半周被縮頂 (一般截止失真不如飽和失真明顯),如圖 2 2(b) 所示。這些情況都不符
5、合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進行動態(tài)調(diào)試,即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui ,檢查輸出電壓uO 的大小和波形是否滿足要求。如不滿足,則應調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的位置。(a)(b)圖 2 2靜態(tài)工作點對uO波形失真的影響.改變電路參數(shù)UCC、 RC、RB( RB1、 RB2)都會引起靜態(tài)工作點的變化,如圖2 3 所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2 的方法來改變靜態(tài)工作點,如減小RB2,則可使靜態(tài)工作點提高等。圖 2 3電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響最后還要說明的是,上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的,應該是相對信號的幅度而言, 如輸入信號幅度很小,即使工作點較高或較低也
6、不一定會出現(xiàn)失真。所以確切地說, 產(chǎn)生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設(shè)置配合不當所致。 如需滿足較大信號幅度的要求,靜態(tài)工作點最好盡量靠近交流負載線的中點。2、放大器動態(tài)指標測試放大器動態(tài)指標包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓(動態(tài)范圍)和通頻帶等。1) 電壓放大倍數(shù) AV的測量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點,然后加入輸入電壓ui ,在輸出電壓uO 不失真的情況下,用交流毫伏表測出ui 和 uo 的有效值 Ui 和 UO,則U0AV2) 輸入電阻 Ri 的測量Ui為了測量放大器的輸入電阻,按圖 2 4 電路在被測放大器的輸入端與信號源之間串入一已知電阻R,在放大器正常工作的
7、情況下,用交流毫伏表測出US和 Ui ,則根據(jù)輸入電阻的定義可得RiUiUiUiRIURUiUSiR.圖 24輸入、輸出電阻測量電路測量時應注意下列幾點: 由于電阻R 兩端沒有電路公共接地點,所以測量R 兩端電壓U R 時必須分別測出US和 Ui ,然后按 UR US Ui 求出 UR值。 電阻 R 的值不宜取得過大或過小,以免產(chǎn)生較大的測量誤差,通常取R 與 Ri 為同一數(shù)量級為好,本實驗可取R1 2K。3) 輸出電阻 R0 的測量按圖 2-4電路,在放大器正常工作條件下,測出輸出端不接負載R的輸出電壓U 和接LO入負載后的輸出電壓UL,根據(jù)RLULUORORL即可求出RO (UO1)R L
8、UL在測試中應注意,必須保持RL 接入前后輸入信號的大小不變。4) 最大不失真輸出電壓 UOPP的測量(最大動態(tài)范圍)如上所述,為了得到最大動態(tài)范圍,應將靜態(tài)工作點調(diào)在交流負載線的中點。為此在放大器正常工作情況下,逐步增大輸入信號的幅度,并同時調(diào)節(jié)RW(改變靜態(tài)工作點) ,用示波器觀察uO,當輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象(如圖2 5)時,說明靜態(tài)工作點已調(diào)在交流負載線的中點。然后反復調(diào)整輸入信號,使波形輸出幅度最大,且無明顯失真時,用交流毫伏表測出UO(有效值),則動態(tài)范圍等于2 2U0 ?;蛴檬静ㄆ髦苯幼x出 UOPP來。圖 2 5靜態(tài)工作點正常,輸入信號太大引起的失真.5) 放大器幅頻特性
9、的測量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AU與輸入信號頻率f之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖2 6 所示, Aum為中頻電壓放大倍數(shù),通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的1/2 倍,即 0.707A um所對應的頻率分別稱為下限頻率f L 和上限頻率f H,則通頻帶:f BW f Hf L放大器的幅率特性就是測量不同頻率信號時的電壓放大倍數(shù)AU。為此,可采用前述測AU 的方法,每改變一個信號頻率,測量其相應的電壓放大倍數(shù),測量時應注意取點要恰當,在低頻段與高頻段應多測幾點,在中頻段可以少測幾點。此外,在改變頻率時,要保持輸入信號的幅度不變,且輸出波形不
10、得失真。圖 2 6幅頻特性曲線3DG9011(NPN)3CG9012(PNP)9013(NPN)圖 2 7 晶體三極管管腳排列三、實驗設(shè)備與器件1、 12V 直流電源2 、函數(shù)信號發(fā)生器3、雙蹤示波器4、交流毫伏表5 、直流電壓表6、直流毫安表7、頻率計8、萬用電表9、晶體三極管3DG6 1( 50 100) 或 9011 1 (管腳排列如圖27 所示)電阻器、電容器若干四、實驗內(nèi)容實驗電路如圖2 1 所示。各電子儀器可按實驗一中圖1 1 所示方式連接, 為防止干擾,.各儀器的公共端必須連在一起,同時信號源、 交流毫伏表和示波器的引線應采用專用電纜線或屏蔽線,如使用屏蔽線,則屏蔽線的外包金屬網(wǎng)
11、應接在公共接地端上。1、調(diào)試靜態(tài)工作點接通直流電源前,先將RW調(diào)至最大,函數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。接通12V 電源、調(diào)節(jié)RW,使 I C 2.0mA(即 UE 2.0V ), 用直流電壓表測量UB、 UE、 UC 及用萬用電表測量 RB2 值。記入表2 1。表 2-1IC 2mA測量值計算值U(B V) UE(V)UC( V)RB2(K)UBE( V)UCE( V)I (C mA)2、測量電壓放大倍數(shù)在放大器輸入端加入頻率為1KHz的正弦信號 uS,調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓 Ui10mV,同時用示波器觀察放大器輸出電壓uO 波形,在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下述
12、三種情況下的U 值,并用雙蹤示波器觀察u 和 u 的相位關(guān)系,記OOi入表 2 2。表 22Ic2.0mAUi mVRCRLUo(K(KAV觀察記錄一組uO和 u1 波形(V)) )2.41.22.42.43、觀察靜態(tài)工作點對電壓放大倍數(shù)的影響置 R 2.4K , R, U 適量,調(diào)節(jié) R ,用示波器監(jiān)視輸出電壓波形,在u 不失真的CLiWO條件下,測量數(shù)組I C 和 UO值,記入表 2 3。表 23RC 2.4K RLU i mVI C(mA)2.0U (V)OAV測量 I C時,要先將信號源輸出旋鈕旋至零(即使Ui 0)。4、觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響置 R 2.4K , R 2.
13、4K , ui 0,調(diào)節(jié) R 使 I 2.0mA,測出 U值,再逐步加大輸CLWCCE入信號, 使輸出電壓 u足夠大但不失真。然后保持輸入信號不變,分別增大和減小R,使0W.波形出現(xiàn)失真,繪出u的波形,并測出失真情況下的I和 U 值,記入表2 4 中。每次測0CCEI C 和 UCE 值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。表24 R2.4K R2.4K UimVCLI C(mA)UCE(V)u0 波形管子工作狀失真情況態(tài)2.05、測量最大不失真輸出電壓置 RC 2.4K , RL 2.4K ,按照實驗原理2.4) 中所述方法,同時調(diào)節(jié)輸入信號的幅度和電位器RW,用示波器和交流毫伏表測量UOPP及
14、UO值,記入表2 5。表 2 5RC 2.4KRL 2.4KI C(mA)Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)*6 、測量輸入電阻和輸出電阻置 R2.4K , R2.4K, I 2.0mA。輸入 f 1KHz 的正弦信號,在輸出電壓u不CLCo失真的情況下,用交流毫伏表測出US, Ui和 UL 記入表 2-6 。保持 US不變,斷開 RL,測量輸出電壓Uo,記入表 2-6 。表 2-6Ic 2mA R2.4K R 2.4K cLR(K)ULUOR(K)i0US(mv)Ui (mv)測量計算( V)( V)測量計算值值值值*7 、測量幅頻特性曲線取 I C 2.0mA,RC2.4K , RL
15、 2.4K 。 保持輸入信號ui 的幅度不變,改變信號源頻率 f ,逐點測出相應的輸出電壓UO,記入表2 7。表 2 7Ui mVfl fo fn.f (KHz)UO( V)AV UO/U i為了信號源頻率f 取值合適,可先粗測一下,找出中頻范圍,然后再仔細讀數(shù)。說明:本實驗內(nèi)容較多,其中6、 7 可作為選作內(nèi)容。五、實驗總結(jié)1、 列表整理測量結(jié)果,并把實測的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計算值比較(取一組數(shù)據(jù)進行比較),分析產(chǎn)生誤差原因。2 、總結(jié) RC, RL 及靜態(tài)工作點對放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的影響。3、討論靜態(tài)工作點變化對放大器輸出波形的影響。
16、4、分析討論在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。六、預習要求1、閱讀教材中有關(guān)單管放大電路的內(nèi)容并估算實驗電路的性能指標。假設(shè): 3DG6 的 100,RB120K, RB260K, RC2.4K, RL2.4K 。估算放大器的靜態(tài)工作點,電壓放大倍數(shù)AV,輸入電阻Ri 和輸出電阻RO2 、閱讀實驗附錄中有關(guān)放大器干擾和自激振蕩消除內(nèi)容。3、能否用直流電壓表直接測量晶體管的UBE? 為什么實驗中要采用測UB、UE,再間接算出 UBE 的方法?4 、怎樣測量 RB2 阻值?5、當調(diào)節(jié)偏置電阻RB2,使放大器輸出波形出現(xiàn)飽和或截止失真時,晶體管的管壓降UCE怎樣變化?6、改變靜態(tài)工作點對放大器的輸入電阻Ri 有否影響?改變外接電阻RL 對輸出電阻RO有
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