模電實驗單級共射放大電路

1、單極共射放大電路一、實驗?zāi)康模?） 掌握用Multisim 13 仿真軟件分析單極放大電路主要性能指標的方法。（2） 熟悉掌握常用電子儀器的使用方法，熟悉基本電子元器件的作用。（3） 學(xué)會并熟悉“先靜態(tài)后動態(tài)”的電子線路的基本調(diào)試方法。（4） 分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響，學(xué)會調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點。（5）掌握放大器的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。（5） 測量放大電路的頻率特性。二、實驗原理1.基本電路電路在接通直流電源而未加入輸入信號時（通過隔直流電容將輸入端接地），電路中產(chǎn)生的電流、電壓為直流量，記為，由它們確定了電路的一個工作點，稱為靜態(tài)工作的Q。三極管

2、的靜態(tài)工作點可用下式近似估算：V硅管； （0.20.3）V 鍺管2. 靜態(tài)工作點的選擇放大器靜態(tài)工作點的選擇是指對三極管集電極電流（或）的調(diào)整與測試。在晶體管低頻放大電路中，靜態(tài)工作點的選擇及穩(wěn)定具有舉足輕重的作用，直接關(guān)系到放大電路能否正?？煽康毓ぷ鳌Ｈ艄ぷ鼽c偏高（放大），則放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時輸出信號的負半周將被削底；若工作點偏低，則易產(chǎn)生截止失真，即的正半周被削頂（一般截止失真不如飽和失真明顯）。這些情況都不符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，即在放大電路的輸入端加入一定的輸入電壓，并檢查輸出電壓的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)

3、節(jié)靜態(tài)工作點的位置。還應(yīng)說明的是，上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的，應(yīng)該是相對信號的幅度而言。若輸入信號幅度很小，則即使工作點較高或較低也不一定會出現(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。若須滿足較大信號幅度的要求，則靜態(tài)工作點最好盡量靠近輸出特性曲線上交流負載線的中點，如圖Q點，使靜態(tài)大致等于電源電壓的一半。這樣可使交流信號輸入時，工作點Q沿著交流負載線向上或向下移動較大范圍，使得輸出電壓的動態(tài)范圍大致在2范圍內(nèi)變化，從而獲得較大的輸出電壓幅度，且波形上下對稱。實際工作中往往通過調(diào)節(jié)基極偏置電阻的大小，觀察輸出波形的變化。當輸入電阻逐漸放大時，若

4、要輸出波形正、負同時出現(xiàn)削波現(xiàn)象，即表明此時放大電路的靜態(tài)工作點選擇合適，此時放大電路動態(tài)范圍最大。按照圖連好電路，在輸入端引入正弦信號，用示波器觀察輸出。靜態(tài)工作點具體的調(diào)節(jié)步驟如下： 實驗現(xiàn)象無失真出現(xiàn)截止失真出現(xiàn)飽和失真兩種失真都出現(xiàn)操作方法加大輸入信號減小增大減小輸入信號據(jù)示波器上觀察到的現(xiàn)象，做出不同的調(diào)整動作，反復(fù)進行。直到輸入信號略微增大，兩種失真同時出現(xiàn)；輸入信號略微減小，兩種失真同時消失時，可以認為此時的靜態(tài)工作點正好處于交流負載線的中點。去掉輸入信號，測量，就得到了該電路的最佳靜態(tài)工作點。3. 電壓放大倍數(shù)的測量電壓放大倍數(shù)是指輸出電壓和輸入電壓之比，其值與負載有關(guān)，是衡量

5、放大電路放大能力的指標。4. 輸入電阻和輸出電阻的測量（1） 輸入電阻。輸入電阻是指從放大器輸入端看進去的等效電阻，它表明放大器對信號源的影響程度。一般采用間接法進行測量。當被測電路的輸入電阻不太高時（與毫伏級電壓表內(nèi)阻相比），采用如圖的電路進行測量。在信號源與被測放大器的輸入端之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下（保證輸出電壓不失真），用交流毫伏表測出和，根據(jù)輸入電阻的定義可得：測量時應(yīng)注意，電阻R值不宜取得過大，易引入干擾；但也不宜取得過小，否則測量誤差較大。通常取與為同一數(shù)量級比較合適，本實驗取R=12k。（2） 輸出電阻。輸出電阻是指從放大器輸出端看進去信號源的等效電阻，用來

6、描述信號輸出方式和帶負載的能力。輸出電阻也用間接法測量，原理如圖，根據(jù)戴維南定理，放大器的輸出端可以等效為一個理想的電壓源和輸出電阻相串聯(lián)。實驗中可以通過測量放大器空載時的輸出電壓和加上已知負載后的輸出電壓，根據(jù)式子測試其輸出電阻。由此可求輸出電阻（為阻值已知的電阻，一般情況下為數(shù)千歐）。5. 幅頻特性的測量放大器放大的實際信號由不同的諧波組成，只有當放大器對不同頻率信號的放大能力相同時，放大信號才能不失真。但實際上，放大器的交流放大電路含有耦合電容、旁路電容、分布電容和晶體管極間電容等電抗元件，使得放大倍數(shù)與信號的頻率有關(guān)，此關(guān)系即為放大器的頻率特性。放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)

7、與輸入信號頻率之間的關(guān)系曲線，如圖。在一個較寬的頻率范圍內(nèi)，曲線平坦，放大倍數(shù)不隨頻率而變，這一段頻率范圍稱為中頻段。在中頻段以外，隨著頻率的減小或增大，放大倍數(shù)都將下降。當放大倍數(shù)降為中頻段放大倍數(shù)的0.707時，相對應(yīng)的低頻頻率和高頻頻率分別稱為下限頻率 和上限頻率。通頻帶定義為三、實驗內(nèi)容及步驟（一）仿真分析1.靜態(tài)工作點的調(diào)整（1）用示波器同時觀察圖所示電路的輸入和輸出波形。輸入信號設(shè)為正弦波、頻率、信號電壓峰值。（2）進行仿真分析。雙擊示波器XSC1圖標，打開示波器面板，觀察放大電路的輸入、輸出信號波形。（3）逐漸增大輸入信號的幅度，使放大電路的輸出信號略有失真（飽和失真或截止失真）

8、，調(diào)節(jié)電位器，消除失真。（4）重復(fù)步驟（3），直到略微增大輸入信號幅值，輸出信號同時出現(xiàn)飽和和截止失真；再略微減小輸入信號的幅值，輸出信號的失真現(xiàn)象同時消失。此時得到的輸出信號電壓，即為最大不失真輸出電壓。2.靜態(tài)工作點測量用萬用表測量。將萬用表接入電路，單擊仿真開關(guān)，進行電路分析。此時，萬用表顯示的數(shù)值即為放大電路的靜態(tài)工作點。3.放大電路的動態(tài)指標測試（1）電壓放大倍數(shù)測量。調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點，在圖示電路中，閉合開關(guān)，調(diào)整輸入電壓，頻率。單擊仿真開關(guān)進行仿真，打開示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測出和的有效值和，根據(jù)式子計算電壓放大倍數(shù)。（2）輸

9、入電阻測量。在圖示電路中，斷開開關(guān)，閉合開關(guān)，調(diào)整輸入電壓，頻率。單擊仿真開關(guān)進行仿真，打開示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測出電阻R兩端電壓，的有效值和，根據(jù)式子計算輸入電阻。（3）輸出電阻測量。在圖示電路中，閉合開關(guān)，調(diào)整輸入電壓，頻率。單擊仿真開關(guān)進行仿真，打開示波器，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測出開關(guān)打開和閉合兩種情況下電壓，的有效值和，根據(jù)式子計算輸出電阻。（4）放大電路的幅頻特性測量。直接測量法。將波特圖儀連接在電路中。雙擊波特圖儀，設(shè)置其參數(shù)：垂直F=100MHz，I=1Hz，水平F=100dB，I=-100dB，

10、單擊仿真開關(guān)進行仿真。放大電路的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)分別如圖。（二）實驗室操作1.靜態(tài)工作點的測量（1）按照實驗原理圖連接電路，布線要整齊、均勻、便于檢查，經(jīng)檢查無誤接通12V直流電源。（2）在放大電路的輸入端加入1kHz、峰值為100mV的正弦波，將放大電路的輸出端接示波器。調(diào)節(jié)電位器，使示波器所顯示的輸出波形最大不失真。關(guān)掉函數(shù)信號發(fā)生器電源，使輸入電壓，用萬用表分別測量三極管三個級對地的電壓（，），和。并將測量結(jié)果記錄于表，與估算值進行比較。3.靜態(tài)工作點對輸出波形的影響將頻率為1kHz的正弦波信號加到放大器的輸入端、調(diào)節(jié)輸入信號幅值，使輸出波形不失真的正弦波。（1） 將電位器的阻值調(diào)為最

11、大，此時靜態(tài)電流下降，用示波器觀察輸出波形是否出現(xiàn)失真，并畫下此時的波形。若失真不夠明顯，可適當增大輸入信號幅值。（2） 將電位器的阻值調(diào)為最小，此時靜態(tài)電流增大，觀察輸出波形的變化情況，畫下此時的波形，并將相應(yīng)結(jié)果記錄于表。4. 電壓放大倍數(shù)測量（1） 打開函數(shù)信號發(fā)生器電源，輸入1kHz，峰值為100mV的正弦波信號。當輸出開路（）時，測量輸入輸出電壓輸和的有效值和的大小，并根據(jù)式子計算電壓放大倍數(shù)。（2） 放大電路輸出端接入的負載電阻，保持輸入電壓不變，測量輸出電壓，計算此時的電壓放大倍數(shù)，并分析負載對放大電路電壓放大倍數(shù)的影響。（3） 用雙蹤示波器觀察和的波形，比較兩波形之間的相位關(guān)系

12、。5. 輸入電阻和輸出電阻測量（1) 按照實驗原理圖連接電路，斷開，用示波器分別測出電阻R兩端電壓，的有效值和，根據(jù)式子計算該放大電路輸入電阻。（2) 閉合，測量負載開路（斷開）時的輸出電壓和接上2k負載（閉合）時的輸出電壓，根據(jù)式子計算該放大電路的輸出電阻。將步驟4和5的測試結(jié)果記錄整理，填入表中，并對實驗結(jié)果進行討論。6. 幅頻特性的測量（1） 打開函數(shù)信號發(fā)生器的電源，輸入1kHz，峰值為100mV的正弦波信號，輸出端接負載電阻，用示波器分別測量，的大小，計算電壓放大倍數(shù)。（2） 保持輸入信號電壓的幅度不變，分別增大和減小信號的頻率，再測量放大器的輸出電壓。當輸出電壓降到中頻值的時，對應(yīng)

13、的頻率即為放大器是上限截止頻率或下限截止頻率，計算BW。將上述測量結(jié)果記錄整理后填入表中，并對實驗結(jié)果進行討論。4、 實驗設(shè)備（1） 雙路直流穩(wěn)壓電源一臺。（2） 函數(shù)信號發(fā)生器一臺。（3） 示波器一臺。（4） 毫伏表一臺。（5） 萬用表一塊。（6） 三極管一個。（7） 電容三個。（8） 電阻六個。五、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析1. 靜態(tài)工作點的調(diào)整和測量（1）仿真電路（2）實驗得最大不失真，電位器位置為63%（3） 撤掉信號發(fā)生器，用萬用表進行測量靜態(tài)工作點（仿真）VBQVCQVEQVCEQICQ1.509V10.508V827.5mV9.681V744.294uA2.靜態(tài)工作點對輸出波形的影響（1）Rp最大（2）Rp最小ICQVCEQ放大器輸出波形波形失真類型Rp增大353.5uA10.9V正半周削頂截止失真Rp減小3.744mA48.561mV負半周削頂飽和失真3.電壓放大倍數(shù)測量（1）Vi=70.7mV Vo=978.2mV Au=13.8（2）Vi=70.7mV Vo=489.8mV Au=6.9 負載電阻太小，會使放大器輸出電流過載，放大倍數(shù)出現(xiàn)衰減