晶體管共射極單管放大器

1、晶體管共射極單管放大器 湖南工業(yè)大學(xué)湖南工業(yè)大學(xué)戴圣偉戴圣偉v 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)會(huì)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)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(cè) 試方法。 3、 熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。v 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 圖21為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號(hào)Ui后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與Ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào)U0，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。

2、圖21 共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路 在圖21電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2 的電流遠(yuǎn)大于晶體管T 的 基極電流IB時(shí)（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算 CCB2B1B1BURRRUCEBEBEIRUUIUCEUCCIC（RCRE） 電壓放大倍數(shù) beLCVrRRA / 輸入電阻 RiRB1 / RB2 / rbe 輸出電阻 RORC 由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計(jì)和制作晶體管放大電路時(shí)，離不開測(cè)量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計(jì)前應(yīng)測(cè)量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計(jì)和裝配以后，還必須測(cè)量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計(jì)

3、與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法外，還必須掌握必要的測(cè)量和調(diào)試技術(shù)。 放大器的測(cè)量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量與調(diào)試等。v 1 1、放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試、放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試v 1)1)靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量測(cè)量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)ui0的情況下進(jìn)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(cè)量晶體管的集電極電流IC以及各電極對(duì)地的電位UB、UC和UE。一般實(shí)驗(yàn)中，為了避免斷開集電極，所以采用測(cè)量電壓UE或UC，然后算出IC的方

4、法，例如，只要測(cè)出UE，即可用 算出IC（也可根據(jù) ，由UC確定IC），同時(shí)也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高測(cè)量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。EEECRUIICCCCCRUUIv 2)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試v 放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測(cè)試。 靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)uO的負(fù)半周將被削底，如圖22(a)所示；如工作點(diǎn)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22(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(diǎn)以后還必須進(jìn)行動(dòng)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(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。 (a) (b) 圖22 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)uO波形失真的影響v 改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，如圖23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(diǎn)，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。 圖23 電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 最后還要說明的是，上面所說的工作點(diǎn)“偏高”或“偏低”不是絕對(duì)的，應(yīng)該是相對(duì)信號(hào)的幅度而言，如輸入信號(hào)幅度很小，即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定會(huì)出

6、現(xiàn)失真。所以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號(hào)幅度與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿足較大信號(hào)幅度的要求，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。 v 2 2、放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試、放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試 放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)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(dòng)態(tài)范圍）和通頻帶等。v 1) 1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)AVAV的測(cè)量的測(cè)量 調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，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(cè)出ui和uo的有效值Ui和UO，則v 2) 2) 輸入電阻輸入電阻RiRi的測(cè)量的測(cè)量 為了測(cè)量放大器的輸入電阻，按圖24 電路在被測(cè)放大器的輸入端

7、與信 號(hào)源之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下， 用交流毫伏表 測(cè)出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得 i0VUUARUUURUUIURiSiRiiii 測(cè)量時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn): 由于電阻R兩端沒有電路公共接地點(diǎn)，所以測(cè)量R兩端電壓 UR時(shí) 必須分別測(cè)出US和Ui，然后按URUSUi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(cè)量誤差，通 常取R與Ri為同一數(shù)量級(jí)為好，本實(shí)驗(yàn)可取R12K。v 3)輸出電阻輸出電阻R0的測(cè)量的測(cè)量 按圖2-4電路，在放大器正常工作條件下，測(cè)出輸出端不接負(fù)載 RL的 輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL， 根據(jù) 即可求出 在測(cè)試中應(yīng)注意，

8、必須保持RL接入前后輸入信號(hào)的大小不變。圖24 輸入、輸出電阻測(cè)量電路 OLOLLURRRULLOO1)RUU(Rv 4)最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓UOPP的測(cè)量（最大動(dòng)態(tài)范圍）的測(cè)量（最大動(dòng)態(tài)范圍） 如上所述，為了得到最大動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，并同時(shí)調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點(diǎn)），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖25）時(shí)，說明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號(hào)，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時(shí)，用交流毫伏表測(cè)出UO（有效值），則動(dòng)態(tài)范圍等于 ?；蛴檬静ㄆ髦苯幼x出UO

9、PP來。 0U22圖 25 靜態(tài)工作點(diǎn)正常，輸入信號(hào)太大引起的失真 v 5)放大器幅頻特性的測(cè)量放大器幅頻特性的測(cè)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(hào)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26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 倍，即0.707Aum所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBWfHfL 放大器的幅率特性就是測(cè)量不同頻率信號(hào)時(shí)的電壓放大倍數(shù)AU。為此，可采用前述測(cè)AU的方法，每改變一個(gè)信號(hào)頻率，測(cè)量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意取點(diǎn)要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)

10、，在中頻段可以少測(cè)幾點(diǎn)。此外，在改變頻率時(shí)，要保持輸入信號(hào)的幅度不變，且輸出波形不得失真。v 6)干擾和自激振蕩的消除干擾和自激振蕩的消除 參考實(shí)驗(yàn)附錄2/ 1圖 26 幅頻特性曲線 3DG 9011(NPN) 3CG 9012(PNP) 9013(NPN)圖27晶體三極管管腳排列 v 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 1、THM-3型模擬電路實(shí)驗(yàn)箱 2、雙蹤示波器 3、交流毫伏表 4、直流電壓表 5、直流毫安表 6、萬用電表 7、單管/負(fù)反饋兩級(jí)放大電路固定線路板v 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 將單管/負(fù)反饋兩極放大器固定線路板插入THM-3實(shí)驗(yàn)箱四個(gè)綠色固定插孔中，按實(shí)驗(yàn)電路圖21接線。

11、各電子儀器可按實(shí)驗(yàn)一中圖11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(shí)信號(hào)源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)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)應(yīng)接在公共接地端上。v 1 1、調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)、調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn) 接通直流電源前，先將單管/負(fù)反饋兩級(jí)放大器RW1電位器調(diào)至最大，接入電流表， 并將THM-3實(shí)驗(yàn)箱上函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至零（暫不接入信號(hào)源）。將實(shí)驗(yàn)箱直流穩(wěn)壓電源12V用鎖緊線對(duì)應(yīng)接入固定線路板+12V電源插孔中，調(diào)節(jié)RW1，使IC2.0mA（即UE2.0V）， 用直流電壓表測(cè)量UB、UE、UC及用萬用電表測(cè)量RB2值。記入表21。 表2-1 IC2

12、mA測(cè) 量 值計(jì) 算 值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（K）UBE（V）UCE（V）IC（mA）v 2 2、測(cè)量電壓放大倍數(shù)、測(cè)量電壓放大倍數(shù) 調(diào)節(jié)THM-3實(shí)驗(yàn)箱上函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，在放大器輸入端加入頻率為1KHz的正弦信號(hào)uS，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓Ui10mV，同時(shí)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(cè)量下述三種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表22。 表22 Ic2.0mA Ui mVRC（K）RL(K)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.41.22.42.4v 3、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍

13、數(shù)的影響、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響 置RC2.4K，RL，Ui適量，調(diào)節(jié)RW，用示波器監(jiān)視輸出電壓波形， 在uO不失真的條件下，測(cè)量數(shù)組IC和UO值，記入表23。 表23RC2.4K RL UimV IC(mA)2.0UO(V)AV測(cè)量IC時(shí)，要先將信號(hào)源輸出旋鈕旋至零（即使Ui0）。 v 4 4、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響 置RC2.4K，RL2.4K， ui0，調(diào)節(jié)RW1使IC2.0mA，測(cè)出UCE值，再逐步加大輸入信號(hào)，使輸出電壓u0 足夠大但不失真。 然后保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減小RW，使波形出現(xiàn)失真，繪出u0的波形，并測(cè)出失

14、真情況下的IC和UCE值，記入表24中。每次測(cè)IC和UCE 值時(shí)都要將信號(hào)源的輸出旋鈕旋至零。 表24 RC2.4K RL UimVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.0v 5 5、測(cè)量最大不失真輸出電壓、測(cè)量最大不失真輸出電壓 置RC2.4K，RL2.4K，按照實(shí)驗(yàn)原理2.4)中所述方法，同時(shí)調(diào)節(jié)輸入信 號(hào)的幅度和電位器RW，用示波器和交流毫伏表測(cè)量UOPP及UO值，記入表25。 表表2 25 R5 RC2.4K R2.4K RL2.4K2.4KIC(mA) Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)v *6、測(cè)量輸入電阻和輸出電阻、測(cè)量輸入電阻和輸出電阻 置RC2.4K，RL2.4K，IC2.0mA。輸入f1KHz的正弦信號(hào)，在輸 出電壓uo不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出US，Ui和UL記入表2-6。 保持US不變，斷開RL，測(cè)量輸出電壓Uo，記入表2-6。 表2-6 Ic2mA Rc2.4K RL2.4K US(mv)Ui(mv)Ri（K）UL（V）UO（V）R0（K）測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值v * *7 7、測(cè)量幅頻特性曲線、測(cè)量幅頻特性曲線 取IC2.0mA，RC2.4K，RL2.4K。 保持輸入信號(hào)ui的幅度不變，改變信號(hào)源頻率f，逐點(diǎn)測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓UO，記入表27。 表27 Ui mV fl fo fn f（KHz）UO（V）AV