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單級(jí)放大電路實(shí)驗(yàn)--模擬電路實(shí)驗(yàn)箱

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、熟悉電子元器件和模擬電路實(shí)驗(yàn)箱。
2、掌握放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法及其對(duì)放大器性能的影響。
3、學(xué)習(xí)測(cè)量放大器Q點(diǎn)，A_V，，的方法，了解共射極電路特性。
4、學(xué)習(xí)放大器的動(dòng)態(tài)性能。
二、實(shí)驗(yàn)原理
圖2－1為電阻分壓式單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖。它的偏置電路采用R_B1和R_B2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻R_E，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)u_i后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與u_i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。

圖2－1 共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路
在圖2－1電路中，當(dāng)流過偏置電阻R_B1和R_B2 的電流遠(yuǎn)大于晶體管T的基極電流I_B時(shí)（一般5～10倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算

電壓放大倍數(shù)

輸入電阻 R_i＝ R_B1// R_B2// r_be
輸出電阻 R_O≈ R_C
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)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，及放大器各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量與調(diào)試等。
1、放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試
(1)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)u_i＝0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I_C以及各電極對(duì)地的電位U_B、U_C和U_E。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U_E或U_C，然后算出I_C的方法，例如，只要測(cè)出U_E，即可用
算出I_C（也可根據(jù) ，由U_C確定I_C），
同時(shí)也能算出，。
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。
　(2)　靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試
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I_C（或U_CE）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)u_O的負(fù)半周將被削底，如圖2－2(a)所示；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)生截止失真，即u_O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u_i，檢查輸出電壓u_O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2－2 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)u_O波形失真的影響

改變電路參數(shù)U_CC、R_C、R_B（R_B1、R_B2）都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，如圖2－3所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻R_B2的方法來改變靜態(tài)工作點(diǎn)，如減小R_B2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。

圖2－3 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)。
2、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。
(1)電壓放大倍數(shù)A_V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u_i，在輸出電壓u_O不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出u_i和u_o的有效值U_i和U_O，則
(2)輸入電阻R_i的測(cè)量
為了測(cè)量放大器的輸入電阻，按圖2－4 電路在被測(cè)放大器的輸入端與信號(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U_S和U_i，則根據(jù)輸入電阻的定義可得

圖2－4 輸入、輸出電阻測(cè)量電路
測(cè)量時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn):
① 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 U_R時(shí)必須分別測(cè)出U_S和U_i，然后按求出U_R值。
② 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R_i為同一數(shù)量級(jí)為好，本實(shí)驗(yàn)可取R＝1～2KΩ。
(3)輸出電阻R₀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 R_L的輸出電壓U_O和接入負(fù)載后的輸出電壓U_L，根據(jù)

即可求出

在測(cè)試中應(yīng)注意，必須保持R_L接入前后輸入信號(hào)的大小不變。
(4)最大不失真輸出電壓U_OPP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)R_W（改變靜態(tài)工作點(diǎn)），用示波器觀察u_O，當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖2－5）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U_O（有效值），則動(dòng)態(tài)范圍等于?；蛴檬静ㄆ髦苯幼x出U_OPP來。

圖 2－5 靜態(tài)工作點(diǎn)正常，輸入信號(hào)太大引起的失真
(5)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)A_U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2－6所示，A_um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0.707A_um所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率f_L和上限頻率f_H，則通頻帶。
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)A_u_。為此，可采用前述測(cè)A_u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)，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。


圖 2－6 幅頻特性曲線

3DG 9011(NPN)
3CG 9012(PNP)
9013(NPN)
圖2－7晶體三極管管腳排列
三、實(shí)驗(yàn)儀器
1、雙蹤示波器                     2、函數(shù)發(fā)生器
3、數(shù)字萬用表                      4、頻率計(jì)
5、交流毫伏表                      6、直流毫伏表
7、分立元件放大電路模塊
四、預(yù)習(xí)要求
1、三極管及單管放大器工作原理。
2、放大器動(dòng)態(tài)及靜態(tài)測(cè)量方法。
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟
1、實(shí)驗(yàn)電路：圖2－1共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路
（1）用萬用表判斷實(shí)驗(yàn)箱上三極管1V1的極性和好壞，電解電容C的極性和好壞。
（2）按圖2-1所示，連接電路(注意：接線前先測(cè)量+l2V電源，關(guān)斷電源后再連線)，將Rp的阻值調(diào)到最大位置。
（3）接線完畢仔細(xì)檢查,確定無誤后接通電源。改變Rp記錄I_C分別為0.5mA、1mA、1.5 mA時(shí)三極管1V1的β值(注意：I_b的測(cè)量和計(jì)算方法)。
2、靜態(tài)調(diào)整
調(diào)整R_P，使V_E=2.2V，計(jì)算并填入表2-1。
表2-1

測(cè)量值計(jì)算值

V_BE（V） V_CE（V） R_b（KΩ） I_B（μA） I_C（mA）

3、動(dòng)態(tài)研究
(1) 將函數(shù)發(fā)生器調(diào)到f=1KHz，幅值為3mV，接到放大器輸入端U_i，觀察U_i和U_O端波形，并比較相位。
(2) 信號(hào)源頻率不變，逐漸加大信號(hào)幅度，觀察U_O不失真時(shí)的最大值，并填入表2-2
表2-2             RL=∝

測(cè)量值計(jì)算值估計(jì)值

U_i（mV） U_O（V） A_V A_V

(3) 保恃U_i=5mV不變，放大器接入負(fù)載R_L，在改變R_C數(shù)值的情況下測(cè)量，并將計(jì)算結(jié)果填入表2-3
表2-3

給定參數(shù) 測(cè)量值計(jì)算值估算值

R_C R_L U_i（mV） U_O（V） A_V A_V

2K 5K1

2K 2K2

5K1 5K1

5K1 2K2

(4) 保持U_i=5mV不變，增大和減小R_P，觀察U_O波形變化，測(cè)量并填入表2-4
表2-4

R_P值 U_B U_C U_E 輸出波形情況

最大

合適

最小

注意：若失真觀察不明顯可增大或減小U_i幅值重測(cè)。
4、測(cè)放大器輸入，輸出電阻。參照圖2－4 輸入、輸出電阻測(cè)量電路
(1) 輸入電阻測(cè)量
在輸入端串接一個(gè)電阻R=5K1，測(cè)量U_S與U_i，即可計(jì)算r_i。
(2) 輸出電阻測(cè)量
在輸出端接入可調(diào)電阻作為負(fù)載，選擇合適的R_L值使放大器輸出不失真(接示波器監(jiān)視)，測(cè)量有負(fù)載和空載時(shí)的U_O，即可計(jì)算r_O。
將上述測(cè)量及計(jì)算結(jié)果填入表2-5中。
表2-5

測(cè)輸入電阻 R=5K1 測(cè)輸出電阻

測(cè)量值計(jì)算值估算值測(cè)量值計(jì)算值估算值

U_S U_i r_i R_i U_O
R_L=∝ U_O
R_L=

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1、列表整理測(cè)量結(jié)果，并把實(shí)測(cè)的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計(jì)算值比較（取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較），分析產(chǎn)生誤差原因。
2、總結(jié)R_C，R_L及靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)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(diǎn)變化對(duì)放大器輸出波形的影響。
4、分析討論在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。

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測(cè)量值			計(jì)算值
V_BE（V）	V_CE（V）	R_b（KΩ）	I_B（μA）	I_C（mA）

測(cè)量值		計(jì)算值	估計(jì)值
U_i（mV）	U_O（V）	A_V	A_V

給定參數(shù)		測(cè)量值		計(jì)算值	估算值
R_C	R_L	U_i（mV）	U_O（V）	A_V	A_V
2K	5K1
2K	2K2
5K1	5K1
5K1	2K2

測(cè)輸入電阻 R=5K1				測(cè)輸出電阻
測(cè)量值		計(jì)算值	估算值	測(cè)量值		計(jì)算值	估算值
U_S	U_i	r_i	R_i	U_O R_L=∝	U_O R_L=

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