实验二 晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
1.掌握放大器静态工作点的调试方法,学会分析静态工作点对放大器性能的影响。
2.掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3.熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验仪器
1.双踪示波器
2.万用表
3.交流毫伏表
4.信号发生器
三、实验原理
1.放大器静态指标的测试
图5-5 共射极单管放大器实验电路
图5-5为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB2和RB1组成的分压电路,并在发射极中接有电阻RE,以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号Ui后,在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反,幅值被放大了的输出信号Uo,从而实现了电压放大。
在图5-5电路中,当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时(一般5~10倍),则它的静态工作点可如下估算,VCC为供电电源,此处为+12V。
电压放大倍数
输入电阻
Ri=RB1‖RB2‖rbe (2-5)
输出电阻
R0≈RC (2-6)
※放大器静态工作点的测量与调试
(1)静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点,应在输入信号Ui=0的情况下进行,即将放大器输入端与地端短接,然后选用量程合适的数字万用表,分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中,为了避免断开集电极,所以采用测量电压,然后算出IC的方法,例如,只要测出UE,即可用算出IC(也可根据
,由UC确定IC),同时也能算出。
(2)静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流IC(或UCE)调整与测试。
静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大的影响。如工作点偏高,放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时uo的负半周将被削底,如图5-6(a)所示,如工作点偏低则易产生截止失真,即uo的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显),如图5-6(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试,即在放大器的输入端加入一定的ui,检查输出电压uo的大小和波形是否满足要求。如不满足,则应调节静态工作点的位置。
改变电路参数UCC、RC、RB(RB1、RB2)都会引起静态工作点的变化,如图5-7所示,但通常多采用调节偏电阻RB2的方法来改变静态工作点,如减小RB2,则可使静态工作点提高等。
图5-6 静态工作点对Uo波形失真的影响
图5-7 电路参数对静态工作点的影响
最后还要说明的是,上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的,应该是相对信号的幅度而言,如信号幅度很小,即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切的说,产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如须满足较大信号的要求,静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
2.放大器动态指标测试
放大器动态指标测试包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。
(1)电压放大倍数AV的测量
调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压ui,在输出电压uo不失真的情况下,用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo,则
(2)输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻,按图5-8电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R,在放大器正常工作的情况下,用交流毫伏表测出US和Ui,则根据输入电阻的定义可得
测量时应注意
①测量R两端电压UR时必须分别测出US和Ui,然后按UR=US-Ui求出UR值。
②电阻R的值不宜取得过大或过小,以免产生较大的测量误差,通常取R与Ri为同一数量级为好,本实验可取R=1~2kΩ。
(3)输出电阻Ro的测量
图5-8 输入、输出电阻测量电路
按图5-8电路,在放大器正常工作条件下,测出输出端不接负载RL的输出电压Uo和接入负载后输出电压UL,根据
即可求出Ro
在测试中应注意,必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。
(4)最大不失真输出电压UOPP的测量(最大动态范围)
如上所述,为了得到最大动态范围,应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下,逐步增大输入信号的幅度,并同时调节RW(改变静态工作点),用示波器观察uo,当输出波形同时出现削底和缩顶现象(见图5-9)时,说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号,使波形输出幅度最大,且无明显失真时,用交流毫伏表测出Uo(有效值),则动态范围等于或用示波器直接读出UOPP来。
(5)放大器频率特性的测量
放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV与输入信号频率f之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图5-10所示:
图5-9 静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
图5-10 幅频特性曲线
AVm为中频电压放大倍数,通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的倍,即0.707AVm所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH,则通频带
fBW=fH-fL (2-11)
放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV。为此可采用前述测AV的方法,每改变一个信号频率,测量其相应的电压放大倍数,测量时要注意取点要恰当,在低频段与高频段要多测几点,在中频可以少测几点。此外,在改变频率时,要保持输入信号的幅度不变,且输出波形不能失真。
四、实验内容
1.连线
在实验箱的晶体管系列模块中,按图5-5所示连接电路,最后连接电源部分的+12V。
2.测量静态工作点
静态工作点测量条件:输入接地即使Ui=0。
Ui=0,打开直流开关,调节RW,使IC=2.0mA(即UE=2.4V),用万用表测量UB、UE、UC、RB2值,记入表5-1。
表5-1 IC=2.0mA
3.测量电压放大倍数
调节一个频率为1kHz、峰峰值为50mV的正弦波作为输入信号Ui。同时用双踪示波器观察放大器输入电压Ui和输出电压Uo的波形,在Uo波形不失真的条件下用毫伏表测量,并用双踪示波器观察Uo和Ui的相位关系,记入表5-2。
表5-2 IC=2.0mA Ui= mV(有效值)
注意:由于晶体管元件参数的分散性,定量分析时所给Ui为50mV不一定适合,具体情况需要根据实际给适当的Ui值,以后不再说明。由于Uo所测的值为有效值,故峰峰值Ui需要转化为有效值或用毫伏表测得的Ui来计算AV值。切记万用表、毫伏表测量都是有效值,而示波器观察的都是峰峰值。
4.观察静态工作点对电压放大倍数的影响
在步骤3的RC=2.4kΩ,RL=∞连线条件下,调节一个频率为1kHz、峰峰值为50mV的正弦波作为输入信号Ui连到放大电路。调节RW,用示波器监视输出电压波形,在uo不失真的条件下,测量数组IC和Uo的值,记入表5-3。测量IC时,要使Ui=0。
表5-3 RC=2.4kΩ RL=∞
5.观察静态工作点对输出波形失真的影响
在步骤3的RC=2.4kΩ,RL=∞连线条件下,使ui=0,调节RW,使IC=2.0mA(参见本实验步骤2),测出UCE值。调节一个频率为1kHz、峰峰值为50mV的正弦波作为输入信号Ui连到放大电路,再逐步加大输入信号,使输出电压Uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变,分别增大和减小RW,使波形出现失真,绘出Uo的波形,并测出失真情况下的IC和UCE值,记入表5-4中。每次测IC和UCE值时要使输入信号为零(即使ui=0)。
表5-4 RC=2.4kΩ RL=∞
6.测量最大不失真输出电压
在步骤3的RC=2.4kΩ,RL=2.4kΩ连线条件下,同时调节输入信号的幅度和电位器RW,用示波器和毫伏表测量UOPP及Uo值,记入表5-5。
表5-5 RC=2.4kΩ RL=2.4kΩ
7.*测量输入电阻和输出电阻
如图5-8所示,取R=2K,置RC=2.4kΩ,RL=2.4kΩ,IC=2.0mA。输入f=1kHz、峰峰值为50mV的正弦信号,在输出电压uo不失真的情况下,用毫伏表测出US,Ui和UL,用公式(2-8)算出Ri。
保持US不变,断开RL,测量输出电压Uo,参见公式(2-10)算出Ro。
8.*测量幅频特性曲线
取IC=2.0mA,RC=2.4kΩ,RL=2.4kΩ。保持上步输入信号ui不变,改变信号源频率f,逐点测出相应的输出电压Uo,自作表记录之。为了频率f取值合适,可先粗测一下,找出中频范围,然后再仔细读数。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。