功放怎样测量静态电压

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1－2－1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。

图1－2－1 共射极单管放大器实验电路

在图1－2－1所示电路中，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用下式估算，VCC为供电电源，此为+12V。

电压放大倍数

输入电阻

输出电阻

※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)。

(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)的调整与测试。

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1－2－2 (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1－2－2(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。

图1－2－2 静态工作点对UO波形失真的影响

改变电路参数VCC，RC，RB(RB1，RB2)都会引起静态工作点的变化，如图1－2－3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。

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。

图1－2－3 电路参数对静态工作点的影响

2．放大器动态指标的测试

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1－2－4所示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

按图1－2－4所示电路，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。

图1－2－4 输入、输出电阻测量电路

(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(如图1－2－5)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 ■22UO。或用示波器直接读出UOPP来。

图1－2－5 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

(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1－2－6所示。

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，即0．707AVm所对应的频率分别称为下限频率f L和上限频率f H，则通频带

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。

图1－2－6 幅频特性曲线

四、实验内容

1．测量静态工作点

(1)关闭系统电源。用信号连接导线连接成如图1－2－1所示的电路。

(2)将DTP1接到GND，使输入信号Ui为0。

(3)打开系统电源。

(4)调节RW，使IC=2．0m A(即UE=2V)，用万用表测量UB、UE、UC、RB2值。记入表1－2－1。

表1－2－1 测量静态工作点数据记录表

2．测量电压放大倍数

(1)关闭系统电源。

(2)断开DTP1和GND之间的连线，连接集成函数信号发生器模块的OUT和DTP1。

(3)调节信号源使其输出一个频率为1k Hz、峰－峰值为50m V的正弦波作为输入信号Ui。(信号源的使用方法见实验一)

(4)同时用双踪示波器观察放大器输入电压Ui(DTP1处)和输出电压UO(DTP31处)的波形，在UO波形不失真的条件下(若信号失真可适当调节输入信号的幅度)用毫伏表测量Ui和UO，记录结果。

(5)关闭系统电源。拆除RL和C2间的连线。

(6)打开系统电源。用毫伏表测量UO。将两次测量的结果填入表1－2－2。

表1－2－2 测量电压放大倍数数据记录表

注: 若无交流毫伏表，可用示波器测量信号的峰－峰值。

3．观察静态工作点对电压放大倍数的影响

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1－2－3。

注意: 测量IC时，要使Ui=0(断开输入信号Ui，DTP5接地)。

表1－2－3 观察静态工作点对电压放大倍数的影响数据记录表

4．观察静态工作点对输出波形失真的影响

调节RW，使IC=2．0m A(即UE=2V)。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1－2－4中。

注意: 每次测IC和UCE值时要使输入信号为零(即使ui=0)。

表1－2－4 观察静态工作点对输出波形失真的影响数据记录表

5．测量最大不失真输出电压

(1)关闭系统电源。连接DTP25－DTP39。

(2)打开系统电源。用示波器观测UO(DTP31)。逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW(改变静态工作点)，当输出波形刚好同时出现削底和缩顶现象(如图1－2－5)时RW已经调好。

(3)再调节输入信号的波形使输出信号最大且不失真，用示波器和毫伏表测量UOPP及UO值，记入表1－2－5。

表1－2－5 测量最大不失真输出电压数据记录表

注: 若无交流毫伏表，可用示波器测量信号的峰－峰值。

6．测量输入电阻和输出电阻(选做)

如图1－2－4所示，取R=2kΩ，置RC=2．4kΩ，RL=2．4kΩ，IC=2．0m A。输入f=1k Hz、峰－峰值为50m V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(1－2－8)算出Ri。

7．测量幅频特性曲线(选做)

取IC=2．0m A，RC=2．4kΩ，RL=2．4kΩ。从信号发生器输入信号Ui，改变信号频率f，逐点测出相应的输出电压UO，自作表记录之。为使频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。