模拟实验三---三极管以及放大电路实验--2014

1模拟实验三三极管及其放大电路实验的参考资料请根据给的资料书写自己的预习报告，完成电路的预设方案、测量值的理论计算部分。本次主要实验内容之一是：射极偏置CE电路的测量，包括：CS9013的β值测量，电压放大倍数的测量（区分有无Ce两种情况），输入、输出电阻，失真的记录（要求记录当时对应的Q的参数值），幅频特性的测试fH。本次主要内容之二是：积分电路、微分电路的实验，参看实验二的要求。以下是参考资料：一．实验目的1．对晶体三极管(3DG6、CS9013)、场效应管（3DJ6G）进行实物识别，了解它们的命名方法和主要技术指标。2．学习用数字万用表、模拟万用表对三极管的三极区分以及β值进行测试的方法。3．三极管(如:CS9013)的β值的测试。4．研究静态工作点对放大电路动态性能的影响。5．学习放大电路动态参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压）的测量方法。6.调节射极偏置CE电路相关参数，用示波器观测输出波形，对饱和失真和截止失真的情况进行研究。7．用Multisim软件完成对射极偏置CE电路性能的分析，学习放大电路静态工作点的测试及调整方法，观察测定电路参数变化对放大电路的静态工作点、电压放大倍数及输出电压波形的影响。二．知识要点1．半导体三极管半导体三极管是组成放大电路的核心器件，是集成电路的组成元件，在电路中主要用于电流放大、开关控制或与其他元器件组成特殊电路等。半导体三极管的种类较多，按制造材料不同有硅管、锗管、砷化镓管、磷化镓管等；按极性不同有NPN型和PNP型；按工作频率不同有低频管、高频管及超高频管等；按用途不同有普通管、高频管、开关管、复合管等。其功耗大于1W的属于大功率管，小于1W的属于小功率管。半导体三极管的参数主要有电流放大倍数β、极间反向电流ICEO、极限参数（如最高工作电压VCEM、集电极最大工作电流ICM、最高结温TjM、集电极最大功耗PCM）以及频率特性参数等。有关三极管命名、类型以及参数等可查阅相关器件手册。下面给出几种常用三极管的参数举例如表3-01所示：表3-01几种常用三极管的参数参数PCM(mW）ICM(mA)VBRCBO(V)ICBO(μAhFEfT(MHz)极性CS9013H400500250.5144150NPNCS9012H600500250.5144150PNP参数VP(V)IDSSgm(mA/V)PDM(mW)rGS（Ω）fM3DJ6G-93~6.5110010830N沟道22．半导体三极管的识别与检测(1)三极管的电极和类型判别1)直观辨识法。半导体三极管有基极(B)、集电极(C)和发射极(E)三个电极，如图3-11所示，常用三极管电极排列有E-B-C、B-C-E、C-B-E、E-C-B等多种形式。2)特征辨识法。如图3-01所示，有些三极管用结构特征标识来表示某一电极。如高频小功率管3DGl2、3DG6的外壳有一小凸起标识，该凸起标识旁引脚为发射极；金属封装低频大功率管3DD301、3AD6C的外壳为集电极等。(2)硅管、锗管的判别根据硅材料PN结正向电阻较锗材料大的特点，可用万用表欧姆R×1kΩ档测定，若测得PN结正向阻值约为3～l0kΩ，则为硅材料管；图3-1三极管结构特征标识极性若测得正向阻值约为50～1kΩ，则为锗材料管。或测量发射结(集电结)反向电阻值，若测得反向阻值约为500kΩ，则为硅材料管；若测得反向阻值约为100kΩ，则为锗材料管。3．放大电路的动态指标测试放大电路的主要指标有电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro,以及最大不失真输出电压VO(max)、频率特性等。在进行动态测试时，各电子仪器与被测电路的连接如图3-2所示。实验电路则如后面的图3-18所示。图3-2实验电路与各测试仪器的连接提示：为防止干扰，各仪器的公共接地端与被测电路的公共接地端应连在一起。同时，信号源、毫伏表和示波器的信号线通常都采用屏蔽线，而直流电源VCC的正、负电源线可只需普通导线即可。(1)电压放大倍数Av的测量输入信号选用1KHz、约5mV的正弦交流信号，用示波器观察放大电路输出电压VO的波形，在输出信号没有明显失真的情况下，用毫伏表测得VO和VI，于是可得VIVOAV。(2)最大不失真输出电压的测量放大电路的线性工作范围与三极管的静态工作点位置有关。当ICQ偏小时，放大电路容易产生截止失真；而ICQ偏大时，则容易产生饱和失真。需要指出的是，当ICQ增大时，VO波形的饱和失真比较明显，波形下端出现“削底”，如图3-3a所示。而当ICQ（a）（b）（c）减小时，VO波形将出现截止失真，如图3-3所图3-3静态工作点对输出电压Vo波形的影响示，波形上端出现“削顶”。(a)VO易出现饱和失真(b)VO易出现截止失真3当放大电路的静态工作点调整在三极管线性工作范围的(c)VO波形上下半周同时出现失真中心位置时，若输入信号VI过大，VO的波形也会出现失真，上下同时出现“削顶”和“削顶”失真，如图3-3(c)所示。此时，用毫伏表测出VO的幅度，即为放大电路的最大不失真输出电压Vo（max）。(3)输入电阻Ri的测量输入电阻的测量电路如图3-4所示。图3-4测量输入电阻的电路图3-5测量输出电阻的电路放大电路的输入电阻：iiiIVR在放大电路的输入端串联一只阻值已知的电阻RS（可取510Ω），见图3-4所示，通过毫伏表分别测出RS两端对地电压，求得RS上的压降(Vs-Vi)，则：SiSiRVVI/)(所以有SiSiSiSiiiiRVVVRVVVIVR通过测量VS和Vi来间接地求出RS上的压降，是因为RS两端没有电路的公共接地点。若用一端接地的毫伏表测量，会引入干扰信号，以致造成测量误差。(4)输出电阻的测量放大电路的输出端可看成有源二端网络。如图3-5所示。用毫伏表测出不接RL时的空载电压Vo’和接负载RL后的输出电压Vo，即可间接地推算RO的大小：LooLooooRVVRVVVR1'/'。(5)放大电路频率特性的测量方法放大电路频率特性是指放大电路的电压放大倍数Av，与输入信号频率之间的关系。Av随输入信号频率变化下降到0.707Av。时所对应的频率定义为下限频率Lf和上限频率Hf，通频带为LHBWfff。上、下限频率可用以下方法测量：先调节输入信号Vi使Vi频率为1kHz；调节Vi幅度，使输出电压Vo幅度为1V。保持Vi幅度不变，增大信号Vi的频率，Vo幅度随着下降，当Vo下降到0.707V时，对应的信号额率为上限频率Hf；保持Vi幅度不变，降低Vi频率，同样使Vo幅度下降到0.707V时，对应的信号频率为下限频率Lf。(6截止失真、饱和失真两种失真现象的实验方法测量电路如图3-18所示，选择合适ICQ，在RL=∞情况下，增大输入信号，使输出电压保持没有失真，然后调节电位器Rb2阻值，改变电路的静态工作点，使电路分别产生较为明显的截止失真与饱和失真，测出产生失真后相应的集电极静态电流。做好相应的实验记录。三．实验内容1．查阅手册并测试晶体三极管(CS9013)的参数，记录所查和所测数据。42．用晶体三极管3DG100D或CS9013组成如图3-6所示射极偏置共射极放大电路，通过改变电位器R2，使得VCE为4V，测量此时VCEQ、VBEQ、Rb的值，计算放大电路的静态工作点Q对应的三个参数值。3．在下列两种情况下，测量放大电路的电压放大倍数和最大Av不失真输出电压VOMAX。(1)RL=R4=∞（开路）②RL=R4=5.1kΩ。建议：最初使用1KHz、10mV的正弦信号作为输入信号进行测试；然后改变输入信号的幅值，使用双踪显示方式同时显示VI与VO，进行监视，尽量选择较大幅度的正弦信号作为放大器的VI，在保证VO波形不失真的条件下进行测量。（若VO波形失真，所测动态参数就毫无意义）。图3-6射极偏置CE电路表3-09静态数据记录表实测值实测计算值VCE（V）VBE（V）Rb（KΩ）VCEQ（V）IBQ（μA）ICQ（mA）表3-10测AV的记录表实测值理论估算值实测计算值Vi（mV）Vo（mV）AVAV4．观察饱和失真和截止失真，并测出相应的集电极静态电流。5．测量放大电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro。6．测输出电压的最大不失真幅值；并对加入与不加入射极旁路电容两种情况进行动态性能的研究。*7．按照图3-10设计BJT的β测试电路，确定电路中所有元器件和输入电压的参数值，并对测试结果进行比较和误差分析。图3-10BJT的β值测试电路图*7．测量图3-18放大电路带负载时的上限频率Hf和下限频率Lf。四．思考题1．Rb为什么要由一个电位器和一个固定电阻串联组成？2．电解电容两端的静态电压方向与它的极性应该有何关系？3．如果仪器和实验线路不共地会出现什么情况？通过实验说明。5五．实验报告1．按照实验准备的要求完成设计作业一份，并估算放大电路的性能指标。2．记录实验中测得的有关静态工作点和电路的Au、Vo(max)、Ri和Ro的数据。3．认真记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出输入、输出对应的波形图。4．对测试结果进行理论分析，找出产生误差的原因。5．详细记录组装、调试过程中发生的故障或问题，进行故障分析，并说明排除故障的过程和方法。6．写出对本次实验的心得体会，以及改进实验方法的建议。提示：1．组装电路时，不要弯曲三极管的三个电极，应当将它们垂直地插入面包板孔内。2．先分别组装好电路，经检查无误后，再打开电源开关。3．测试静态工作点时，应关闭信号源。4．本实验接点多，元器件多，组装时一定要确保接触良好，否则，会因接触不良，出现错误或造成电路故障。