实验三晶体管共射极单管放大器

实验二晶体管共射极单管放大器预习部分一、实验目的⒈学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。⒉掌握放大器主要性能指标及其测试方法。⒊熟悉示波器、函数发生器、交流毫伏表、直流稳压电源及模拟实验箱的使用。二、实验原理1．静态工作点对放大器性能的影响及调试1)静态工作点当放大电路未加输入信号（ui=0）时，在直流电源作用下，晶体管基极和集电极回路的直流电流和电压用IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ表示，它们在晶体管输入和输出特性上各自对应一个点，称为静态工作点。放大器静态工作点Q的位置对放大器的性能和输出波形有很大影响。以NPN型三极管为例，如工作点偏高（如图2-2-1中的Q1点），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；如工作点偏低（如图2-2-1中的Q2点）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）。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。uCEiBibibictttttuceuceQ1Q2Otic交流负载线图2-2-1静态工作点不合适产生波形失真最后还要说明的是．．．．: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。所以确切地说，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。若要获得最大的不失真输出电压，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点，如图2-2-2中的Q点。交流负载线QUCCuCEiCICQUCEQ直流负载线UoppO图2-2-2具有最大动态范围的静态工作点+UCC+12VRB220kRB1100k20kRPC110RS10kRE1k100RE1RE2CE50C210μFμFμFsUiUoU图2-2-3共射极单管放大器2)静态工作点的调试和测量方法静态工作点由偏置电路设置。放大电路常用的偏置电路有固定和分压式偏置电路。固定偏置电路仅由一个基极电阻构成，要求电阻在兆欧数量级上，Q点易受晶体管参数变化和基极电阻值误差的影响。图2-2-3所示是分压式偏置的共射极放大电路。偏置电路由两个千欧数量级的基极电阻RB1和RB2构成，并添加射极电阻，也称射极偏置。它具有自动调节静态工作点的能力，当环境温度变化或更换晶体管时Q点基本不变。改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，但通常多采用调节上偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点。例如在图2-2-3所示电路中减小RB2，则可使静态工作点提高等。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。选用量程合适的直流电压表，分别测量晶体管各电极对地的电位UB、UC和UE。静态工作点为：UBEQ＝UB－UEUCEQ＝UC－UEICQ≈IEQ＝UE/RE。上述测量中IC采用了间接测量法，是测量中常用的方法。若集电极电路可以断开，也可串入电流表直接测量ICQ。IBQ为微安级，通常不测。2．放大器主要动态指标测试放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）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Av＝Uo/Ui2)输入电阻Ri的测量为了测量放大器的输入电阻，按图2-2-3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RS，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siSisRiiiiRUUURUUIUR测量时应注意①由于电阻RS两端没有接地点，而交流毫伏表通常是测量对地交流电压，所以测量RS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Rs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RS与Ri为同一数量级。图2-2-4输入、输出电阻测量电路3)输出电阻Ro的测量按图2-2-4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和接入负载后的输出电压UL，根据OLOLLURRRU,即可求出RO。LLOORUUR)1(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Uop-p的测量（最大动态范围）根据图2-2-2，放大器的最大动态范围即最大不失真输出电压的峰-峰值Uop-p。为了测量最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器输出波形不失真的情况下，逐步增大输入信号的幅度，用示波器观察UO。当出现单向失真时则调节RP（改变静态工作点）使失真消失；当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，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，用交流毫伏表测出Uo（有效值），则Uop-p=OU22。或用示波器直接读出输出电压的峰-峰值Uop-p。三、预习要求1．复习分压式偏置的单管共射极放大器工作原理、静态工作点的估算和主要动态指标的计算。2．复习示波器、函数发生器、直流稳压电源和交流毫伏表的使用。3．使用Pspice仿真图2-2-3所示电路，晶体管型号为2N2222，RB1＝20KΩ，RB2＝60KΩ，Rc＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。设置不同的β值，改变环境温度，计算电路在各种情况下的静态工作点和电压放大倍数Au。四、思考题1．能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE、UCE？说明你的理由。2．当调节偏置电阻RB2，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化？3．改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响？改变外接电阻RL对输出电阻Ro有否影响？*4．结合实验电路的Pspice仿真结果说明图2-2-3所示放大电路在环境温度变化及更换不同β值的晶体管时静态工作点和电压放大倍数Au是否变化，并分析原因。5．测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起），将会出现什么问题？实验部分一、实验设备与器件序号名称型号与规格数量备注1直流稳压电源DF173112函数发生器DF164113示波器YB432414交流毫伏表DF217315万用表500型16实验线路板1二、实验内容按图2-2-3接好实验电路。各电子仪器可按实验一中图2-1-1所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。⒈测量静态工作点直流电源调至12V，加入放大电路，注意电源正、负极与放大电路的连接。静态时放大电路A端与地短接，不加信号源，此时输入信号ui＝0。调节RP，设置静态工作点ICQ＝2.0mA（即UE≈ICQRE＝2.2V），用直流电压表测量UB、UE及UC，记入表2-2-1。表2-2-1Ic＝2mA测量值计算值UB(V)UE(V)UC(V)UBEQ(V)UCEQ(V)ICQ(mA)⒉测量电压放大倍数、输入电阻和输出电阻在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使Ui＝100mv，测量源信号US，用示波器观察放大器输出电压UO的波形以及UO和Ui的相位关系。在波形不失真的条件下，用交流毫伏表分别测量空载和带载时的输出电压，记入表2-2-2和表2-2-3表2-2-2ICQ＝2.0mARC=2.4kΩRS=10kΩRL(kΩ)Uo(V)AV观察记录一组UO和Ui波形∞，空载uiuott2．4kΩ表2-2-3US(mV)Ui(mV)Ri(kΩ)UL(V)UO(V)RO(kΩ)测量值计算值测量值计算值3观察静态工作点对输出波形失真的影响调节RP，使波形正半周出现失真，绘出UO的波形，并测出静态值UC和UE，说明失真情况和晶体管工作状态，记入表2-2-3中。然后反向调节RP，使波形负半周出现失真，记录波形并测量静态值。若波形失真不明显可适当增大信号源电压US。每次测UC和UE时都要使放大电路处于静态，即置Us=0，注意不可将信号源短路。表2-2-4RC＝2.4KΩRL＝2.4KΩ测量值计算值失真情况UO波形UC(V)UE(V)ICQ(mA)UCEQ(V)tt4.测量最大不失真输出电压分别调节输入信号幅度和电位器RP，用示波器观察输出波形，使输出波形为最大不失真正弦波。测量此时的静态集电极电流ICQ和输出电压的峰-峰值Uop-p，用交流毫伏表测量UO及Ui值，记入表2-2-5。表2-2-5RL＝2.4KICQ(mA)Ui(mV)UO(V)Uop-p(V)三、实验报告⒈列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。⒉记录预习要求3的仿真结果，分析分压式偏置电路稳定静态工作点的作用。⒊讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。⒊分析讨论在调试过程中出现的问题。