模拟电子技术实验报告

专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：开课时间：2011至2012学年第一学期成绩：1开课学院：电气信息学院实验室：实验楼415室姓名：专业：电气工程及其自动化学号：实验三单级低频放大器实验时间：2011年11月1日一、实验目的：1.进一步熟悉几种常用低频电子仪器的使用方法。2.掌握单级放大器静态工作点的调测方法。3.观察静态工作点的变化对输出波形的影响。4.学习电压放大倍数及最大不失真输出电压幅度的测试方法。二、实验原理:放大器的的基本任务是不失真大的放大信号，即实现输入变化量的控制作用。要使放大器正常工作，除了必须有保证晶体管正常工作的偏置电压外，还须有合理的电路结构形式和配置恰当的元器件参数，使得放大器工作在放大区内，即必须设置合适的静态工作点Q。静态工作点设置过高，会引起饱和失真。对于小信号单级放大器而言，由于输出交流信号幅度很小，非线性失真不是主要问题，可根据具体要求设置静态工作点。例如希望交流信号幅度很小，噪声低工作点Q可适当选得低一些：如希望放大器增益高，工作点可适当选得高些。如果输入信号幅度较大，则要保证输出波形不失真,此时的工作点应先在交流负载线的中点，以获得最大不失真的输出电压幅度。图2.3.5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RB1和RB2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2.3.5共射极单管放大器实验电路在图2.3.5电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的2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CCB2B1B1BURRRUUCE＝UCC－IC（RC＋Re）电压放大倍数beLCVrRRβA//输入电阻Ri＝RB1//RB2//rbe输出电阻RO≈RC由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。1、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直流毫安表和直流电压表，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UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用EEECRUII算出IC（也可根据CCCCCRUUI，由UC确定IC），同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。2)静态工作点的调试放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流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输入电压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。CEBEBEIRUUI3(a)(b)图2－2静态工作点对uO波形失真的影响改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。但通常多采用调节偏置电阻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2－3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，如输入信号幅度很小，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。如需满足较大信号幅度的要求，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i0VUUA2)输入电阻Ri的测量为了测量放大器的输入电阻，按图2－4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US4和Ui，则根据输入电阻的定义可得RUUURUUIURiSiRiiii图2－4输入、输出电阻测量电路测量时应注意下列几点:①由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量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R0的测量按图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：LLOO1)RUU(R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（如图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。或用示波器直接读出UOPP来。图2－5静态工作点正常，输入信号太大引起的失真5三、实验仪器及材料：1.数字合成函数信号发生器∕计数器（F05A型）南京盛普仪器科技有限公司1台2.毫伏表(DF2175A型)宁波中策电子有限公司1台3.电子技术实验箱(SAC-DMS2型)重庆大学1台4.双踪示波器(ADS7022S型)1台5.数字万用表1台6.导线若干四、实验步骤及内容：1.参照课本的实验原理图，将电路连接好。2.在电路中接入5个万能表分别测量工作点VEQ，VCQ，VCEQ和Vi，VO的电压值。3.在电路中连入一示波器测量输入端和输出端的波形。4.调节RPI的阻值，使RP1的阻值分别处于阻值较大，阻值适中，阻值较小的状态下，用万能表分别测出相对应状态下的工作点，并观察相应的波形，再将数据填入表2.3.1中。5.调节RPI的阻值，使输出的波形基本上不失真，在用交流电压表分别测出RL=与RL=5.1kΩ时的VO，算出电压增益AV，描绘输出电压波形图，并将测量数据填入表2.3.2中。6.在RL=5.1输出为Vi=10mV，f=1kHz的正弦信号时，调节RP1，使输出波形不产生失真且幅值最大，此时的电压放大倍数最大，测量出此时的静态工作点及输出电压Vom，再计算出AVm。7.输入Vi=10Mv,f=1kHz正弦信号，用示波器观察不到失真输出波形后，逐渐增大Vi，继续观察输出波形有无失真，则调节RP1，使其正，负峰同时出现削顶失真，此时，则需减小输入信号Vi并反复调节RP1，直至输出电压的波形的正负峰刚好同时推出削顶失真为止，此时的工作点已位于交流负载线中点，测出的Vi即为放大器的最大允许输入电压幅值，同时Vo即为最大不失真输出电压幅值。表2.3.1测试项目RL阻值VEQ（v)VCQ（v)VCEQ（v)ICQ（v)记录输出波形判别工作状态阻值较小模拟值1.5355.9394.4041.35见后图工作在饱和区实验值33.690.692.727阻值适中模拟值0.2111.03810.8280.1909见后图工作在放大区实验值0.7721.079.120.707阻值较大模拟值0.03811.77610.6380.345见后图工作在截至区实验值0.340120.3096阻值较大阻值适中阻值较小表2.3.2测试项目RL阻值ViVo电压增益Av输出波形RL=∞模拟值10mv290.739mv29.27见后图实验值19.9mv80.003mv4.00RL=5.1kΩ模拟值10mv145.371mv23.25见后图实验值19.9mv23.439mv1.177RL=∞时的输出波形RL=5.1kΩ时的输出波形五实验得出结果及分析：结论：①调节上偏置电阻ω1，从而可以改变静态工作点的状态当ω1较大时，三极管工作在截止区；当ω1较小时，三极管工作在饱和区；当ω1适当时，三极管工作在放大区。②对于硅晶体而言：放大区：0.6＜VBE＜0.71＜VCE＜VCC单位V截至区：VBE＜0.4VCE=VCC单位V饱和区：VBE≧0.7VCE＜0.1单位V实验五两级阻容耦合放大器实验实验时间：2011年11月8日一、实验目的：1.了解阻容耦合放大器级间的互相影响；2.学会两级放大器的调整方法及其性能指标的测试方法；3.了解放大器静态工作点对输出动态范围的影响。二﹑实验原理：多级放大电路，其放大倍数一般只有几十倍。然而，实际工作中，常常需要对微弱的信号放大几百、几千倍，甚至几万倍，这就需要将若干单级放大电路串连起来，将前级的输出端加到后级的输入端，组成多级放大器，使信号经过多次放大，达到所需的值。多级放大器的连接称为耦合，它必须满足以下要求：(1)各三极管静态工作点互不影响。（2）各级输出的信号传送到下一级时，尽可能减小衰减和失真。多级放大器有三种耦合方式，即阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。本实验采用阻容耦合两级放大器来研究多级放大器的有关性能指标。图中电路每一级都是共发射极放大电路，两级之间通过电容C2和Rb2耦合起来。由于电容具有“隔直流、通交流”的作用，因此，各级的静态工作点相互独立，互不影响，这对分析和应用都带来了方便。如图2.5.1所示，利用级间插件改变放大器为单级或级连状态，以满足实验任务的要求。两级阻容耦合放大器逐级对信号放大，前级的输出作为后级的输入电压，因而两级放大器的总电压放大倍数为Av=Av2Av1，即两级放大器总电压放大倍数等于各级放大倍数的成绩。这里所指的各级放大器倍数已经考虑了级间的相互影响。在处理级间影响时，可将前级的输出电阻作为后级的信号源电阻；而后级的1输入电阻则作为前级的负载电阻。应此，在具体实验的调试中，第一级的放大倍数在单级与级连两种不同工作状态时必然存在着差异。另外，在两级阻容耦合放大器中，由于存在耦合电容、旁路电容、晶体管级间等效电容、导线在分布电容，放大器的放大倍数将随着信号源频率的变化而变化，当信号源升高或降低时，放大倍数均有较大幅度的下降，当信号源频率升高，使放大倍数下降为中频时放大倍数ＡＶＭ的0.7倍时，这个频率成为上限截止频率ƒH；同样，当信号源频率降低使放大倍数下降为ＡＶＭ的0.7倍的频率成为下限截止频率ƒL。放大器的同频带记作ƒbw，且ƒbw=ƒH—ƒL它表明放大电路对不同信号的适应能力。放大器的通频带越宽，表明对信号频率的适应能力越强。一个放大电路，当晶体管和电路参数选定以后，放大电路的放大倍数与通频带的乘积一般就确定了，称为“增益宽带积”。也就是说，放大器的放大倍数增大多少倍，带宽也就几乎变窄同样的倍数。在多级耦合放大器中，放大器也会随信号源频率变化而变化，放大器的级数越多，放大倍数越大，放大器的同频带越窄。高放大倍数的多级放大器易受外界干扰因素的