实验一 单级阻容耦合放大电路设计

实验一单级阻容耦合放大电路设计一、设计任务及目的设计任务：设计一个分压式偏置的单级的小信号放大器，输入和输出分别用电容和负载隔直流，设计静态工作点，计算电路元件参数，拟定测试方案；（1）在面包板或万能板上安装电路，测量并调试静态工作点。（2）测量设计好的偏置电压和电流。（3）测量所设计电路的实际电压放大倍数。（4）测量所设计电路的实际输入、输出电阻。设计目的：（1）学习晶体管放大器的实计方法。（2）研究静态工作点对输出波形影响及静态工作点的调整方法。（3）掌握静态工作、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。二、设计要求和指标已知条件：VCC=+12V，信号源Us=10Mv（P-P），内阻Rs=600Ω，负载RL=2KΩ1、主要技术指标：输入内阻Ri2kΩ,输出电压Uo≥0.3V,输出电阻Ro5K.2、频率响应20Hz-500KHz3、ICQ=（0.5-2）mA，VBQ=(3~5)V(理论)，UBQUBEICQ=（5-10）IBQ。三、放大电路的基本原理下图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u0，从而实现了电压放大。在上图电路中，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：1.理论值设计根据Ic=Ie,Rbe=Rbb+（1+B）*26/Ie若取Ic=0.9mA,UBQ=4V,Rbb=300Ω,放大倍数为100，CCB2B1B1BURRRU可得RE=4KΩ，RB1=10KΩ,RB2=20KΩUCE＝UCC－IC（RC＋RE）=5.7电压放大倍数：beLCVrRRβA//=-38输入电阻：Ri＝RB1//RB2//rbe＝3.5KΩ输出电阻：RO≈RC2.（1）、静态工作点的测量所谓静态工作点的测量，就是用合适的直流毫安表和直流电压表测量晶管的集电极电流Ie和管压降Vce。Vb(V)Vbe(V)Ve(V)Vce(V)测量值3.60.633.05.9理论值40.73.35.7(2)动态分析（a）测量电压放大倍数接入负载2K，在输入端B加f=1KHz正弦波交流信号，调节输入信号幅度，使输出端在示波器频幕上得到一个最大不失真波形，同时测量Vo值ViVoAv=Vo/Vi测量值8.2mV-0.35V-40理论值8.0mv-0.31v-38注：vi是设计要求为10mv，这个信号时从函数信号发生器生产生的。（b）输入、输出电阻的测量为了测量放大器的输入、出电阻，按图2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RUUURUUIURiSiRiiii图2输入、输出电阻测量电路Ri=（Vi/Vs-Vi）*RSRo=（Vo/Vl-1）*Rl测量值2.4KΩ4.2KΩ理论值2.3KΩ4.0KΩ3.元件清单名称型号数量名称型号数量电阻4KΩ1三极管NPN90141电阻20KΩ1电解电容10uF2电阻10KΩ1电解电容100uF1电阻600Ω1电阻2KΩ1四、电路安装与调试1.安装电路（1）检查元器件：在安装电路前，先用万用表检查三极管的质量，电阻的阻值及电解电容的充放电情况，并用晶体管图示仪测三极管的主要参数。（2）安装电路：根据设计计算的元件参数，在电路实验箱上插接元器件组装电路。组装时，应尽量按照电路的形式与顺序布线，要求做到元器件排列整齐，密度均匀，不互相重叠，连线尽量做到短和直，避免交叉。对电解电容应注意正负极性，正极性接高电位，负极性接低电位，元件标称值字符朝外以便检查。安装完毕后，应对照电路图仔细检查看是否有错接、漏接和虚接现象，并用万用表检查底板上电源正负极之间有无短路现象，若有，应迅速排除故障，否则不能通电进行性能测试。2.通电测试（1）通电观察电路安装经检查确定无误后，即可把经过准确测量的电源电压接入电路，此时不要急于测量数据，应首先观察电路有无异常现象，如有无冒烟、有无异常气味、元件器件是否发烫、电源输出有无短路现象等等。如果有异常现象，应立即切断电源，检查电路，排除故障，待故障排除后方可重新通电测试。（2）静态工作点的测试与调整静态工作点是由各级电流和电压来描述的。测量静态工作点只要把IBQ、UBEQ、UCEQ、ICQ数值测量出来即可，但在测量时应注意以下几个问题。①一般只测电压而避免测电流，因为测量电流时要断开电路，电流的大小可以通过测量电压再把电流换算出来，如测量IC时，只需要测量RC两端的电压，然后除以RC的阻值即可。②当使用的测量仪器仪表公共端接机壳时，应把测量仪器仪表的公共端与放大器公共端接在一起即共地，否则测量仪器仪表外壳引入的干扰将使电路工作状态改变，并且测量结果也不可靠。③注意使用仪表的内阻（仪表的分流作用）、同时还要正确选择测量仪表的量程范围，减少测量误差。④在测量静态工作点时，为了减少外界干扰，应使输入端交流短路即C1左端接地。静态工作点测试方法：接通直流电源，放大器不加输入信号，并将放大器输入端即耦合电容C1左端接地，用万用表测量晶体管的B、E、C极对地的电压UB、UE、UC。如果出现UCC=UCE，说明晶体管工作在截止状态；如果出现UCE0.5V，说明晶体管已经饱和。这两种情况均说明，所设置的静态工作点偏离较大，应调整RB1，或检查电路是否有故障、测量是否正确以及读数是否正确等等。（3）性能指标（动态）的测试与电路参数调整测量前，一般情况下使f0=1KHz，Ui=10mV（有效值），然后按照放大器性能指标的测试方法分别测量Au、Ri、Ro、β等。有时，电路的性能指标达不到设计要求，就必须通过实验调整修改电路参数，使之满足各项指标要求。对于一个低频放大器，希望电路的稳定性好，非线性失真小、电压放大倍数大、输入阻抗高、输出阻抗低、下限频率fL越低越好，但这些要求很难同时满足。例如1，希望提高电压放大倍数Au，可以有以下三种方法。增大'LR：会使Ro增加，减小rbe会使输入电阻Ri减小。如果Ro和Ri有余地，可通过调节RC和IC来提高电压放大倍数，但这样会影响静态工作点，需重新调整静态工作点。提高晶体管的放大倍数β，才是提高放大'LoubeibeRRArRr倍数的有效措施。对于的分压式直流负反馈偏置电路，由于基极电位UB固定，则EBEEBBECRURUUII因此，改变β不会影响放大器的静态工作点。例如2，希望提高最大不失真输出电压Uomax，则可将静态工作点Q移到负载线中点附近，此时输出波形顶部、底部同时失真（双重失真），电路达到最大输出。例如3，希望降低放大器的下限频率fL，也可以有以下三种途径。oCu21RRAbeELrCCCf，，电路的性能价格比总之，不论采用何种方法，都必须进行综合考虑，通过实验调整、修改电路的参数，尽量满足各项指标要求。经调整后的元件参数值，可能与设计计算的值有一定的差别。