清华大学模拟电路实验报告1-单管放大电路

实验日期2010年4月19日实验室229实验台21清华大学电子工程系电子技术实验报告模拟电路实验一单管放大电路系别电子系班级无87班学号2008011222姓名高鸣宇一、实验目的（1）掌握放大电路直流工作点的调整与测量方法。（2）掌握放大电路主要性能指标的测量方法。（3）了解直流工作点对放大电路动态特性的影响。（4）掌握发射极负反馈电阻对放大电路性能的影响。（5）了解信号源内阻SR对放大电路频带（上限截止频率Hf）的影响。二、实验任务必做内容：(1)工作点的调整(2)工作点对放大电路动态特性的影响提高内容一：(3)负反馈电阻对动态特性的影响提高内容二(4)工作点对动态范围的影响（带负反馈时）研究内容：信号源内阻SR对放大电路特性的影响，在无反馈条件下，在输入通路中串一2kΩ电阻作为信号源内阻，测量放大电路地源增益及其幅频特性。三、实验原理实验电路如图1.1所示，图中WR是为调节晶体管静态工作点而设置的。1．静态工作点的估算与调整将图中基极偏置电路作戴维南等效，有开路电压和内阻如下B2BBCCB1B2BB1B2//RVVRRRRR则有BBBEQBQBE1E2CQBQCEQCCCE1E2CQ(1)()()VVIRRRIIVVRRRI在实际工作中，一般是通过改变上偏置电阻B1R（调节WR）来调节静态工作点。2．放大电路的电压增益、输入电阻和输出电阻如图1.1，动态负载电阻LC//LRRR，则动态特性有oLibeiB1B2boC////vVRAVreRRRrRR式中晶体管输入电阻bebbTC/rrVIQ。当工作点选定后，电压增益和输入电阻主要决定于静态工作点，输出电阻几乎与工作点无关。如果将发射极旁路电容改为与电阻ECE2R并联，E1R成为交流负反馈电阻，则oLibeE1iB1B2beE1oC(1)////[(1)]vVRAVrRRRRrRRR可见，发射极负反馈电阻E1R使电压增益下降，输入电阻增加，对输出电阻基本没有影响。当满足E1be(1)RrE1时，，决定于两电阻之比，基本上与晶体管参数无关。因此引入LE/vARR1R提高了增益的稳定性。3．放大电路电压增益的幅频特性和频带放大电路电压增益是频率的函数，电压增益的大小与频率的函数关系即是幅频特性。实验中，常用逐点法或扫描法进行测量电压增益的幅频特性曲线。由曲线即可确定放大电路的上、下限截止频率Hf、Lf以及频带宽度HLBWff。需要注意，测量放大电路的动态指标必须在输出波形不失真的条件下进行。四、实验内容和步骤以下理论计算值取参数为=12V，CCVB1R=20kΩ，B2R=15kΩ，WR=100kΩ，E1R=200Ω，E2R=1kΩ，CR=3.3kΩ，LR=5.1kΩ，=300，=0.7V，BEVbbr=10Ω，Tf=300MHz，bcC=1pF。必做内容1．工作点的调整调节WR，分别使CQI=1.0mA，2.0mA，测量相应的的值。CEQV理论结果：CQI=1.0mA时=7.5V；CEQVCQI=2.0mA时=3V。CEQV2．工作点对放大电路动态特性的影响分别在CQI=1.0mA，2.0mA的情况下，测量放大电路的动态特性（输入信号为正弦电压，幅度为5mV，频率为1kHz），包括电压增益、输入电阻、输出电阻和幅频特性。iv理论结果：CQI=1.0mA时，berB1=7.81kΩ，R=81.9kΩ，则；io76.94.83kΩ3.3kΩvARRCQI=2.0mA时，berB1=3.91kΩ，R=41.6kΩ，则。io153.72.89kΩ3.3kΩvARR提高内容一3．负反馈电阻对动态特性的影响将电容改为与电阻ECE2R并联，测量此时放大电路在CQI=1.0mA下的动态特性（内容同上），与上面测试结果相比较，总结射极负反馈电阻对电路动态特性的影响。CQ理论结果：I=1.0mA时，berB1=7.81kΩ，R=81.9kΩ，则。io8.8410.7kΩ3.3kΩvARR提高内容二4．工作点对动态范围的影响（带负反馈时）分别在CQI=1.0mA，2.0mA的情况下，测量放大电路输出电压的动态范围。ov研究内容信号源内阻SR对放大电路特性的影响，在无反馈条件下，在输入通路中串一2kΩ电阻作为信号源内阻，测量放大电路地源增益及其幅频特性。五、实验电路实验电路图如图1.1、图1.2所示六、实验数据处理必做内容1．工作点的调整CQI=1.0mACEQV=7.35VCQI=2.0mACEQV=2.55V2．工作点对放大电路动态特性的影响CQI=1.0mA时输入电阻ip-pV=10.20mVip-pV=7.00mV1R=2kΩip-p1iip-pip-pVRRVV=4.38kΩ输出电阻op-pV=0.758Vop-pV=0.460VLR=5.1kΩop-poLop-p1VRRV=3.30kΩ电压增益LR=5.1kΩip-pV=9.90mVop-pV=0.678Vop-pip-pvVAV=-68.5幅频特性=10.00mVip-pVf/Hz106.0200.5401.01.007k10.2k101.0k1.501M3.009Mop-pV/V0.4060.5360.6200.6720.6840.6880.5620.402vA-40.6-53.6-62.0-67.2-68.4-68.8-56.2-40.2ICQ=1.0mA幅频特性01020304050607080100100010000100000100000010000000f/Hz|Av|由图线可得，Lf=130.9Hz，Hf=2.39MHz，因此HL2.39MHzBWffCQI=2.0mA时输入电阻ip-pV=10.00mVip-pV=5.90mV1R=2kΩip-p1iip-pip-pVRRVV=2.88kΩ输出电阻op-pV=1.940Vop-pV=1.190VLR=5.1kΩop-poLop-p1VRRV=3.21kΩ电压增益LR=5.1kΩip-pV=9.90mVop-pV=1.185Vop-pip-pvVAV=-119.7幅频特性=10.00mVip-pVf/Hz103.0200.1404.71.002k10.04k100.6k1.501M3.004M10.07Mop-pV/V0.4070.7401.0001.1801.2451.2700.9350.5860.163vA-40.7-74.0-100.0-118.0-124.5-127.0-93.5-58.6-16.3ICQ=2.0mA幅频特性020406080100120140100100010000100000100000010000000100000000f/Hz|Av|由图线可得，Lf=286.3Hz，Hf=1.615MHz，因此HL1.615MHzBWff提高内容一3．负反馈电阻对动态特性的影响带负反馈CQI=1.0mA时输入电阻ip-pV=10.15mVip-pV=5.05mV1R=10kΩip-p1iip-pip-pVRRVV=9.9kΩ输出电阻op-pV=147.5mVop-pV=89.5mVLR=5.1kΩop-poLop-p1VRRV=3.3kΩ电压增益LR=5.1kΩip-pV=10.00mVop-pV=88.0mVop-pip-pvVAV=-8.8幅频特性=10.00mVip-pVf/Hz19.88130.41.006k100.6k1.070M3.001Mop-pV/mV61.084.590.591.087.063.5vA-6.10-8.45-9.05-9.10-8.70-6.35带负反馈ICQ=1.0mA幅频特性024681010100100010000100000100000010000000f/Hz|Av|由图线可得，Lf=24.14Hz，Hf=2.59MHz，因此HL2.59MHzBWff分析：比较有负反馈和无负反馈电阻时的幅频特性，可见两种情况下的频带宽度BW基本相等（2.59MHz和2.39MHz）。根据负反馈的特性，增益下降的同时应该有频带展宽，即有负反馈时的BW应远大于无负反馈时的BW。可见实验结论与理论矛盾。经分析我认为，其原因可能是由于示波器的×10档探头的截止频率约为2MHz左右，因此在有负反馈时放大电路的频带虽然被展宽，但由于探头的频率限制，所以测量结果都约为几MHz。七、思考题（1）假设图1.1所示放大电路的直流工作点已调至“最佳”状态（即当输入信号幅度增大时，输出波形同时出现饱和失真和与截止失真），列表说明此时若CR、LR各参量单独变化（增大或减少）对输出电压的动态范围有何影响。如果输入信号幅度增大时，上述各种情况下输出电压波形首先将产生什么性质的失真？解：对截止失真的最大范围，有om1CEQCE(sat)VVV，对饱和失真的最大范围，有，输出电压的动态范围取两者的小者。当直流工作点已调至“最佳”状态时，om2CCQVRI两者相等。对CR、LR两者而言，CR会同时影响直流工作点和交流负载线，而LR不影响直流工作点，只影响交流负载线。如下CRLR变量变化↑↓↑↓直接影响↓、LR↑CEQV↑、LR↓LR↑CEQVLR↓工作点左移右移不变交流负载线斜率减小斜率增大斜率减小斜率增大om1V↓↑不变om2V↑↓↑↓动态范围↓↓不变↓首先出现饱和失真截止失真饱和失真截止失真（2）能否用数字万用表测量图1.1所示放大电路的电压增益及幅频特性，为什么？解：一般的数字电压表的频率范围不够宽，通常不超过100kHz（教材13页）。因此测量中频的电压增益时可以使用数字万用表，但要注意测得的是有效值。而测量幅频特性时不能使用，因为高频特性会受到万用表的制约。（3）测量放大电路输入电阻时，若串联电阻的阻值比其输入电阻的值大得多或小得多，对测量结果会有什么影响？请对测试误差进行简单的分析。解：输入电阻测量公式ip-pi1ip-pip-pVRRVV当1iRR时，很小，而电压测量的绝对误差基本不变，因此基本不变，从而造成ip-Vpip-pVip-pipV-pVip-pp-pVVVVip-pip-pii变大，测量结果的相对误差较大。当1RR时，很小，而电压测量的绝对误差基本不变，因此ipV-pip-pV基本不变，从而造成ip-pip-pVV变大，同样测量结果的相对误差较大。（4）用示波器分别观察由NPN管和PNP管构成的单管共发射极放大电路的输出波形，发现它们的输出电压波形均出现负半周切顶，二者的失真各是什么性质的失真？为什么？解：输出电压负半周切顶，表明当输出电压较小时出现失真。对NPN管，输出电压即CEV，减小说明进入了饱和区，因此是饱和失真。对PNP管，输出电压为，输出CCCEVV电压减小对应CEV增，C大I减小，因此是截止失真。（5）在图1.1所示的电路中，一般是改变上偏置电阻B2R来调节工作点，为什么？改变下偏置电阻B2R来调节工作点可以吗？调节CR呢？为什么？解：调节工作点要求能同时调节BQI、CQI和V。如果改变下偏置电阻CEQB2R，可以改变基极电位，从而改变BQI，以至影响CQI和V，但是改变CEQB2R可能没有改变B1R方便。如果改变下偏置电阻CR，基极电位不变，BQI和CQI均不变，只有V改变，因此不适合调节静态工作点。CEQ（6）有人用内阻为10kΩ/V的指针式电压表的5V档测量图1.1所示电路的直流工作点，测得晶体管基极电位V和发射极电位V分别为1.3V和1.1V，他认为此晶体管的=0.2V，小于阈值电压，所以晶体管是截止的，您认为正确吗？为什么？BSEBEV解：不正确。如右图，将基极和地之间的