东南大学2016模电3三极管放大电路设计

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：模拟电子电路实验第3次实验实验名称：三极管放大电路设计院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班姓名：学号：610142实验室:实验组别：同组人员：实验时间：2016年4月10日评定成绩：审阅教师：一、实验目的1.掌握单级放大电路的工程估算、安装和调试；2.了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法；3.掌握级联电路设计方法；4.掌握负反馈对放大电路特性的影响。二、预习思考1.器件资料：上网查询本实验所用的场效应管BJ27(2N5485)的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：G:栅极S:源极D:漏极参数符号参数值参数意义及设计时应该如何考虑IDSS4mA(min),10mA(max)𝑢𝐺𝑆=0时的饱和漏极电流，取适中IGSS-1nA（max）栅极反向电流VGS（OFF）-0.5V(min),-4V(max)夹断电压，取适中V（BR）GSS-25V漏源击穿电压，不允许超过此值IG10mA正向栅极电流PD350mW漏极最大允许耗散功率，不允许超过此值gm𝐝𝐢𝐃𝐝𝐮𝐆𝐒(uGS=常数)低频跨导上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：1．发射极2.基极3.集电极参数符号参数值参数意义及设计时应该如何考虑VCBO40V集电极-基极开路电压，不得超过此值VCEO20V集电极-发射极开路电压，不得超过此值VEBO5V发射极-基极开路电压，不得超过此值IC500mA集电极电流IE500mA发射极电流≈集电极电流hFE144-202共射电流放大系数VCE(sat)0.16V(TYPE)集电极-发射极饱和电压VBE0.6-0.7V基极-发射极电压fT\未知2.偏置电路：图3.1中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？图3.1射级偏置电路此图为分压式偏置电路。具体的自动调节可以总结为：T(°∁)↑→𝐼𝐶↑𝑢𝐵𝐸=𝑢𝐵−𝐼𝐸𝑅𝐸→𝑈𝐵𝐸↓→𝐼𝐵↓→𝐼𝐶↓→稳定的𝑄点3.电压增益：1）对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。2）实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问能否用万用表或示波器，为什么？不能。因为为了精确测量，输入输出需用同一仪器。但输入一般较小，用万用表和示波器测量会有明显误差，故此处使用交流毫伏表测量。4.输入阻抗：1）放大器的输入电阻Ri反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为RS，试画出图3.1中放大电路的输入等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释：2）图3.2是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻RS的取值不能太大也不能太小。图3.2放大器输入阻抗测量原理图串接电阻太大会使得测量电压过小而影响测量数值，进而影响测量精度。串接电阻太小会使得电路不稳定。3）对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图3.1放大电路的输入阻抗。提高𝑅𝐵1、𝑅𝐵2和𝑅𝐸的值。5.输出阻抗：1）放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力，试分析图3.1放大电路的输出阻抗受那些参数的影响，设负载为RL，画出输出等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释。2）图3.3是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。图3.3放大器输出阻抗测量原理图由计算公式𝑅𝑂=𝑉𝑂−𝑉𝐿𝑉𝐿𝑅𝐿知，当𝑅𝐿过大时，电压的差值会很小，不便于测量区分；当𝑅𝐿过小时，负载分得的电压较小，会减小测量的精度。6.负反馈对放大器性能的影响引入交流负反馈后，放大器的放大倍数将下降，其表达式为𝐴𝐹=11+𝐴𝐹。式中，F为反馈网络的反馈系数；A为无负反馈时的放大倍数。引入负反馈后通频带加宽，负反馈放大器上限频率𝑓𝐻𝐹与下限频率𝑓𝐿𝐹的表达式分别为𝑓𝐻𝐹=(1+𝐴𝐹)𝑓𝐻和𝑓𝐿𝐹=𝑓𝐿1+𝐴𝐹。引入负的反馈还会改变放大器的输入电阻与输出电阻，其中并联负反馈能降低输入阻抗，串联负反馈能提高输入阻抗，电压负反馈使输出阻抗降低，电流负反馈使输出阻抗升高。三、实验内容1.基本要求(一)根据图3.1所示电路，研究静态工作点变化对放大器性能的影响1）调整RW，使静态集电极电流ICQ=1mA，测量静态时晶体管集电极—发射极之间电压UCEQ。记入表3-1中。2）在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压US使Ui=5mV，测量US、UO和UO’（负载开路时的输出电压）的值并填于表3-1中。注意：用双综示波器监视UO及Ui的波形时，必须确保在UO基本不失真时读数（教师当堂验收）。3）重新调整RW，使ICQ分别为2mA，重复上述测量，将测量结果记入表3-1中。4）根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro。电路图如图所示。特别说明：𝑅𝐶此处采用2.7kΩ，并非所提供的3kΩ.表3-1静态工作点变化对放大器性能的影响静态工作点电流ICQ(mA)12测量值测量值理论值误差输入端接地UBQ(V)1.6282.6252.60.96%UCQ(V)9.206.486.61.82%UEQ(V)0.9891.9821.00%输入信号Ui=5mVUS(mV)6.397.171.42%UO(V)0.490.9515%UL(V)0.270.490.52%计算值UBEQ0.639\\\UCEQ8.211\\\Au-53\\\Ri/kΩ3.60\\\RO/kΩ2.7\\\波形如图所示：(二)观察不同静态工作点对输出波形的影响1）改变RW的阻值，使输出电压波形出现截止失真，绘出失真波形，并将测量值记录表3-2中。饱和失真：完全饱和失真：2）改变RW的阻值，使输出电压波形出现饱和失真，绘出失真波形，并将测量值记录表3-2中。截止失真：完全截止失真：注明：要想出现截止失真波形，调节静态工作点是其一要素，另一关键是需要增大输入信号的幅度，这样才能出现截止失真。表3-2不同静态工作点对输出波形的影响完全截止截止失真饱和失真完全饱和测量值UBQ(V)0.9932.613.6473.277UCQ(V)10.986.723.7243.813UEQ(V)0.3881.962.9823.143波形\\\\(三)测量放大器的最大不失真输出电压分别调节RW和US，用示波器观察输出电压UO波形，使输出波形为最大不失真正弦波。测量此时静态集电极电流ICQ和输出电压的峰峰值UOPP。可以看到，此时最大不失真输出信号的峰峰值为3.52V。2.提高要求a)设计一个分别由共源（CS）、共射（CE）和共集（CC）构成的三级放大电路，要求满足以下指标：（设共源、共射和共集的输出电压分别为UO1、UO2和UO）Au100，Ri1MΩ，RO100Ω。写出具体设计过程，计算电路参数以及Au、Ri和RO的理论值。设置合适的静态工作点，在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压US使Ui=5mV，用示波器双踪显示Ui、Uo的波形，在输出波形不失真的情况下，记录波形，测量US、UO和UO’（负载开路时输出电压）并计入表3-3中。根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro，与理论值比较。电路图如图所示：注明：为了便于实验报告观察，此处将分为三个部分，最终部分为三个部分的交流耦合。CS:CE:CC:注明：此处均采用稳定性较高的分压式偏置电路。四、实验总结WINSTONYE