单管放大电路实验报告

单管放大电路一、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．掌握射极负反馈电阻对放大电路特性的影响；5．了解射极跟随器的基本特性。二、实验电路实验电路如图2.1所示。图中可变电阻RW是为调节晶体管静态工作点而设置的。三、实验原理1.静态工作点的估算将基极偏置电路CCV，1BR和2BR用戴维南定理等效成电压源。开路电压CCBBBBBVRRRV212，内阻21//BBBRRR则))(1(21EEBBEQBBBQRRRVVI，BQCQIICQEECCCCEQIRRRVV)(21可见，静态工作点与电路元件参数及晶体管β均有关。在实际工作中，一般是通过改变上偏置电阻RB1（调节电位器RW）来调节静态工作点的。RW调大，工作点降低（ICQ减小），RW调小，工作点升高（ICQ增加）。一般为方便起见，通过间接方法测量CQI，先测EV，)/(21EEEEQCQRRVII。2.放大电路的电压增益与输入、输出电阻beLCurRR)//(beBBirRRR////21CORR式中晶体管的输入电阻rbe＝rbb′＋（β＋1）VT/IEQ≈rbb′＋（β＋1）×26/ICQ（室温）。3.放大电路电压增益的幅频特性放大电路一般含有电抗元件，使得电路对不同频率的信号具有不同的放大能力，即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。一般用逐点法进行测量。测量时要保持输入信号幅度不变，改变信号的频率，逐点测量不同频率点的电压增益，以各点数据描绘出特性曲线。由曲线确定出放大电路的上、下限截止频率fH、fL和频带宽度BW＝fH－fL。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，因此输入信号不能太大，一般应使用示波器监视输出电压波形。三、预习计算1.当𝐈𝐂𝐐=𝟏𝐦𝐀时由实验原理知计算结果如下：IEQ=β+1βICQ=1mAIBQ=1βICQ=4.878μAUCQ=VCC−ICQ×RC=8.7VUEQ=IEQ×RE=1×1.2=1.2VUCEQ=UCQ−UEQ=8.7−1.2=7.5Vrbe=rbb′+(1+β)UTIEQ=650+206×261=6.006kΩUBQ=UEQ+0.7=1.9VVCC−UBQRw+Rb1=IBQ+UBQRb2可以解出Rw=40.78kΩ由此可以计算出该放大电路的输入电阻Ri=(Rw+Rb1)∥Rb2∥rbe=4.06kΩ输出电阻为Ro≈RC=3.3kΩ电压增益Au̇=UoUi=−β(RC∥RL)rbe=−68.392.当𝐈𝐂𝐐=𝟐𝐦𝐀时由实验原理知计算结果如下：IEQ=β+1βICQ=2mAIBQ=1βICQ=9.76μAUCQ=VCC−ICQ×RC=5.4VUEQ=IEQ×RE=2×1.2=2.4VUCEQ=UCQ−UEQ=5.4−2.4=3Vrbe=rbb′+(1+β)UTIEQ=650+206×262=3.328kΩUBQ=UEQ+0.7=3.1V利用回路的分压特性UBQ≈Rb2Rw+Rb1+Rb2×VCC可以解得Rw=5.12kΩ由此可以计算出该放大电路的输入电阻Ri=(Rw+Rb1)∥Rb2∥rbe=2.5kΩ输出电阻为Ro≈RC=3.3kΩ电压增益Au̇=UoUi=−β(RC∥RL)rbe=−123.43.当𝑪𝑬与𝑹𝑬𝟐并联时ICQ=1mA时，可知Rw=40.78kΩ仍然成立，而此时：𝐴̇𝑢=𝑈̇0𝑈̇𝑖=−𝛽(RC∥RL)𝑟be＋(β＋1)𝑅E1=−8.7Ri=(Rw+Rb1)∥Rb2∥(rbe+(β＋1)𝑅𝐸1)=9.91kΩRo≈RC=3.3kΩ四、仿真结果搭建电路如下：1.静态工作点的调整用参数扫描找到静态时使ICQ=1mA的电阻Rw=38.9kΩRb215.0kΩR36.0kΩRw38.9kΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VRl5.1kΩXSC1ABExtTrig++__+_78同时测得：UCQ=8.7VUEQ=1.2VUCEQ=UCQ−UEQ=7.5V如下：用参数扫描找到静态时使ICQ=2mA的电阻Rw=3.83kΩ如下图：同时测得：UCQ=5.4VUEQ=2.4VUCEQ=UCQ−UEQ=3V如下：总结数据如下：ICQRw/kΩUCQ/𝑉UEQ/𝑉UCEQ/V1mA38.98.69451.20777.48692mA3.835.4002.4122.98772.工作点对放大电路动态特性的影响当ICQ=1mA时，电路如下：Rb215.0kΩR36.0kΩRw38.9kΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VRl5.1kΩR11.0kΩXSC1ABExtTrig++__+_78示波器显示如下：故放大倍数𝐴̇𝑢=−480.5097.069=−68.0测量输入电阻时电路如下：Rb215.0kΩR36.0kΩRw38.9kΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VRl5.1kΩR11.0kΩXSC1ABExtTrig++__+_78示波器显示如下：故𝑅𝑖=5.5817.070−5.581=3.75kΩ测量输出电阻。当负载电阻接入时电路如下：示波器显示如下：Rb215.0kΩR36.0kΩRw38.9kΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VRl5.1kΩXSC1ABExtTrig++__+_78当负载电阻不接入时，电路如下：Rb215.0kΩR36.0kΩRw38.9kΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VXSC1ABExtTrig++__+_78示波器显示如下：故输出电阻𝑅0=(𝑈`0𝑈0−1)𝑅𝐿=(774.155480.642−1)∗5.1kΩ=3.114kΩ当ICQ=2mA时，电路如下：示波器显示如下：故放大倍数𝐴̇𝑢=−884.2767.070=−125.1测量输入电阻时电路如下：Rb215.0kΩR36.0kΩRw3830ΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VRl5.1kΩXSC1ABExtTrig++__+_78示波器显示如下：故𝑅𝑖=4.7937.068−4.793=2.11kΩ测量输出电阻。当负载电阻接入时电路如下：Rb215.0kΩR36.0kΩRw3830ΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VRl5.1kΩR11.0kΩXSC1ABExtTrig++__+_87示波器结果如下：当负载电阻不接入时，电路如下：Rb215.0kΩR36.0kΩRw3830ΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VRl5.1kΩXSC1ABExtTrig++__+_78示波器显示如下：故输出电阻𝑅0=(𝑈`0𝑈0−1)𝑅𝐿=(1393884.2−1)∗5.1kΩ=2.935kΩRb215.0kΩR36.0kΩRw3830ΩRc3.3kΩRe1200ΩRe21kΩC110µFC210µFCe47µFQ1MRF9011L*23V25mVrms1kHz0°VCC12VXSC1ABExtTrig++__+_76综上结果如下（表中电压均为最大值）：电压增益输入电阻输出电阻ICQUi/mVUo/mVȦuUi1/mVUi2/mVRi/kΩUo1/mVUo2/mVRo/kΩ1mA7.069480.509-68.05.5917.0703.75774.155490.6423.1142mA7.070884.276-125.14.7937.0682.114.7937.0682.113.幅频特性由于隔直电容比较小，此处近似认为输入电压的幅值变化不大，仿真输出曲线与数据见附图，整理如下：𝐈𝐂𝐐=𝟏𝐦𝐀时的幅频特性曲线𝐈𝐂𝐐=𝟐𝐦𝐀时的幅频特性曲线数据统计如下表：ICQȦuȦu/√2fL/Hzfh/HzBW/Hz1mA-73.3-51.83130.181.181.12mA-138.05-97.60248.0172.8872.88五、实验内容与数据记录1.利用学习机上的晶体管输出特性测出三极管的放大倍数β=2052.调节𝐑𝐰，使𝐈𝐂𝐐=𝟏𝐦𝐀、𝟐𝐦𝐀、，测量𝐔𝐂𝐄𝐐的值。ICQRw/kΩUCEQ/V1mA43.47.472mA5.362.913.𝐈𝐂𝐐=𝟏𝐦𝐀、𝟐𝐦𝐀情况下，测量放大电路的动态特性（电压增益、输入电阻、输出电阻）和幅频特性。动态特性（电压均为有效值）：电压增益输入电阻输出电阻ICQUi/mVUo/mVȦuUi1/mVUi2/mVRi/kΩUo1/mVUo2/mVRo/kΩ1mA5341-68.24.1054.565553403.232mA51582-116.43.752.859405793.18幅频特性：ICQȦuȦu/√2fL/Hzfh/MHzBW/Hz1mA﹣68-48.08146.13.333.33M2mA﹣124.4-87.96296.32.2472.247MICQ理论计算仿真结果实验数据仿真与理论误差实验与理论误差实验与仿真误差Rw/kΩ1mA40.838.943.44.657%-11.568%11.568%2mA5.123.835.3625.195%-39.948%39.948%UCEQ/V1mA7.57.48697.470.175%0.226%-0.226%2mA32.98772.910.410%2.601%-2.601%Au1mA﹣68.39﹣68.0﹣68.20.570%-0.294%0.294%2mA﹣123.4﹣125.1﹣116.4-1.378%6.954%-6.954%Ri/kΩ1mA4.063.754.567.635%-21.600%21.600%2mA2.552.112.8517.255%-35.071%35.071%Ro/k1mA3.33.1143.235.636%-3.725%3.725%4.数据汇总与误差分析由表格可以看出：1.理论计算、仿真数据与实验数据较为接近，部分数据与理论值相差较大，主要是理论值对于晶体管设定为理想，与实际元件有所差别。2.比较仿真与实际实验的频率响应可以看到下限截止频率可比，而上限截止频率差别较大，这应该与两个因素有关：第一，实验中所使用的晶体管不够理想，级间电容与仿真软件中元件差别较大；第二，实验中使用实际示波器，而仿真中采用的是理想示波器，示波器的电容对于上限截止频率造成影响。但是静态电流增加时，上限截止频率变小，下限截止频率增加，频带变窄的特性仍然不变。3.整体上看来，理论计算和仿真实验可以在一定范围符合实际情况，指导实际实验。【分析实验误差产生的原因】：1.实验仪器的误差实际试验的示波器并不理想，有内阻也有电容，测上限截止频率时，会受到示波器中电容等内部元件的影响，并且由于示波器分辨率的问题导致数据不准确；此外频率信号发生器也会给电路带来影响；用数字万用表测电阻以及静态工作点时，也会带入仪器误差。2.实验元器件的误差由于实际晶体管与理想晶体管有一定差别，其工作区的线性程度也不