实验一 晶体管共射极单管放大器实验报告
一、实验目的
1、 学会放大器静态工作点的调试方法,分析静态工作点对放大器性能的影响。
2、 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验原理
图2-1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2-1 共射极单管放大器实验电路
在图2-1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),静态工作点Q可用下列公式估算:
电压放大倍数:
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,必须测量和调试。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
算出IC(也可根据 ,由UC确定IC),同时算出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。
(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
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
三、实验设备与器件
1、+12V直流电源 2、函数信号发生器
3、双踪示波器 4、交流毫伏表
5、直流电压表 6、直流毫安表
7、频率计 8、万用电表
9、晶体三极管3DG6×1(β=50~100)或9011×1 (管脚排列如图2-7所示)
电阻器、电容器若干
四、实验内容
实验电路如图2-1所示。各电子仪器可按实验一中图1-1所示方式连接,为防止干扰,各仪器的公共端必须连在一起,同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线,如使用屏蔽线,则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。
1、调试静态工作点
接通直流电源前,先将RW调至最大, 函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通+12V电源、调节RW,使IC=2.0mA(即UE=2.0V), 用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。记入表2-1。
表2-1 IC= mA
2、测量电压放大倍数
在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui10mV,同时用示波器观察放大器输出电压uO波形,在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值,并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系,记入表2-2。
表2-2 Ic= mA Ui= mV
3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置RC=2.4KΩ,RL=∞,Ui适量,调节RW,用示波器监视输出电压波形,在uO不失真的条件下,测量数组IC和UO值,记入表2-3。
表2-3 RC=2.4KΩ RL=∞ Ui= mV
测量IC时,要先将信号源输出旋钮旋至零(即使Ui=0)。
4、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ, ui=0,调节RW使IC=2.0mA,测出UCE值,再逐步加大输入信号,使输出电压u0 足够大但不失真。 然后保持输入信号不变,分别增大和减小RW,使波形出现失真,绘出u0的波形,并测出失真情况下的IC和UCE值,记入表2-4中。每次测IC和UCE 值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表2-4 RC=2.4KΩ RL=2.4 KΩ Ui= mV
5、测量最大不失真输出电压
置RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ,按照实验原理2.4)中所述方法,同时调节输入信号的幅度和电位器RW,用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值,记入表2-5。
表2-5 RC=2.4K RL=2.4K
五、实验总结
1、 列表整理测量结果,并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较(取一组数据进行比较),分析产生误差原因。
2、总结RC,RL及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
4、分析讨论在调试过程中出现的问题。
六、预习要求
1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。假设:3DG6 的β=100,RB1=20KΩ,RB2=60KΩ,RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ。估算放大器的静态工作点,电压放大倍数 A V,输入电阻 Ri和输出电阻RO
3、可以用机械直流电压表直接测量晶体管的UBE吗 那为什么还要先测量UB、UE,然后再减的出UBE啊。两种相比那种好呢,又有什么缺陷呢?
4、怎样测量RB2阻值?
5、当调节偏置电阻RB2,使放大器输出波形出现饱和或截止失真时,晶体管的管压降UCE怎样变化?
6、改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响?改变外接电阻RL对输出电阻RO有否影响?
7、在测试A v、Ri和Ro时怎样选择输入信号的大小和频率?为什么输入信号的频率一般选择1khz,为什么不选100khz或更高的频率?
8、测试中,如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪器的接地端不再连接在一起),将会出现什么问题?
第二篇:晶体管共射极单管放大器的调试
晶体管共射极放大器的调试
引言:
晶体管共射极放大器是应用最为广泛的放大电路之一,在各种电子产品中得到广泛的应用,在电路中,主要起信号放大的作用。此电路虽然结构简单,但是要想使其能够工作在最佳工作状态,必须经过严格的调试后才能达到。本文就此项内容进行系统的阐述。
一、电路原理
图 共射极单管放大器实验电路
图为共射极单管放大器电路原理图。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B点加入输入信号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.
电压放大倍数:
RC // RLAV??βrbe
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,分别测量IC、UB、UC和UE。
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。
(a) (b)
图2-2 静态工作点对uO波形失真的影响
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10-2(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10-2(b)所示。改变电路参数UCC、RC、RB(RB1、RB2)都会引起静态工作点的变化, 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。
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
AVU0?Ui
2) 最大不失真输出电压UOPP的测量(最大动态范围)
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3)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22U0。或用示波器直接读出UOPP来。
图 3 静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
四、调试内容
按图4实验仪器设备的相互连接图接线。交流毫伏表和示波器的屏蔽信号线黑笔都连公共端,信号源输出信号线红笔接B点(与耦合电容C1相连),交流毫伏表的红笔接B点时测量Ui,接输出端(与耦合电容C2相连),则测量Uo。从示波器CH1、CH2引出信号线的两个红笔(探针)分别接放大器的输入端和输出端,可观察ui和uo波形。
图1-4 实验仪器设备的相互连接
1、三极管工作状态的确定
电路安装好后,检查无误,接通电源,当RW=0欧姆时、RW=
中间值时、
RW=最大值时,测量晶体管各电极电压,判断三极管的工作状态。
2、调试静态工作点
方法一、
接通直流电源前,先将RW调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋
至零。接通+12V电源、调节RW,使IC=2.0mA(即UE=2.0V),用直流电压表测量出UB、UE、UC及测量Rw值。
方法二、
在放大器正常工作情况下,加入1KHZ的正弦波信号,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3)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,此时电路的静态工作点就是合适的静态值。
3、测量电压放大倍数
(1)、负载对电路放大倍数的影响
在保持最大不失真输出波形的基础上,在放大器输入端加入频率为
uS,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入
电压U?30mV,同时用示波器观察放大器输出电压u波形,在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的U值,并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系。 1KHz的正弦信号iOO
(2)、发射极电流负反馈对电路放大倍数的影响
在保持上述的条件下,RL=2.4KΩ,断开发射极旁路电路CE,测量放大器的输入电压UO及放大倍数。
(3)、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置RC=2.4KΩ,RL=2.4 KΩ,调节RW使IC=2.0mA,再逐步加大输入信号,使输出电压u0 足够大但不失真。 然后保持输入信号不变,
分别增大和减小RW,使波形出现失真,绘出u0的波形,并测出失真情况下的 各静态值。
4、测量输入电阻和输出电阻
置RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ,IC=2.0mA。输入f=1KHz的正弦信号,
在输出电压uo不失真的情况下,用交流毫伏表测出US,Ui和UL记入表2-6。保持US不变,断开RL,测量输出电压Uo。
5、测量幅频特性曲线
取RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ、Ui= 60mV ,在保持输出信号最大
不失真的条件下,保持输入信号ui的幅度不变,改变信号源频率f,
逐点测出相应的输出电压UO,记入表2-7,并根据所测量的数据绘
出幅频特性曲线。并算出此电路的通频带宽度及范围,找出上限截止频率和下限截止频率(下降至稳定值的0.707倍处)。并在特性曲线中描出通频带。
6、电路改造成两级电压串联负反馈放大电路
目的:了解在电路中引用负反馈的作用及实现方法。
作用:具有稳定电压放大倍数,减少非线性失真,拓宽通频带、改善输入输出电阻等。
将两个单级低频电压放大器,组成两级电压串联负反馈放大电路。
改造方法:将前级放大器改成固定偏置放大电路,输出经电容连接到后级的可调电位器一端,经电位器处理后在送到第二级输入端。
反馈支路:在第二级输出端电容前经8.2K电阻串联20uf电解电容器,接到第一级放大器三极管发射极上,同时在发射极上在串联一个100欧姆的反馈电阻器,在接发射极电阻和电容。
图5 带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
闭环电压放大倍数 AV
AVf?1?AVFV
其中 AV=UO/Ui — 基本放大器(无反馈)的电压放大倍数,
即开环电压放大倍数。1+AVFV — 反馈深度,它的大小决定了负反馈
对放大器性能改善的程度。
反馈系数
调试内容:
(1)、测量两极放大器的最佳静态工作点。调试方法,输入1KHz正弦波信号,调节RF1FV?Rf?
RF1ui,RW1,RW2,保证输出最大不失真电压的前提下,既为最佳静态工作点。
将实验电路按图5改接,把Rf断开后分别并在RF1和RL上,其它连线不动。
(2) 、测量中频电压放大倍数AV,输入电阻Ri和输出电阻RO。 ① 以f=1KHZ,US约5mV正弦信号输入放大器, 用示波器监视输出
波形,在uO不失真的情况下,用交流毫伏表测量US、Ui、UL。 ② 保持US不变,断开负载电阻RL(注意,Rf不要断开),测量空载时的输出电压UO。
(3)测试负反馈放大器的各项性能指标
将实验电路恢复为5的负反馈放大电路。 适当加大U(约10mV),S
在输出波形不失真的条件下,测量负反馈放大器的US、Ui、UL,AVf、Rif和ROf,及空载时的Uo ,
(4)测量通频带
接上RL,保持1)中的US不变,然后增加和减小输入信号的频率,找出上、下限频率fh和fl。
(5)、观察负反馈对非线性失真的改善
1)、实验电路改接成基本放大器形式,在输入端加入f=1KHz 的正弦信号,输出端接示波器,逐渐增大输入信号的幅度,使输出波形开始出现失真,记下此时的波形和输出电压的幅度。
2)、再将实验电路改接成负反馈放大器形式,增大输入信号幅度,使输出电压幅度的大小与1)相同,比较有负反馈时,输出波形的变化。
8、将电路改造成单级的射极跟随器。
目的:了解射极跟随器的作用及电路构成。
作用:常在电路中作为缓冲器,实现阻抗匹配。搞高输入阻抗、降低输出阻抗、带负载能力强、输入与输出同相、放大能力小于等于1。 改造方法:将分压偏置放大电路的集电极电阻短接。输出端接在发射极即可。
(1)、静态工作点的测量
接通电源,输入1KHZ的正弦信号,调试方法同上所述,获得最大不失真输出波形,之后us=0,测静态工作点数据,记录在下表2-12中
(2)测量电压放大倍数Au
接入负载,在输入端加f=1KHz的正弦波信号,在输出最大不失真的情况下,用交流毫伏表分别测量Ui 、UL之值,算出电压放大倍数。
电话:155xxxxxxxx 通信地址:贵州省都匀市剑江北路61号, 贵州省电子信息技师学院电工电子实习中心 姓名: 张瑞锋 邮编:558000 邮箱:zhangruifeng1573@163.com