实验四   两级放大电路

一、实验目的:

1.掌握多级放大器静态工作点的调整与测试方法。

2.掌握两级放大电路的失真消除方法及放大倍数测量方法。

3.掌握两级放大器频率特性测量方法.

4.进一步掌握两级放大电路的工作原理和参数计算方法。

二、实验仪器

示波器   数字万用表   信号发生器   直流电源  双踪示波器   毫伏表

三、预习要求

1.复习多级放大电路内容及频率响应特性理论。

2.分析两极交流放大电路，估计测试内容的变化范围。

3.按照实验原理图和基本要求用Multisim进行仿真，并采用DC分析、AC分析和瞬态分析对实验数据和波形进行处理。

四、实验原理

实验电路如下图所示，是两级阻容耦合放大器

 

1. 静态工作点的计算测量
  阻容耦合多级放大器各级的静态工作点相互独立，互不影响。所以静态工作点的调整与测量与前述的单击放大器一样。图示的实验电路，静态值可按下式计算。
=                  =β

=Vcc-（+）               =

=          ≈             =/β
实际测量时，先把静态工作点调到最佳位置，然后只要测出两个晶体管各级对地的电压，经过换算便可得到其静态工作点值的大小。

2．多级放大器放大倍数的测量
  多级放大电路，不管是采用阻容耦合还是直接耦合，前一级的输出信号即为后级的输入信号，而后级的输入电阻会影响前级的交流负载。多级放大电路的放大倍数，为各级放大倍数的乘机，而每一级电路电压放大倍数的计算，要将后级电路的输入电阻作为前级电路的负载来计算，上图实验电路中
Au=Au1Au2=﹒ 

 Ri2=R////rbe2≈rbe2
实际测量时，可直接测量第一级和第二级输入，输出电压，或两级的输入输出电压，并验证上述结论。
3．多级放大器的输入，输出电阻
  多级放大器不存在级间反馈时，输入电阻为第一季放大器的输入电阻，输出电阻为最后一级放大器的输出电阻。本实验电路中，
 输入电阻:Ri=Ri1=Rb1//(Rbe1+(1+β)Re1)  

 输出电阻: Ro=Ro2=Rc2
4．多级放大器的幅频特性
  多级放大器幅频特性的测量原理与单级放大器相同，理论分析与实践验证都表明，多级放大器的通频带小于任一单级放大器的通频带

五、实验内容

1.按图电路装接电路，注意接线尽可能短。

2.放大电路接入+12V直流电源。

3.调整测量最佳静态工作点。

实际测量调试步骤如下：

（1）现将10KΩ电位器调到最小，然后调节R使Uce1约为5~6V，再调节使Uce2约为6~7V。断开第一级晶体管的连载，串入数字多用表测量Ic1，断开第二级集电极连线，测量Ic2,将测量数据填入下表

                       静态工作点初调值

（2）输入端Us加入1KHz幅度10~20mV的交流信号。微调电位器Rp1和Rp2，用示波器两个通道同时观察Uo1和Uo2输出波形，使Uo1不失真，Uo2输出波形为最大不失真。

     然后断开信号发生器，用数字多用表的DC档测量两个晶体管各电极对地的直流电压和电流并记录，将数据填入下表中

                      静态工作点最佳值

仿真结果：

4.多级放大倍数的测量

                     电压放大倍数测量值

则空载时的放大倍数：Au=495+475.9／2=485.5

加3KΩ负载时的放大倍数：Au=452.6+422.1／2=437.4

5.测两级放大器的频率特性

①将放大器的负载断开，先将信号发生器输出信号频率调到1khz，其输出幅度调到使放大器的输出幅度最大而不失真。示波器观察之

②保持上述信号发生器的输出信号幅度不变，改变频率，用交流毫伏表分别测量对应频率放大器的输出电压并填入表中。

③接上负载，重复以上实验。

根据以上实验数据画出幅频特性图，计算出fL和fH以及带宽ＢＷ，分析数据与单级放大电路进行对比，总结出多级电路的性能特点

由测量值计算得到：fL=300Hz；fH=50kHz

                  BW=fH-fL=49.7KHz

则由以上数据可得：多级电路比单极电路的放大倍数大，通频带小，同时级数多的情况下，有噪声大，频响差的问题。

第二篇：两级阻容耦合放大电路

  两级阻容耦合放大电路                                                                                                                                                                                                                                                 

通常放大电路的输入信号都是很弱的，一般为毫伏或微伏数量级，输入功率常在1mV以下。为了推动负载工作，因此要求把几个单级放大电路连接起来，使信号逐级得到放大，方可在输出获得必要的电压幅值或足够的功率。由几个单级放大电路连接起来的电路称为多级放大电路。在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合；如耦合电路是采用电阻、电容进行耦合，则叫做“阻容耦合”。

阻容耦合交流放大电路是低频放大电路中应用得最多、最为常见的电路。本实验采用的是两级阻容耦合放大电路，如图3-1所示。

图3-1  两级阻容耦合放大电路

在晶体管V₁的输出特性曲线中直流负载线与横轴的交点U_CEQ1=V_CC，与纵轴的交点（U_CE=0时）集电极电流为

静态工作点Q₁位于直流负载线的中部附近，由静态时的集电极电流I_CQ1和集-射电压U_CEQ1确定。当流过上下偏流电阻的电流足够大时，晶体管V₁的基级偏压为

晶体管V₁的静态发射极电流为

静态集电极电流近似等于发射极电流，即

晶体管V₁的静态集电极电压为

两级阻容耦合放大电路的总电压放大倍数为

其中，第一级放大电路的电压放大倍数为

晶体管V1的等效负载电阻为

可作为第一级放大电路的外接负载，第二级放大电路的输入电阻为

晶体管V₁和V₂的输入电阻分别为

第二级放大电路的电压放大倍数为

其中，等效交流负载电阻。

  1、两级放大电路静态工作点的测量。

（1）创建如图3-2所示两级阻容耦合放大电路。断开函数信号发生器与电路的连接，将电路输入端接地。单击仿真开关，进行仿真分析。用数字万用表或动态测试探针分别测量节点电压V_B1、V_C1、V_E1、V_B2、V_C2及V_E，并记录测量结果于表3-1中。

图3-2  两级阻容耦合放大电路静态工作点测量原理图

（2）根据阻值R₁、R₂和电源电压V_CC，计算节点电压U_B1。

（3）设U_BE为0.7V，由基极偏压U_B1估算V₁管的射极偏压U_E1、射极电流I_E1和集电极电流I_C1。根据I_E1，V_CC和R_C1估算集电极偏压U_C1。

（4）确定V₁管的静态工作点Q₁，即I_BQ1，I_CQ1和U_CEQ1。

 2、两级电压放大倍数的测量。

（1）创建如图3-3所示两级阻容耦合放大电路。将函数信号发生器接入电路。单击仿真开关，进行仿真分析。由双踪示波器显示的波形，记录输入电压峰值U_i1p和输出电压峰值U_o1p，同时记录输入输出波形的相位差。

（2）创建如图3-4所示两级阻容耦合放大电路。将函数信号发生器接入电路。单击仿真开关，进行仿真分析。由双踪示波器显示的波形，记录输入电压峰值U_i2p和输出电压峰值U_o2p，同时记录输入输出波形的相位差。

图3-3  第一级电压放大倍数测量原理图

图3-4  第二级电压放大倍数测量原理图

（3）创建如图3-5所示两级阻容耦合放大电路。将函数信号发生器接入电路。单击仿真开关，进行仿真分析。由双踪示波器显示的波形，记录输入电压峰值U_ip和输出电压峰值U_op，同时记录输入输出波形的相位差。

（4）根据电压的读数，计算第一级放大电路的电压放大倍数A_u1、第二级放大电路的电

图3-5  总电路电压放大倍数测量原理图

压放大倍数A_u2和总电路的电压放大倍数A_u。

（5）用第一级放大电路的电压放大倍数A_u1和第二级放大电路的电压放大倍数A_u2计算总电路电压放大倍数A_u。

（6）设β为200，用R_C1，R_E1，r_be1，r_be2，R₃，R₄和R_E2计算第一级放大电路的电压放大倍数A_u1。

（7）用R_C2，R_L，r_be2和R_E2计算第二级放大电路的电压放大倍数A_u2。

3、两级阻容耦合放大电路频率特性的测量

测量原理如前所述。为简便起见，本实验要求用三点法，只测三个特殊频率点，即、、。输入信号的频率和幅度由自己选择，用毫伏表测出中频时的输出电压。然后分别降低或增大信号源的频率（注意在改变频率时应保持不变），使输出幅度下降到，记下此时对应的信号频率（分别为上限截止频率和下限截止频率）

多级放大器的放大倍数

     

  但要注意多级放大器级联时，后级放大器是前级放大器的负载，计算时要将后级的输入电阻当成前级的负载电阻。 

多级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻，而输出电阻就是最后一级的输出电阻。即：

                              

1.         负反馈放大器

1)        负反馈类型及判定

根据输出端反馈信号的取样方式的不同和输入端信号的叠加方式的不同：负反馈可分为四种基本的组态：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。

   判断反馈放大器的类型主要抓住三个基本要素：

（1）反馈的极性，即正反馈还是负反馈，可用瞬时极性法判断，反馈使净输入减小为负反馈，使净输入增强为正反馈；

（2）电压反馈还是电流反馈，决定于反馈信号在输出端的取出方式；

（3）串联反馈还是并联反馈，决定于反馈信号与输入信号的叠加方式，以电压方式叠加为串联反馈，以电流方式叠加为并联反馈。

2)        负反馈对放大电路性能的影响

负反馈虽然使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态参数，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽频带等。

负反馈使放大器的放大倍数下降

闭环放大倍数：

式中A是开环放大倍数，F是反馈系数，1+AF称为反馈深度。注意式中A、F、A_f根据反馈类型的不同，其物理意义不同，量纲亦不同。

负反馈提高放大电路的稳定性

        式中（dA_f/A_f）是闭环放大倍数的相对变化量，（dA/A）是开环放大倍数的相对变化量。

串联负反馈使输入电阻增加：

              并联负反馈使输入电阻减小：

              电压负反馈使输出电阻减小：

电流负反馈使输出电阻增大：

负反馈使上限截止频率提高：

      使下限截止频率下降：，从而展宽频带

负反馈还可以减小放大器的非线性失真

3)        深度负反馈电路放大倍数的计算：

深度负反馈时，，所以闭环放大倍数

注意式中A、F、A_f根据反馈类型的不同，其物理意义不同，量纲亦不同。

对于电压串联负反馈，A、F、A_f都是电压之比，所以其闭环电压放大倍数为：

                    

2.         实验电路

本次实验以两级阻容的带电压串联负反馈放大电路为例，分析多级放大电路以及引入负反馈后对电路性能的影响，电路参看图1

图1  多级放大与电压串联负反馈电路

  RW2的P2端用100Ω电阻连接到地时，电路处于开环状态（切断反馈信号，但保留反馈回路的负载作用），各级的动态参数如下：

      第二级放大器：        

                

第一级放大器：        

                

      电路构成的两级放大器，其参数为：

           

RW2的 P2端与P1接通（断开开环时的接地电阻100Ω），RW2引入电压串联负反馈，电路分析如下：

      反馈系数：

闭环电压放大倍数A_uuf的估算：

          

深度负反馈时，闭环电压放大倍数A_uuf估算：

          

闭环输入电阻R _{i f}：

          

闭环输出电阻R_{o f}：

          

式中：R_i—开环输入电阻； R_o—开环输出电阻

A_u —带负载R_L时的开环电压放大倍数

      

1.         开环参数的测量

将电路开环（RW2选20kΩ电阻，P2端用100Ω电阻连接到地），接通负载（接通P3、P4），使电路工作在开环、带负载工作状态。

参照实验一中晶体管单管放大器实验中介绍的方法，测量开环情况下，电路的中频电压放大倍数A_uu，输入电阻R_i，输出电阻R_O。

1)        以f = 1KHz，U_s =20 mV的正弦信号（实际信号幅度可根据实际情况选取，方便测量即可）输入放大器，负载R_L接通，用示波器监视输出波形U_o，在U_o不失真的情况下，用数字示波器测量开环情况下U_s、U_i、U_o1、U_o，记入表3.3。

2)        断开负载R_L，在输出不失真的情况下，测量空载时的U_o' ，记入表3.3

           

*3）测量通频带

RW2断开，在带负载且输出不失真的情况下，保持输出电压Uo的值不变，改变信号发生器的输出频率，找出开环情况下的上、下限频率f_L和f_H，

       测量负反馈放大器的各项性能指标：

将RW2（=20 kΩ）的 P2端与P1接通（断开开环时的接地电阻100Ω），使RW2引入负反馈，适当加大输入信号Us（约50mV，实际信号幅度可根据实际情况选取，方便测量即可），在输出波形不失真的情况下，参照开环参数的测量方法，测试闭环参数记入表3.3和表3.5中，如果f_Hf的值大于1MHz，超过低频信号发生器的输出频率范围，则记为≥1MHz 。

按照同样的办法计算A_uuf、R_if、R_of，根据实验结果，计算电路参数填入表3.4

4．观察负反馈对非线性失真的改善：

以下测试应保持R_L不变。

1)        将RW2断开，在开环的情况下，输入端加入1KHz的正弦信号，输出端接示波器。逐渐增大输入信号的幅度，使输出信号出现失真，记下此时的输出波形和输出电压幅度。

2)        RW2接通，在闭环的情况下，增大输入信号的幅度，使输出电压的幅度与上面记录的幅度相同，记录输出波形，比较有负反馈时输出电压波形的变化。

5. 深度负反馈

      将RW2换成1 kΩ，2 kΩ，分别测量闭环放大倍数，与估算结果比较。

      RW2=2 kΩ，将电路中RE21短路，再测量一次闭环放大倍数，与估算结果比较。