实验三  晶体管共射极单管放大器

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A_V、输入电阻R_i、输出电阻R_O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仪的使用方法。

二、实验原理

晶体管单级放大电路有三种基本接法，即共射电路、共集电路、共基电路。三种基本接法的特点分别为：

1. 共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻大，频带较窄；常做为低频电压放大电路的单元电路。

2. 共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，具有电压跟随的特点。常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。

3. 共基电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，但频率特性是三种接法中最好的电路，常用于宽频带放大器。

放大电路的主要性能指标有：放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带等。而保证基本放大电路处于线性工作状态（不产生非线性失真）的必要条件是设置合适的静态工作点Q，Q点不但影响电路输出是否失真，而且直接影响放大器的动态参数。

本实验所采用的放大电路为电阻分压式工作点稳定的单管放大电路（图3-1）。它的偏置电路采用R_B1和R_B2组成分压电路，因此基极电位U_B几乎仅决定于R_B1与R_B2对V_CC的分压，而与环境温度的变化无关；同时三极管的发射极中接有电阻R_E，它将输出电流I_C的变化引回到输入回路来影响输入量U_BE，以达到稳定静态工作点的目的。当放大器的输入端加入输入信号u_i后，在放大器的输出端便可以得到一个与u_i相位相反，幅值被放大了的输出信号u_O，从而实现了电压放大。

图3-1电路的静态工作点可用下式估算：

而电压放大倍数、输入电阻、输出电阻分别为：

注意：测量放大器的静态工作点时，应在输入信号u_i=0的条件下进行。

单管放大电路的频率响应是描述放大电路对不同频率信号的适应能力。耦合电容和旁路电容使放大器的低频段的放大倍数数值下降，且产生超前相移；晶体管的极间电容使放大器的高频段的放大倍数数值下降，并产生滞后相移。放大器的幅频特性是指放大器的增益与输入信号频率之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路幅频特性如图3-2所示，A_VM为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频电压放大倍数的1/时，即0.707A_VM所对应的频率分别为下限频率f_L和上限频率f_H，则通频带为：f_BW=f_H -f_L。

测量放大器的动态指标时，应在输出电压u_O不失真的条件下进行。

三、实验仪器与设备

1. DS1052E型数字示波器

2. DG1022型双通道函数/任意波形发生器

3. YB2173F智能数字交流毫伏表

4. DT9205型数字万用表

5. EL-ELA-Ⅳ型模拟电路实验仪

四、实验内容及步骤

实验电路如图3-1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接在一起，同时函数信号发生器、示波器和交流毫伏表的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，使用屏蔽线时，其外包金属网应接在公共地线上。

图3-1  分压式单管放大电路                           图3-2  幅频特性曲线

1.测量静态工作点

在模拟电路实验仪上找到单管放大器的实验电路，使u_i=0，接通+12V电源，调节R_W使I_C=2.0mA（即U_E=2V），用数字万用表的直流电压档测量U_B、U_E、U_C。然后，关断实验仪的电源开关，将电路中接通R_W的开关置于“OFF”，即断开R_B2与电路其他部分的连线，用万用表的电阻档测量R_B2之值，将以上测量值记入表3-1。

其中计算值：U_BE = U_B-U_E         U_CE = U_C-U_E      I_C≈I_E=

表3-1  静态工作点测量记录

2.测量电压放大倍数A_V

保持I_C=2.0mA，用函数信号发生器，在放大器的u_S端输入u_RMS=100mV（如输出波形出现失真，可适当减小此值，直至失真消失为止）、f=10kHZ的正弦信号，同时用示波器观察记录u_S和u_O的波形，在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表测量不同R_C和R_L时的u_i、u_O值，计算放大倍数A_V，并记录u_i、u_O的相位关系。将以上测量值记入表3-2。

表3-2  电压放大倍数测量记录

3.测量输入电阻R_i和输出电阻R_O

使R_C=2.4kΩ，R_L=∞，I_C=2.0mA，在U_S端输入f=10kHZ的正弦信号，在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表测量输入电压u_S、u_i和输出电压u_O。

保持输出电压u_O数值不变，接入负载电阻R_L=2.4kΩ，测量此时带负载的输出电压u_L，记入表3-3中。

根据以上测量值计算输入电阻R_i和输出电阻R_O，与理论值比较。

其中，R_i、R_O根据下式计算：

，     

表3-3  输入电阻R_i和输出电阻R_O测量记录

4.测量最大不失真输出电压U_OPP

使R_C=2.4kΩ，R_L=2.4kΩ，在放大器的u_S端输入频率为f=10kHZ的正弦信号，用示波器观察输出端u_O的波形，调节输入信号的幅度，并同时调节电位器R_W（改变静态工作点），当输出波形同时出现削底和削顶现象时（如图3-3所示），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u_S的大小，在输出波形幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测量此时的u_O，即为最大不失真输出电压u_Omax，则动态范围为u_OPP=2u_O；再用示波器直接测量u_OPP（峰-峰值）。同时，测量集电极电流I_C、输入允许最大电压u_im，将以上测量   图3-3  静态工作点正常，               结果记入表3-4中。                                         输入信号过大引起的失真

表3-4  最大不失真输出电压测量记录

5.观察静态工作点对输出波形失真的影响

使R_C=2.4kΩ，R_L=∞， I_C=2.0mA，在放大器的u_S端输入频率为f=10kHZ的正弦信号，用示波器观察输出端u_O的波形，然后逐步加大u_S的幅度，使输出电压u_O足够大但不失真。保持输入信号u_S不变，分别增大和减小R_W之值（可根据电流I_C的大小判断），使输出波形出现明显失真，描绘两种失真波形，记录相应的I_C (I_C≈I_E=U_E/R_E)和U_CE值，将测试结果记入表3-5中。

6.测量幅频特性曲线

使R_C=2.4kΩ，R_L=∞，I_C=2.0mA，在放大器的u_S端输入f=10kHZ的正弦信号，用示波器观察输出波形不失真，用交流毫伏表测量并记录相应的输出电压u_O；改变输入信号的频率，记录不同频率时所对应的输出电压，分别找出f_L、f_H，将结果记录于表3-6中，然后根据所测数据绘出幅频特性曲线。

注意：为了保证曲线的准确性，在f_L、f_H附近测量点应密集一些。

五、预习报告要求

回答思考题：

1. 调节偏置电阻R_B2，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U_CE将怎样变化？

2. 改变静态工作点对放大器的输入电阻R_i有无影响？改变外接电阻R_L对输出电阻R_O有无影响？

表3-5  静态工作点对输出波形失真的影响测量记录

表3-6  幅频特性曲线测量记录

六、实验报告要求

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），分析产生误差的原因。

2. 总结R_C、R_L及静态工作点对放大器的电压放大倍数A_V、输入电阻R_i、输出电阻R_O的影响。

3. 说明实验电路图3-1中，R_E和C_E的作用。

第二篇：实验二单管放大器

实验二　晶体管共发射极单管放大器

　　一、实验目的

　　1、 学会放大器静态工作点的调试方法，及其对放大器性能的影响。

　　2、 掌握放大器电压放大倍数和最大不失真输出电压(选做)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、实验设备与器件

　  1、函数信号发生器                  3、交流毫伏表

2、双踪示波器　　　　　　　　　    4、万用电表

三、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R_B1和R_B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R_E，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u_i后，在放大器的输出端便可得到一个与u_i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。

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R_B1和R_B2 的电流远大于晶体管T 的                           

基极电流I_B时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算

      　  

              

  U_CE＝U_CC－I_C（R_C＋R_E）

　　电压放大倍数

　　　 　                

　　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，离不开测量和调试技术。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，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u_i＝0的情况下进行，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I_C以及各电极对地的电位U_B、U_C和U_E。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压U_E或U_C，然后算出I_C的方法，例如，只要测出U_E，即可用

　　算出I_C（也可根据，由U_C确定I_C），

同时也能算出U_BE＝U_B－U_E，U_CE＝U_C－U_E。

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I_C（或U_CE）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u_O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u_O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u_i，检查输出电压u_O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u_O波形失真的影响

改变电路参数U_CC、R_C、R_B（R_B1、R_B2）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R_B2的方法来改变静态工作点，如减小R_B2，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

　　最后还要说明的是，上面所说的工作点“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和通频带等。下面仅介绍电压放大倍数和最大不失真输出电压的测试原理：

　　1)　电压放大倍数A_V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u_i，在输出电压u_O不失真的情况下，用交流毫伏表测出u_i和u_o的有效值U_i和U_O，则

　　　　　　　

　　2)　最大不失真输出电压U_OPP的测量（选做）

如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此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R_W（改变静态工作点），用示波器观察u_O，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2－5）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U_O（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出U_OPP来。

图 2－5  静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

三、实验内容

实验电路如图2－8所示。将两级负反馈放大器的K₁通、K₂断开即可。

图2－8 共射极单管放大器实验电路

　　电路图可按图2－8所示方式连接，为防止干扰，各电子仪器的公共接地端必须连在一起，同时信号源、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R_W顺时针调至最大，不接输入信号。接通＋15V电源，调节R_W，使I_C＝2.0mA（即U_E＝2.0V），用直流电压表测量U_B、U_E、U_C及用万用电表测量R_B2值（测电阻时，断开电源）。记入表2－1。

表2-1             U_E＝2.0V

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u_S，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压u_S100mV，同时用示波器观察放大器输出电压u_O波形，在波形不失真的条件下用万用表交流电压档测量下述两种情况下的u_O值，并用双踪示波器观察及记录u_O和u_i的波形及相位关系，记入表2－2。

表2－2          U_E＝2V     u_i＝    mV

3、观察静态工作点对输出波形失真的影响

用直流电压档测出U_CE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R_W，使波形出现失真，绘出u₀的波形，并测出失真情况下的U_CE值，记入表2－3中。

表2－3  R_C＝2.4KΩ   R_L＝2.4 KΩ  U_E＝2V  u_i＝　　mV

    五、实验总结（请写在实验报告纸背后）

  　1、 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数与理论计算值比较，分析产生误差原因。

    2、 讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。