实验四  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、输入电阻、输出电阻的测试方法。

    3．熟悉常用电子仪器及电子技术实验台的使用。

二．实验原理

图2—1为电阻分压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u_o，从而实现了电压放大。

                                      图2—1

    在图2—1电路中，当流过偏置电阻R_B1 (R­_b和电位器R­_p的阻值)和R­_b2  的电流远大于晶体管的基极电流I_B时(一般5～10倍)，则它的静态工作点可用下式估算                             

     

  电压放大倍数                              

     输入电阻    r_i =R_b1//R_b2//r_be

     输出电阻    r_o » R_c

    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，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u_i =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，然后算出I_C的方法，例如，只要测出U_E，即可用I_C » I_E=  算出I_C(也可根据I_C= ，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

    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)                 (c)

图2—2

    改变电路参数U _­CC、R _C、R _B(R _B1、R _b2)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电阻R _B1的方法来改变静态工作点，如减小R _B1，则可使静态工作点提高等。

  图2—3 

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

    放大器动态指标测试有电压放大倍数、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)输入电阻的测量             

    为测量放大器的输入电阻，按图2-4电路在被测放大器输入端与信号源间串入一已知电阻R，在放大器正常工作情况下，用交流毫伏表测出U_s和U_i，则根据输入电阻的定义可得

测量时应注意：

    ? 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压U_R时必须分别测出U_s和U_i，然后接U_R=U_s—U_i求出U_R值。

    ? 电阻R的值不易取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与r_i为同一数量级为好，本实验可取R=1 KW～2 KW。

    3) 输出电阻的测量

    按图2—4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载R_L的输出电压U_o和接入负载后的输出电压U_L，根据

即可求出r_o

在测试中应注意，必须保持R _L接入前后输入信号的大小不变。

 图2—4

三．实验设备与器件

    1．万用表（自备）；                 2．信号源；

    3．示波器（自备）；                 4．交流毫伏表；

    5．直流电压表；                     6．9011。

四．实验内容

实验电路如图2—1所示。为防止干扰，各电子仪器的公共端必须连在一起

1．测量静态工作点

接通电源前，先将RP调到最大，信号源输出旋钮旋至零。接通+12V电源，调节RP使I_C=2.0mA(即U_E=3.0V)，用数字电压表测量U_B、U_E、U_C。记入表2—1中。

表2—1   I_c =2.0mA

  2．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置R_C=3KW，R_L=3KW，u_i=0，调节RP使I_C=2.0mA（可通过测量U_E来估算I_C）测出U_CE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u_o足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RP，使波形出现失真，绘出u_o的波形，并测出失真情况下的I_C和U_CE值，把结果计入表2—4中。每次测I_C和U_CE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表2—4   R_C=3KW，R_L=3KW

   失真情况可以用描述或波形；管子工作状态根据实验做出判断

   3．测量电压放大倍数

    在放大器输入端加入频率为1KH_Z的正弦信号u_s，调节信号源的输出旋钮使U_i=15mV，同时用示波器观察放大器输出电压u_o的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下U_o值，并用示波器同时观察u_o和u_i的相位关系，把结果记入表2—2中。

表2 —2    I_c =2.0mA   U_i = 15mV

4．测量输入电阻和输出电阻

    置R_C=3KW，R_L=3KW，I_C=2.0mA。输入1KH_Z正弦信号，在输出电压u_o不失真的情况下，用交流毫伏表测出U_s.U_i和U_L记入表2—6中。

保持U_s不变，断开R_L，测量输出电压U_o，记入表2—6中。

表2—6  I_c=2mA      R_c=3KW    R_L=3KW

  

五．实验报告

    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相比较(取一组数据进行比较)，分析产生误差原因。

    2．总结R_B，R_L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。

   

第二篇：电工--单管放大实验

实验一　晶体管共射极单管放大器（验证性实验）

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8-1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8-1  共射极单管放大器实验电路

　　在图8-1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

　　　                    　                

输入电阻　

　                   R_i＝R_B1 // R_B2 // r_be

输出电阻

                     R_O≈R_C

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，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u_i＝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8-2(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8-2(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8-2  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8-3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8-3  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（动态范围）和通频带等。

　　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)　输入电阻R_i的测量

　　为了测量放大器的输入电阻，按图8-4 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出U_S和U_i，则根据输入电阻的定义可得

图8-4  输入、输出电阻测量电路

　　测量时应注意下列几点:

　　① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压 U_R时必须分别测出U_S和U_i，然后按U_R＝U_S-U_i求出U_R值。

　　② 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与R_i为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。

　　3)　输出电阻R₀的测量

　　按图8-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 R_L的输出电压U_O和接入负载后的输出电压U_L，根据

          

即可求出

　　    

　　在测试中应注意，必须保持R_L接入前后输入信号的大小不变。

　　4)　最大不失真输出电压U_OPP的测量（最大动态范围）

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8-5）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 8-5  静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

　　5)　放大器幅频特性的测量

放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数A_U与输入信号频率f 之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图8-6所示，A_um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放大倍数的倍，即0.707A_um所对应的频率分别称为下限频率f_L和上限频率f_H，则通频带f_BW＝f_H－f_L

放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A_U。为此，可采用前述测A_U的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。

　　6)　干扰和自激振荡的消除

参考实验附录

                                    

 

                                        3DG        9011(NPN)

                                        3CG        9012(PNP)

                                                   9013(NPN)

图 8-6  幅频特性曲线                  图8-7晶体三极管管脚排列

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8-7所示）

10、电阻器、电容器若干

四、实验内容

　　实验电路如图8-1所示。各电子仪器可按实验一中图8-1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R_W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。记入表8-1。

表8-1             I_C＝2mA

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_i10mV，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交流毫伏表测量下述三种情况下的U_O值，并用双踪示波器观察u_O和u_i的相位关系，记入表8-2。

表8-2          Ic＝2.0mA      U_i＝    mV

3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝∞，U_i适量，调节R_W，用示波器监视输出电压波形。

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R_C，R_L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，R_B1＝20KΩ，R_B2＝60KΩ，R_C＝2.4KΩ，R_L＝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R_i和输出电阻R_O

2、能否用直流电压表直接测量晶体管的U_BE？ 为什么实验中要采用测U_B、U_E，再间接算出U_BE的方法？

3、当调节偏置电阻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怎样变化？

4、改变静态工作点对放大器的输入电阻R_i有否影响？改变外接电阻R_L对输出电阻R_O有否影响？

5、在测试A_V，R_i和R_O时怎样选择输入信号的大小和频率？

6、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在一起），将会出现什么问题？