实验五晶体管放大电路的实验

【实验目的】

1．熟悉和掌握模拟电路实验箱的使用方法。

2．掌握放大器静态工作点的调试方法并分析静态工作点对放大性能的影响。

3．掌握放大电路输出电阻 R O 和输入电阻 R i 的测定方法。

【实验仪器】

1．双踪示波器一台

2．万用表一台

3．交流毫伏表一台

4．信号发生器一台

【实验原理】

1.放大器静态指标的测试

图5-1 共射极单管放大器实验电路

图5-1 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RB2 和RB1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U0，从而实现了电压放大。

在图5-1 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），则它的静态工作点可用下式估算，VCC 为供电电源，此为+12V。

电压放大倍数

输入电阻 

输出电阻

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数字万用表，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，然后算出IC 的方法，例如，只要测出UE，即可用

 或者

2) 静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流IC（或UCE）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的影响。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5-2（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5-2（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。

图5-2 静态工作点对U0 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5-3 所示，但通常多采用调节偏电阻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。

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。所以确切的说，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。如须满足较大信号的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

图5-3 电路参数对静态工作点的影响

2．放大器动态指标测试

放大器动态指标测试包括电压放大倍数、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

2) 输入电阻Ri 的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图2-4 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US 和Ui，则根据输入电阻的定义可得

测量时应注意：

测量R 两端电压UR 时必须分别测出US 和Ui，然后按UR=US -Ui 求出UR 值；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Ri 为同一数量级为好，本实验可取R=1～2KΩ。

3) 输出电阻RO 的测量

按图5-4 电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL 的输出电压UO 和接

入负载后输出电压UL，根据

即可求出RO

在测试中应注意，必须保持RL 接入前后输入信号的大小不变。

图5-4 输入、输出电阻测量电路

【实验内容】

1．连线

在主实验箱上正确插好晶体管模块，按图5-1 正确连接实验电路：TP7 接+12V 电源，TP3接地，TP1 作为信号Ui 输入端。开关S2、S3、S4、S5 向上拨，S1、S8、S10、S11、S12、S13 向下拨，S9 向左拨。连接跳线S6（此时S7、S14、S15 断开）。连接TP10 和TP19，即接入10K 负载。检查连线正确无误后按下直流电源开关K101 和K102。若正确连接，模块上的电源指示灯L 0 将会亮。

注：后续实验电路的组成都是这样按指导书提供的原理图在实验箱相应模块中进行连接，把分立元件组合在一起构成实验电路。若提到NPN管，则指NPN（9013），若提到PNP，则指PNP（9012）；对于开关，一般向上为开，向下为断，向左为断，向右为开，以后连接实验图均如此，不再详细说明。

2．测量静态工作点

静态工作点测量条件：输入端TP1 接地，即Ui =0。在步骤1 连线的基础上，TP1 接地（即Ui =0），调节电位器PR1，使三极管T1 发射极电流IC=1.0mA（即UE=1.1V）。用万用表测量三极管T1 各极电压UB、UE 和UC，用万用表测量RB2（见图5-1 标注）的值（断开电源和S2 测量RB2），记入表5-1。

表5-1 IC=1.0mA

3．测量电压放大倍数

断开电源，断开TP1 与地的连线，接通电源。从TP1 处输入频率为1KHz、峰峰值为50mV的正弦波信号Ui。用双踪示波器同时观察放大器输入电压Ui（TP1 处）和输出电压Uo（TP10处）的波形。在Uo 波形不失真的条件下，用毫伏表测量下述三种情况时(1.负载为10KΩ，即TP10 与TP19 相连；2.负载为1KΩ，即TP10 和TP18 相连；3.负载为∞，即断开TP10 处的连线)的Uo 有效值，并用双踪示波器观察Uo 和Ui 的相位关系，记入表5-2。

表5-2 IC=1.0mA Ui = mV （有效值）

注意：由于晶体管元件参数的分散性，定量分析时所给Ui 峰峰为50mV 不一定适合，需要根据实际情况适当调节Ui 峰峰值，以后不再说明。由于Uo 所测的值为有效值，故峰峰值Ui 需要转化为有效值或用毫伏表测得的Ui 来计算AV 值。切记万用表、毫伏表测量

的值是指有效值，而示波器测量的值是指峰峰值。

4．观察静态工作点对电压放大倍数的影响

在步骤3 RC=5.1KΩ，RL= ∞的条件下（参见图2-1），从TP1 处输入频率为1KHz、峰峰值为50mV 的正弦波信号Ui。调节电位器PR1，用示波器在TP10 处观察输出电压波形Uo。在Uo 不失真的条件下，测量T1 发射极的电流IC（怎么测）和Uo 值，记入表2-3。测量IC 时，要使Ui=0（断开输入信号Ui，TP1 接地）。

表5-3 RC=5.1KΩ RL= ∞ Ui = mV（有效值）

【实验报告】

1．整理实验数据和表格。

2．分析观察到的实验现象，得出实验结论。

【思考题】

1．在测试过程中怎样选择输入信号的大小和频率？为什么信号频率一般选1KHz，而不

选用1MHz？

2．为什么放大器的放大倍数没有达到10000 倍？若出现了放大倍数只有几倍的情况，

这是为什么？

第二篇：实验三、晶体管放大电路

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、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3－1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B点加入输入信号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。只有测量放大器输入电阻时，才可以从A点加入输入信号。

图3－1  共射极单管放大器实验电路

　　在图3－1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

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3－2(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3－2(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3－2  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3－3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3－3  电路参数对静态工作点的影响

　　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3－4 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3－4  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10-4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3－5）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 3－5  静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

三、实验设备与器件

　　1、实验电路板　　　　　　    2、函数信号发生器

　　3、双踪示波器　　　　　　　4、交流毫伏表

    5、万用表                  6、模拟实验箱

四、实验内容

　　按图3-1接线。先将实验板固定到实验箱面板上。电路板上是两级放大电路，本实验用第一级（左边）放大器，实验前用导线短接发射极100Ω电阻和+12V供电支路上开路点，交流毫伏表和示波器的屏蔽线信号线黑笔都联公共端（发射极为公共端，即接地端），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U_i，接输出端（与耦合电容C₂相连），则测量U_o。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u_i和u_o波形。

　　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3－1。

表3-1             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3－2。

表3－2          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设为20mV，调节R_W，改变大小I_C，用示波器监视输出电压波形，在u_O不失真的条件下，测量数组U_O和A_V值，记入表3－3。

表10－3　　　　R_C＝2.4KΩ   R_L＝∞  

　　测量I_C时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使U_i＝0）。

　　4、观察静态工作点对输出波形失真的影响

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2 KΩ，调节R_W使I_C＝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R_W，使波形出现失真，绘出u₀的波形，并测出失真情况下的I_C和U_CE值，记入表3－4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3－4    R_C＝2.4KΩ   R_L＝∞   U_i＝　　mV

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。