单级晶体管小信号放大器

一、实验目的

1．  掌握单级放大器的 一种设计方法

2．  掌握晶体管放大器静态工作点的放置与调整方法。

3．  掌握放大器性能的测量和调整方法。

二、实验原理

1．  电路工作原理

晶体管放大器中，广泛应用工作点稳定的阻容耦合共射极放大器，如图3-2-1所示

   

1静态工作点Q主要由R_B1、R_B2、R_E、R_C及电源电压+V_CC所决定。该电路利用电阻R_B1、R_B2的分压固定基极电位V_BQ。如果满足条件I₁>>I_BQ，当温度升高时，I_CQ↑→V_EQ↑→V_BE↓→I_BQ↓→I_CQ↓，结果抑制了I_CQ的变化，从而获得稳定的静态工作点。

只有当I₁>>I_BQ时，才能保证V_BQ恒定。这是工作点稳定的必要条件，一般取

            

2此放大器是交流放大器中最常用的一种基本单元电路。交流信号经耦合电容C₁加到基极，引起基极电流作相应的变化，从而控制集电极电流作更大的变化。它将在RC上产生交流电压，通过电容C₂馈送到负载电阻R_L上。这个输出电压V_O比输入电压V_I放大了A_V倍。

为了使放大器正常放大，一定要设置合适的静态工作点Q。Q点应选择在三极管特性曲线的放大区的中间。

对于小信号放大器。一般取I_CQ=0.5~2mA，

电路的静态工作点由下列关系式确定

阻容耦合放大器由于有耦合电容C₁、C₂及旁路电容C_E的存在，将使放大器增益A_V随信号频率下降而下降，幅频特性曲线如图3-2-2所示。

    

中间区域放大倍数最大，且基本不变，记为中频放大倍数A_VM，而频率高于或低于该区域放大倍数都要下降，当A_V下到0.707A_VM所对应的频率应为f_H和f_L，分别是放大器的上限频率和下限频率。A_V、f_H和f_L可按下式计算：

             

             

             

式中R_E^’=R_E//[（R_S+R_BE）/（1+β）]通常R_S<r_be，可略去R_S。又以为，C₁、C₂对f_L的影响小于C_E，可略去C₁、C₂。放大器的f_H将取决于集电极负载，三极管本身极间电容和外部线路分布电容，为了消除分布电容大小不一的影响，又能满足f_H的要求往往加上较大容量的C_O。

2．  设计举例

设计一阻容耦合单级晶体管放大器

已知 V_CC=+12V，R_L=1.5KΩ，V_I=10MV，f=1kHz的正弦波

要求 ：A_V>=40,放大器工作点稳定

解  ⑴  确定电路及晶体管

因为只要求放大器工作点稳定及A_V>=40而无其它要求，因此可采用图3-2-1所示的分压式偏置共射极放大器，晶体管选用高频小功率管3DC8，通常要求β>A_V，故选β=60

⑵ 计算元件参数

取I_CQ=2mA，V_BQ=4V得

                取标称值1.5kΩ

             

             

             

             

              则   

对于音频小信号放大器经验是：

输入、输出耦合电容C₁、C₂通常取（5~20）µF，在此 取10µF

射极旁路电容C_E通常取（50~200）µF，在此取100µF，C_O取2000pF

三、设计任务

1．预习要求

⑴掌握小信号低频放大器静态工作点的选择原则

⑵掌握放大器主要指标的定义及其测量方法

2．设计课题：单级晶体管小信号放大器的设计

已知条件：V_CC=+12V，R_L=10mV ，f=1kHz的正弦波

⑴基本技术指标要求  A_V>=50，   放大器工作点稳定

⑵提高性课题

设计一单级放大电路，要求 A_V>=50，并能通过此电路观察Q点变化对输出波形的影响

四、实验步骤

1．  在面包板上安装电路，加+12V电源

2．  测量与调整静态工作点，V_EQ、V_BQ、V_CQ使Q点处于三极管的放大区

3．  用低频信号发生器加输入信号，测V_O同时用示波器观察V_O波形应不失真，计算A_V=V_O/V_I

4．  测放大器的输入阻抗R_I，输出阻抗R_O

⑴测R_/

在信号源与放大器电路之间串接一个10KΩ电阻，如图3-2-4所示

               

∵

∴

⑵测R_O

如图3-2-5所示，可将放大器等效成一个电压源V_O′（即空载输出电压）和R_O相串联的信号源，

则   

∴   

5．  测出上限频率f_H和下限频率f_L，f=1kHz时，将信号源频率由低向高改变，当V_O减小到V_O的0.707倍时，所对应的分别是f_L、F_H。

以上各步骤的结果应满足技术指标要求，若不满足应调整修改元件参数值，并将修改后的元件参数值标在电路图上。

六、实验报告要求

设计性实验报告要求包括：

1．  已知条件

2．  技术指标

3．  实验仪器

4．  电路原理

5．  设计步骤

⑴选择电路形式

⑵电路设计：对所选电路中的各元件值进行计算式估算，并标于图中

6．  测试与调整。

⑴按技术要求测试数据，并整理列出表格，在方格纸上绘出波形

⑵故障分析及说明。

7．  误差分析

8．  思考题

七、思考题

1．  测量放大器静态工作点时，如果测得V_CEQ< 0.5V,说明三极管处于什么工作状态？如果V_CEQ≈V_CC，三极管又处于什么工作状态？

2．  本实验中若出现图3-2-3 所示失真波形，试判断它们各属于哪种类型的失真？

    

八、实验仪器与器件

仪器：     双踪示波器                         一台

直流稳压电源                     一台

毫伏表、万用表                  各一

低频信号发生器                  一台

器件：    三极管3DG8             1只

电阻                    若干                 

电容 10μF               2只

     100μF                               1只

     1000pF                             1只

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第二篇：单级晶体管小信号放大器

单级晶体管小信号放大器

一、实验目的

1．  掌握单级放大器的 一种设计方法

2．  掌握晶体管放大器静态工作点的放置与调整方法。

3．  掌握放大器性能的测量和调整方法。

二、实验原理

1．  电路工作原理

晶体管放大器中，广泛应用工作点稳定的阻容耦合共射极放大器，如图3-2-1所示

   

1静态工作点Q主要由R_B1、R_B2、R_E、R_C及电源电压+V_CC所决定。该电路利用电阻R_B1、R_B2的分压固定基极电位V_BQ。如果满足条件I₁>>I_BQ，当温度升高时，I_CQ↑→V_EQ↑→V_BE↓→I_BQ↓→I_CQ↓，结果抑制了I_CQ的变化，从而获得稳定的静态工作点。

只有当I₁>>I_BQ时，才能保证V_BQ恒定。这是工作点稳定的必要条件，一般取

            

2此放大器是交流放大器中最常用的一种基本单元电路。交流信号经耦合电容C₁加到基极，引起基极电流作相应的变化，从而控制集电极电流作更大的变化。它将在RC上产生交流电压，通过电容C₂馈送到负载电阻R_L上。这个输出电压V_O比输入电压V_I放大了A_V倍。

为了使放大器正常放大，一定要设置合适的静态工作点Q。Q点应选择在三极管特性曲线的放大区的中间。

对于小信号放大器。一般取I_CQ=0.5~2mA，

电路的静态工作点由下列关系式确定

阻容耦合放大器由于有耦合电容C₁、C₂及旁路电容C_E的存在，将使放大器增益A_V随信号频率下降而下降，幅频特性曲线如图3-2-2所示。

    

中间区域放大倍数最大，且基本不变，记为中频放大倍数A_VM，而频率高于或低于该区域放大倍数都要下降，当A_V下到0.707A_VM所对应的频率应为f_H和f_L，分别是放大器的上限频率和下限频率。A_V、f_H和f_L可按下式计算：

             

             

             

式中R_E^’=R_E//[（R_S+R_BE）/（1+β）]通常R_S<r_be，可略去R_S。又以为，C₁、C₂对f_L的影响小于C_E，可略去C₁、C₂。放大器的f_H将取决于集电极负载，三极管本身极间电容和外部线路分布电容，为了消除分布电容大小不一的影响，又能满足f_H的要求往往加上较大容量的C_O。

2．  设计举例

设计一阻容耦合单级晶体管放大器

已知 V_CC=+12V，R_L=1.5KΩ，V_I=10MV，f=1kHz的正弦波

要求 ：A_V>=40,放大器工作点稳定

解  ⑴  确定电路及晶体管

因为只要求放大器工作点稳定及A_V>=40而无其它要求，因此可采用图3-2-1所示的分压式偏置共射极放大器，晶体管选用高频小功率管3DC8，通常要求β>A_V，故选β=60

⑵ 计算元件参数

取I_CQ=2mA，V_BQ=4V得

                取标称值1.5kΩ

             

             

             

             

              则   

对于音频小信号放大器经验是：

输入、输出耦合电容C₁、C₂通常取（5~20）µF，在此 取10µF

射极旁路电容C_E通常取（50~200）µF，在此取100µF，C_O取2000pF

三、设计任务

1．预习要求

⑴掌握小信号低频放大器静态工作点的选择原则

⑵掌握放大器主要指标的定义及其测量方法

2．设计课题：单级晶体管小信号放大器的设计

已知条件：V_CC=+12V，R_L=10mV ，f=1kHz的正弦波

⑴基本技术指标要求  A_V>=50，   放大器工作点稳定

⑵提高性课题

设计一单级放大电路，要求 A_V>=50，并能通过此电路观察Q点变化对输出波形的影响

四、实验步骤

1．  在面包板上安装电路，加+12V电源

2．  测量与调整静态工作点，V_EQ、V_BQ、V_CQ使Q点处于三极管的放大区

3．  用低频信号发生器加输入信号，测V_O同时用示波器观察V_O波形应不失真，计算A_V=V_O/V_I

4．  测放大器的输入阻抗R_I，输出阻抗R_O

⑴测R_/

在信号源与放大器电路之间串接一个10KΩ电阻，如图3-2-4所示

               

∵

∴

⑵测R_O

如图3-2-5所示，可将放大器等效成一个电压源V_O′（即空载输出电压）和R_O相串联的信号源，

则   

∴   

5．  测出上限频率f_H和下限频率f_L，f=1kHz时，将信号源频率由低向高改变，当V_O减小到V_O的0.707倍时，所对应的分别是f_L、F_H。

以上各步骤的结果应满足技术指标要求，若不满足应调整修改元件参数值，并将修改后的元件参数值标在电路图上。

六、实验报告要求

设计性实验报告要求包括：

1．  已知条件

2．  技术指标

3．  实验仪器

4．  电路原理

5．  设计步骤

⑴选择电路形式

⑵电路设计：对所选电路中的各元件值进行计算式估算，并标于图中

6．  测试与调整。

⑴按技术要求测试数据，并整理列出表格，在方格纸上绘出波形

⑵故障分析及说明。

7．  误差分析

8．  思考题

七、思考题

1．  测量放大器静态工作点时，如果测得V_CEQ< 0.5V,说明三极管处于什么工作状态？如果V_CEQ≈V_CC，三极管又处于什么工作状态？

2．  本实验中若出现图3-2-3 所示失真波形，试判断它们各属于哪种类型的失真？

    

八、实验仪器与器件

仪器：     双踪示波器                         一台

直流稳压电源                     一台

毫伏表、万用表                  各一

低频信号发生器                  一台

器件：    三极管3DG8             1只

电阻                    若干                 

电容 10μF               2只

     100μF                               1只

     1000pF                             1只

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