第二篇：实验一 晶体管单管放大电路

实验一  晶体管单管放大电路

一、实验目的

    1．学习放大电路静态工作点调试方法，分析静态工作点对放大电路性能的影响。

2．学习放大电路电压放大倍数及最大不失真输出电压的测量方法。

3．测量放大电路输入、输出电阻。

4．进一步熟悉各种电子仪器的使用。

二、实验原理

图1－1为电阻分压式静态工作点稳定放大电路，它的偏置电路采用R_B1 = R_W1 + R₃和R_B2 = R_W2 + R₄组成的分压电路，并在发射级中接有电阻R_E = R₆，用来稳定静态工作点。当在放大电路输入端输入信号U_i后，在放大电路输出端便可得到与U_i相位相反、被放大了的输出信号U₀，实现了电压放大。R₁和R₂组成输入信号的分压电路，其目的是防止输入信号过大，损坏三极管。

图1－1

在电路中静态工作点为：

       

       

       

动态参数：

电压放大倍数

    其中

输入电阻：若开关合上，即R₇短接

       

    输出电阻：

    放大电路输入电阻测试方法：若输入信号源U_S经R₁ = 5.1k与C₁串联后再接到三极管V₁的基极，测得U_S和，即可计算出

    输出电阻可用下式计算：

其中为R_L未接入时（R_L = ¥）U₀之值，U₀为接入R_L时U₀之值。

1．静态工作点的测试

    1）静态工作点的测量

放大电路的静态工作点是指在放大电路输入端不加输入信号U_i时，在电源电压V_CC作用下，三极管的基极电流I_B，集电极电流I_C以及集成极与发射极之间的电压U_CE等。测量静态工作点时，应使放大电路输入信号U_­i = 0，即将信号源输出旋钮旋至零（通常需将放大电路输入端与地短接）。然后测出I_C，或测出R_E两端电压，间接计算出I_C来，I_B = I_C / b, U_BE, U_CE用数字式直流电压表进行测量，在测试中应注意：

a) 测量电压U_BE、U_CE时，为防止引入干扰，应采用先测量B、C、E对地的电位后进行计算，即：

        U_BE = U_B – U_E

        U_CE = U_C – U_E

    b) 为了测量I_B、I_C和I_E，为了方便起见，一般先直接测量出U_E后，再由计算得到：

       

       

    总之，为了测量静态工作点只需用直流电压表测出U_C、U_B、U_E即可推算出。

2）静态工作点的调试：

放大电路的基本任务是在不失真的前提下，对输入信号进行放大，故设置放大电路静态工作点的原则是：保证输出波形不失真并使放大电路具有较高的电压放大倍数。

改变电路参数U_CC、R_C、R_B都将引起静态工作点的变化，通常以调节上偏置电阻取得一合适的静态工作点，如图1－1中调节R_W1。R_B1减小将引起I_C增加，使工作点偏高，放大电路容易产生饱和失真，如图1－2－a所示，U₀负半周被削顶。当R_B1增加，则I_C减小，使工作点偏低，放大电路容易产生截止失真，如图1－2－b所示。U₀正半周被缩顶。适当调节R_b1可得到合适的静态工作点。

 

图1－2

2．电压放大倍数的测量

测量电压放大倍数的前提是放大电路输出波形不应失真，在测量时应同时观察输出电压波形。在U₀不失真条件下分别测量输出电压U₀和输入电压U_i的值，则：。

电压放大倍数大小和静态工作点位置有关，因此在测量前应先调试好一定的静态工作点。

3．最大不失真输出电压的测量

为了在动态时获得最大不失真输出电压，静态工作点应尽可能选在交流负载线中点，因此在上述调试静态工作点的基础上，应尽量加大U_i，同时适当调节偏置电阻R_B1（R_W1），若加大U_i先出现饱和失真，说明静态工作点太高，应将R_B1增大，使I_C小下来，即静态工作点低下来。若加大U_i时先出现截止失真，则说明静态工作点太低，应减小R_B1使I_C增大。直至当U_i增大时截止失真和饱和失真几乎同时出现，此时的静态工作点即在交流负载线中点。这时，再慢慢减小U_i，当刚刚出现输出电压不失真时，此时的输出电压即为最大不失真输出。

三、实验设备及所用组件箱

四、实验步骤

    1．用图示仪测量所用管子的b值

测量V_CE = 6V, I_C = 1mA和I_C = 3mA时的b值。    b₁ =             

2．静态工作点测试：

a) 将三极管V₁的信号输入端H与地短接（即用一短线将H端接地端连通）。用导线短接电位器R_W2和电阻R₇。连接R6和C2的上面两端。

b) 调节R_W1，使I_C = 2mA，测U_C、U_B、U_E值计入表1－1中。

表1－1     b=             

3．电压放大倍数的测量

a) 将H、K点用一短线接通，保持I_C = 2mA，调节函数发生器，使其输出正弦波信号，频率为f = 1kHz，信号加在U_S和接地端之间，逐渐加大输出信号幅度，使U_i = 5mV，（注意：U_i是H端对地的电压），同时用示波器观察输出信号U₀的波形，在U₀不失真情况下，测量下述二种情况下的U₀值。记入表1－2中

（1）R_C = 3.3k   R_L = ¥

（2）R_C = 3.3k   R_L = 2kW

表1－2

b) 用示波器观察U_i、U₀间相位关系，描绘之。

4．静态工作点对电压放大倍数的影响

使R_L = ¥，U_i = 5mV，用示波器监视U₀波形，在U₀不失真的范围内，测出数组I_C和U₀值。记入表1－3。

表1－3

5．最大不失真输出电压的测量

使R_L = ¥，尽量加大U_i，同时调节R_W1改变静态工作点，使U₀波形同时出现削底失真和缩顶失真，再稍许减小U_i，使U₀无明显失真，测量此时的U_imax和U_omx及I_C值。记入表

1－4。

表1－4

6．静态工作点对放大电路失真的影响

取I_C = 1.5mA，R_L = ¥，调节U_i，使之略小于U_imax，此时U₀波形不失真，测量U_CE和I_C值，并绘出U₀波形，调节R_W1，使I_C减小，观察U₀波形的变化，当U₀波形出现失真后，绘出U₀波形，然后将函数发生器输出信号幅度调节旋钮至零，测量此时的U_C、U_CE。

调节R_W1，使I_C增大，当U₀波形产生失真后，绘出U₀波形，然后将信号源输出旋钮旋至零，测量此时U_CE、I_C值，将上述结果记入表1－5。

表1－5

7．输入电阻r_i的测量

最简单的办法是采用如图1－3所示的串联电阻法，在放大电路与信号源之间串入一个已知阻值的电阻R_S，通过测出U_S和U_i的电压来求得r_i

   

本实验中，用R₁代替R_S，断开H、K间短线其余同前面实验，函数发生器输出信号电压U_S加于U_S和接地端之间，其余同前面实验。测得U_S、U_i^'，记入表1－6，计算出r_i。

 

(a)                               (b)

图1－3

测试时注意U_S不应取得太大，以免晶体管工作在非线性区。

                                                  表1－6  R₁ = 5.1kW，R_L = 2kW

8．输出电阻r₀的测量

测量输出电阻时的电路如图1－3－b所示，测出放大电路输出电压在接入负载R_L时的值U₀和不接负载（R_L = ¥）时的输出电压U₀'的变化来求得输出电阻。具体方法是将图1－1又恢复原状，即H、K再次短接起来，函数发生器输出从U_S和地端输入，且将放大电路输入信号的频率调至1kHz，幅度保持恒定（U_i约5mV）的正弦电压，用双踪示波器监视输入，输出波形不失真的前提下，测得负载电阻R_L接入和不接入二种情况下放大电路的输出电压U₀和U₀'从而求得输出电阻

   

将测到的值记入表1－6，并计算出r₀。

五、实验报告

1．整理实验中所测得的实验数据。

2．将实验值与理论估算值相比较，分析差异原因。

3．总结静态工作点对放大电路性能的影响。

4．讨论在调试过程中出现的问题。

六、预习思考

1．复习教材中有关晶体管单管放大部分的内容

2．根据电路参数估算A_U、r_i、r₀ （取I_C = 2mA，b＝100）

3．在测试放大器的各项参数时，为什么要用示波器监视输出波形不失真？

4．如何判断放大器的截止和饱和失真？当出现这些失真时应如何调整静态工作点？