单管放大电路实验指导书

一、实验目的

1 了解晶体管及相关器件的基本特性；

2 熟悉常用仪器的使用方法；

3 掌握放大电路的主要指标和测试方法；

4 掌握放大电路指标与电路参数的相互关系。

二、实验仪器及器件

设备条件：万用表，示波器，函数发生器，直流稳压电源

实验器材

表1.1

三、 预习要求

1什么是静态工作点，如何测量静态工作点，如何调节静态工作点；

   2电路放大倍数的定义和测量方法；

   3输入电阻、输出电阻的测量方法；

   4最大不失真输出电压的测量方法；

   5 实验电路器件布局。

四、实验原理

基本放大电路有共射极、共基极、共集电极三种构成方式，本次实验采用共射极放大电路,如图1.1所示。三极管是一个电流控制电流源器件（即I_C＝βI_B），通过合理设置静态工作点，实现对交流电压信号的放大。放大电路的主要参数有电压放大倍数A_v、输入电阻r_i、输出电阻r_o。

……………………………………….(1)

 ……………………………………………….(2)

   ………………………………………………….(3)

式（1）中：   R_C为集电极电阻，R_L为负载电阻。

 ………………….(4)

由式（1）（2）（4）可以看出：I_B↑→I_E↑→r_be↓→r_i↓→A_V↑

由式（1）（3）可以看出：R_C↑→r_O↑→A_V↑

在负载开路（R_L＝∞）时：  ,忽略偏置电路对输入电流的影响r_i＝r_be 式（1）可以写成：

上式表明电路放大倍数A_v与输出电阻r_o成正比，与输入电阻r_i成反比。

                图1.1 单管放大器共射极电路

图1.1所示的放大电路中，在静态工作点的设置电路上与教材中的常见电路有所不同，电位器与固定电阻串联接在电源和地之间构成基极电流调节电路，优点1降低了对电位器的阻值的要求，只要R₁和R_W阻值相等电位器滑动端的电压就可以在0-0.5V_CC之间调节；优点2观察饱和失真和截止失真比较方便；优点3串联电阻R₂大大降低偏置电路对交流输入电阻的影响，使测量结果与实测结果更加接近。

五、实验内容

5.1 静态工作点的设置

图1.2 单管放大器直流（静态）电路

5.1.1什么是静态工作点

静态工作点是指在电路输入信号为零时，电路中各支路电流和各节点的电压值。通常直流负载线与交流负载线的交点Q所对应的参数I_BQ、I_CQ、V_CEQ是主要观测对象，如图1.3所示，在电路调试过程中，电路参数确定以后，对工作点起决定作用的是I_B，测量比较方便的是V_CE，通过调节R_W1改变电流I_B，通过测量V_CE判断工作点是否合适。

5.1.2静态工作点的设置原则

在有负载的情况下，输入信号的变化使工作点沿交流负载线变化，从图1.2中V_CE的变化规律可以看出：在不考虑三极管的饱和压降时，V_CE向减小方向的变化幅度为V_CEQ，向增大方向的变化幅度为I_CQ×R_L’,要获得最大的不失真输出幅度则:

V_CEQ＝I_CQ×R_L’

由于V_CEQ和I_CQ满足直流负载线方程V_CEQ＝V_CC －I_CQ×R_C 代入上式得：V_CEQ＝V_CC×R_L/(R_C+2R_L)

上式表明：当R_L=R_C时：V_CEQ＝V_CC/3是获得电压最大不失真输出幅度。

当无负载时（R_L＝∞）：V_CEQ＝V_CC/2是获得电压最大不失真输出幅度。

在电压输出幅度满足不失真的要求的条件下，减小I_CQ可以适当提高输入电阻，电压放大倍数随之减小，反之，增大I_CQ可以适当增大电压放大倍数，输入电阻随之减小。

                        图 1.3 静态工作点示意图

                 图1.4 电路布局参考

5.1.3 静态工作点的测量

用万用表可以测量直流电压，用示波器同样可以测量直流电压。万用表，有效位数多，测量精度高，示波器可以同时测量直流电压和交流电压，比万用表方便，能够满足测量精度要求。测量方法是：

⑴ 将示波器的输入端短路，调整垂直旋钮，将扫描轨迹设置在合适的位置，作为零电压线；

⑵ 将示波器探头接入被测式点（注意地线必需先连接好），记录扫描轨迹的偏移距离，读取示波器的垂直灵敏度；

⑶ 计算被测电压，比如：示波器的垂直灵敏度为每格1伏，垂直偏转为3格则：

直流电压＝垂直灵敏度×偏转格数＝3伏。

工作点调试和测量过程

⑴ 按图1.2和图1.4所示连接电路。

⑵ 调节直流电源输出12伏电压，关闭电源输出开关。

⑶ 连接实验电路到直流电源，打开电源输出开关。

⑷调节位器R_w1，观察电压V_C的变化范围，（忽略射极电阻R_E上的压降近似认为V_C=V_CE）记录最大值和最小值，最后使V_C保持在你认为合适的位置并记录值的大小，将测量结果填如表1.2。

表1.2 静态工作点测量（电源电压＝12V）

分析说明：该电路集电极电压变化范围和集电极电流变化范围。

5.2 单管放大电路动态参数测量

5.2.1动态参数测试电路

交流放大电路如图1.5所示，电路中C₁为输入耦合电容，C₂为输出耦合电容，C₃为交流旁路电容。在工作点调整好后，关闭电源，调节信号源输出频率为1KHz，输出幅度为100mV的正弦波，通过R_S连接到放大电路输入端。

根据电压放大倍数的定义A_v=V_o/V_i  V_o 放大电路输出电压幅度，V_i 放大电路输入电压幅度。

图1.5 单管放大器动态测试电路

图1.6 动态等效电路

5.2.2放大倍数测量原理

根据电压放大倍数的定义：

A_v=V_o/V_i       （无负载时的电压放大倍数）

Av_L=Vo_L/Vi      (有负载时的电压放大倍数)

测量输出电压V_o和输入电压V_i就可以计算出电压放大倍数。

5.2.3 输入输出电阻的测量原理

电阻的测量采用串联电阻法，操作方法1串联合适（阻值与输入电阻同数量级）的固定电阻，测量分压比，计算输入电阻或输出电阻。

有动态等效电路可知，串联已知电阻R_S测量V_s和V_i

（V_s-V_i）: R_S = V_i : r_i   则   r_i=R_S×V_i /（V_s-V_i）

测量输出电阻时接已知阻值的负载电阻R_L测量有负载电阻的输出电压V_OL和无负载电阻时的输出电压V_O

(V_O-V_OL) : r_o = V_OL : R_L则  r_o=R_L×(V_O-V_OL ) / V_OL

 

操作方法2将R_S（或R_L）用电位器（可变电阻）替代，调节电位器使V_i＝0.5V_s 则r_i＝R_S（或V_OL=0.5V_O则 r_o＝R_L），关闭电源，取下电位器用万用表测量电位器值就是被测参数r_i或 r_o 。

5.2.4 动态参数的测量

表1.3 动态参数测量记录表 （电源电压＝12V ）

分析说明：电容对放大倍数的影响。当接入射极电容时，输入电压和输出电压的相位不是180度，说明原因。

　　操作步骤：

⑴电路如图1.5连接好后，用示波器监视测量点V_i和V_o 调节输入信号幅度，观测输出信号V_o的幅度变化，保持输入和输出信号不失真。在无Ce时V_i约200mV，有Ce时V_i约100mV

⑵同时测量并记录输入信号V_S.、V_i的幅值和输出信号V_O 、V_OL的幅值，填入表1.3。

⑶并比较V_ｉ和V_O的相位关系，画出V_ｉ和V_O的对比波形，如果有相移，分析说明产生的原因并测试证明其正确性。

⑷用示波器同时测量V_C和V_O，比较两者的差别，画出V_C和V_O的对比波形。

⑸计算电路的输入输出电阻和有负载及无负载的电压放大倍数，说明电容Ｃe对放大倍数的影响。

5.2.5 最大不失真输出电压测量

表1.4 最大不失真输出电压记录表（R_L开路）

分析说明：电源电压与不失真幅度的关系。

  操作步骤：

⑴ 断开负载电阻R_L，按表1.4条件改变电路工作电压。

⑵ 增大输入信号，观察输入和输出信号波形变化，当出现饱和失真或截止失真时，再次调节工作点，使饱和失真和截止失真同时出现，饱和失真和截止失真出现之前的最大输出电压幅度为最大不失真输出幅度。

⑶ 计算说明工作电压对输入电阻和放大倍数的影响。

六、扩展实验内容

1 在无射极旁路电容Ce、 Vcc=12V的条件下，测量发射极电阻为50欧姆、100欧姆时的放大电路特性参数，研究说明射极电阻对A_v、r_i、r_o的影响。

2在射极旁路电容Ce、Vcc=12V的条件下，测量V_CEQ等于4伏、6伏、9伏时的放大电路特性参数，研究说明工作点对A_v、r_i、r_o的影响。

七、思考题

1.静态工作点对输入电阻和放大倍数有影响吗？说明理由。

2.放大电路的最大不失真输出电压幅度和电路的V_CC有关吗？

3.电路参数保持不变，提高V_CC放大倍数将如何变化？

发件人: 佘新平

主　题: 单管实验反馈
时　间: 20##年3月24日 11:41:28

建议：

（1）最大不失真电压的测量做两种情况就够了VCC=12V、10V。

（2）单管实验电路的形式与教材中的典型电路不同，学生感到陌生。能否在前面简单介绍一下该电路与教材中的典型电路比较有何优点。
    （3）表1.2 静态工作点测量中最好同时测量基极电流的大小。

对建议的处理：

建议1 指导书不做修改，老师根据学生完成情况而定。

建议2 增加电路说明。

建议3 静态工作点测基极电流比较麻烦，最好不测。基极电流只有微安级，质量差的表也测不准。

9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管，下面介绍s9013的引脚图参数等资料，希望大家记住。

　　参数：

　　结构 NPN

　　集电极-发射极电压 25V

　　集电极-基极电压 45V

　　发射极-基极电压 5V

　　集电极电流Ic Max 0.5A

　　耗散功率 0.625W

　　工作温度 -55℃ ~ +150℃

　　特征频率 150MHz

　　放大倍数 D64-91 E78-122 F96-135 G122-166 H144-220 I190-300

  

从左往右依次为发射极、基极、集电极

主要用途 放大电路

第二篇：1 单管放大电路实验指导书V3

单管放大电路实验指导书

一、 实验目的

1 了解晶体管及相关器件的基本特性；

2 熟悉常用仪器的使用方法；

3 掌握放大电路的主要指标和测试方法；

4 掌握放大电路指标与电路参数的相互关系。

二、 实验仪器及器件

设备条件：万用表，示波器，函数发生器，直流稳压电源

实验器材

表2.1

三、 预习要求

1 什么是静态工作点，如何测量静态工作点，如何调节静态工作点；

   2电路放大倍数的定义和测量方法；

   3输入电阻、输出电阻的测量方法；

   4 最大不失真输出电压的测量方法；

四、实验原理

单管放大电路是指只有1个三极管和电阻、电容构成的基本放大电路，根据交流回路的公共关系，基本放大电路有共射极、共基极、共集电极三种构成方式，本次实验采用共射极放大电路,如图4.1所示。

三极管是一个电流控制电流源器件（即Ic＝βIb），Ic、Ib都正值，被放大的交流信号有正值有负值，通过合理设置静态工作点，用工作点的下降表示交流信号负值，实现对负信号的放大，输入电压通过输入电阻产生输入电流Ib的变化，电流Ic的变化通过输出电阻变成输出电压的变化，从而实现电压信号的放大。放大电路的主要参数有电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro。三者之间的关系如下：

……….(1)

 …………………………………………………………………(2)

……………………………………………………..(3)

式（1）表明Av与输出电阻Ro成正比，与输入电阻Ri成反比。

                 图4.1 共射极晶体管放大电路

五、实验内容

5.1 静态工作点的设置

1什么是静态工作点

静态工作点是指在电路输入信号为零时，电路中各支路电流和各节点的电压值，通常电路的工作点用Vce的值来代表，或者用Vc来代表，在共射极放大电路中，在没有接发射极电阻的情况下Vce＝Vc。

2静态工作点的设置原则

在放大交流信号的过程中，放大电路的工作点的发生变化，Vc增大输出交流信号的正值，信号的正向电压不会超过电源电压，Vc的下降输出交流信号负值，信号的负不会超过静态工作点电压，因为交流信号正向最大值和负向最大值相等，所以将静态工作点设置在电源电压的一半才有正负对称的最大输出幅度。如果考虑负载的影响，静态工作点设置在1/2电源电压并不是最佳状态。如果不要求有最大的交流输出幅度，静态工作点也可以不在1/2电源电压上。

3 工作点的测量

用万用表可以测量直流电压，用示波器同样可以测量直流电压。万用表，有效位数多，测量精度高，示波器可以同时测量直流电压和交流电压，比万用表方便，能够满足测量精度要求。

⑴ 将示波器的输入端短路，调整垂直旋钮，将光线设置在合适的位置，作为零电压线；

⑵ 将示波器探头接入被测式点（注意地线必需先连接好），记录光线的偏置距离，读取示波器的垂直灵敏度；

⑶ 计算被测电压，比如示波器的垂直灵敏度为每格1伏，垂直偏转为3格则：

直流电压＝垂直灵敏度×偏转格数＝3伏。

图5.1所示电路是图4.1的直流简化电路，首先调节电位器RV1，观察电压Vc的变化范围，记录最大值和最小值，最后使Vc接近1/2电源电压并记录值的大小，将测量结果填如表5.1。

                          图5.1 单管放大器直流电路

表5.1 工作点测量（电源电压＝12V）

分析说明：该电路能够正常工作的输出电压范围

5.2 放大倍数测量

交流放大电路如图5.2所示，电路中C1为输入耦合电容，C2为输出耦合电容，C3为交流旁路电容。在工作点调整好后，关闭电源，连接电容到电路中，调节信号源输出频率为1KHz，输出幅度100mV；

根据放大倍数的定义Av=Vo/Vi  Vo 放大电路输出电压，Vi 放大电路输如电压。

图5.2 单管放大电路

输入信号Vs由信号发生器提供，将信号发生器的输出直接连接到输入端R5上，调节输入信号幅度，观察输出信号Vc的幅度变化，比较Vc和Vo的差别，按表格要求的测试条件修改电路结构，同时测量并记录输入信号Vs、Vi的值和输出信号Vo的值，注意输出信号不要失真，计算电路的放大倍数，说明电容对放大倍数的影响，电源电压对放大倍数的影响。

表4.2 放大倍数测量 （RL开路Vs＝        ）

分析说明：工作电压和电容对放大倍数的影响。

5.3 输入电阻与输出电阻的测量

1 测量原理

电阻的测量采用串联分压法，测量原理电路如图5.3所示。

在测量输入电阻时，在放大电路的输入端串接一个电阻RS，把放大电路的输入电阻看成是Ri，RS为已知，测量电压V1和电压V2，计算出输入电阻Ri；

在测量输出电阻时，在放大电路的输出端串接一个电阻RL，Ro与RL构成串联电路，RL开路时测量出电压V1，RL接入时测出电压V2，RL为已知，计算出输出电阻Ro；

⑴ 调节输入信号幅度，使放大电路的输出信号不失真，幅度尽量大些；

⑵ 测量并记录信号V1和V2的大小；

⑶ 根据电路原理V1 : (RS+Ri) = V2 : Ri 或V1 : (Ro+RL) = V2 : RL

如果RS已知，则 Ri=RS×V2 /（V1-V2）

如果RL已知，则 Ro=RL×(V1-V2) / V2

注：当RS和Ri（或Ro和RL）近似相等时测量误差最小。

另一种测量操作方法是将测量过程的已知参数用电位器（可变电阻）替代，调节电位器使V2＝0.5V1 则Ri＝RS（或Ro＝RL），用万用表测量电位器值是被测参数。

               图5.3 输入电阻输出电阻测量原理

2 测量步骤

⑴通过理论计算，选择合适的RS的值，调节信号幅度使放大电路的输出不失真；

⑵测量V1和V2填入表中；分别测量有发射极电容和无发射极电容时的输入电阻值，通过计算说明发射极电容对输入电阻的影响。

表5.3A 输入电阻测量

分析说明：发射极电容对输入阻抗的影响。

测量放大电路的输出电阻 (通过理论计算，选择合适的RL的值)

⑴调节输入信号幅度保证输出不失真，在不接RL的情况下，测量输出幅度，填入V1；

⑵接入RL再次测量输出信号幅度，填入V2.

⑶计算等效输出电阻Ro

表5.3B 输出电阻测量

分析说明：发射极电容对输出电阻的影响。

5.4 最大不失真输出电压测量

在放大倍数测量条件下（12伏电压，有射极电容Ce），增大输入信号，观察输出信号，再次调节工作点，使饱和失真和截止失真同时出现，记录输出电压幅度。

表5.4 最大不失真输出电压（RL开路）

分析说明：工作电压对最大不失真输出幅度的影响。

六、扩展实验内容

1 断开射极电容C3，改变射极电阻，研究射极电阻对Av、Ri、Ro的影响。

2 改变工作点，测量Av、Ri、Ro，研究工作点对Av、Ri、Ro的影响。

七、思考题

1.静态工作点对输入电阻和放大倍数有影响吗？说明理由。

2.放大电路的最大不失真输出电压幅度和电路的工作电压有关吗？

3.电路参数保持不变，提高工作电压，放大倍数将如何变化？