实验一 单管共发射极放大电路特性的研究
一．实验目的
1．掌握单管共发射极放大电路静态工作点的设置、测量和调节方法；
2．掌握单管共发射极放大电路的电压增益、输入电阻和输出电阻的测量方法；
3．了解电路参数变化对放大电路的性能的影响。
二．实验设备与器件
1．直流稳压电源； 2．函数信号发生器； 3．交流毫伏表；
4．万用表； 5．双踪示波器 6．元器件：三极管3DG6，电阻、电容、电位器及开关若干
三．基本知识
1．放大电路的静态工作点
放大电路的静态工作点的设置是否合适，关系到放大电路能否正常、稳定地工作。因此，放大电路的静态工作点的设置与调节是十分重要的。
l 静态工作点的选择对非线性失真的影响
由晶体管的输出特性曲线可知，当输入信号的幅度较小时，适当提高静态工作点电流会降低非线性失真，但应以输出信号不进入饱和区为限；当静态电流相同时，输入信号的幅度越小，所产生的非线性失真越小；
l 静态工作点对放大电路动态输出范围的影响
应使放大电路的静态工作点处于交流负载线的中央，这样可以获得最大的不失真输出，也可得到最大的动态工作范围。
l 静态工作点对放大电路放大能力的影响
对于单管共发射极放大电路，其电压放大倍数为：
， （
）
其中
与静态工作电流有关：
式中
为晶体管基区体电阻，基本上不随工作电流变化；
是发射极静态工作电流。所以，静态工作点的选择会影响放大电路的电压放大倍数。
（1）静态工作点的选择
静态工作点的选择，原则上应使放大电路产生的非线性失真最小，动态范围最大，并且尽可能得到最大增益。在选择静态工作点时，应首先在负载上得到所需的幅值并满足关于非线性失真的要求；在此基础上，尽可能地获得最大增益。
（2）静态工作点的设置
为了稳定静态工作点，一般采用基极分压式射极偏置电路来设置静态工作点，电路如图1所示。这样的电路结构能使静态工作点有较高的温度稳定性。
（3）静态工作点的调节
描述静态工作点的参数是
，
和
，一般可用数字式万用表测量。如果不满足要求，可调整
，使其达到设计要求。在具体测试时，一定要考虑测试仪表对被测电路的影响，应注意下列问题：
l 测试应在没有交变信号时进行；
l 测电流时为了不改动电路可用测电压的方法，再由电压换算为电流；
图1 分压偏置共射极放大电路
2．放大电路的动态性能
放大电路的动态性能主要包括放大电路的电压放大倍数
，输入电阻
和输出电阻
等参数。
（1）电压放大倍数的测量
电压放大倍数的测量实质上是对交流输入电压
与输出电压
的有效值
和
的测量。将测得的
和
值代入下式，则可得到电压放大倍数的大小：
（2）输入电阻的测量
放大电路输入电阻的大小，反映了放大电路消耗前级信号功率的大小，是放大电路的重要指标之一。测试输入电阻的原理如图2所示。在放大电路的输入回路中串联一个已知电阻
，加入交流信号源
后，在放大电路输入端产生一个电压
。
则 
而 
所以 
可见，放大电路输入电阻的测量，实际上是通过测量串联在输入回路中已知电阻
两端分别相对于地的电压
和，并对其进行计算求出其输入电阻。
（3）输出电阻的测量
放大电路输出电阻的大小反映了放大电路带负载能力的强弱。当放大电路与负载连接时，对负载来说，放大电路就相当于一个有一定内阻的信号源，而这个等效信号源的内阻就是放大电路的输出电阻。越小，放大电路的输出等效电路就越接近于恒压源，带负载的能力就越强。
放大电路输出电阻的测量电路如图3所示。设接入负载时的输出电压为
，输出端开路时的电压为。
当接入负载
时， 
而 
当不接负载时， 
所以
可见，放大电路输出电阻的测量，实际上是通过测量放大电路输出开路时的电压和接上负载后的输出电压
，并进行计算求出输入电阻
。
四．实验内容及步骤
实验原理电路如图4所示。
1．测量静态工作点
接通＋12V电源，调节
，使
。因直接测量
需要断开集电极回路，所以一般采用电压测量法来换算成电流，即用万用表直流电压挡测得
两端电压为4.8V即可。
图4 共射极单管放大电路实验电路
设置好静态工作点后，用万用表直流电压挡分别测量基极B、集电极C和发射极E的对地电位，填入表1。根据测量结果，计算放大电路的静态工作点。（按
计算）
表1 静态工作点的测量
2．测量电压放大倍数
调节函数信号发生器，使之输出一个频率为
，有效值为
（用交流毫伏表监测）的正弦信号
，将其接到放大电路的输入端（B点）。同时用示波器观察放大电路的输出电压
的波形，在不失真的情况下，用交流毫伏表测量负载分别为2.4K和无穷大时输出电压的有效值，计算放大电路的电压增益
，并用示波器同时观察和的相位关系，把结果计入表2。
表2 电压放大倍数的测量
3．测量输入电阻和输出电阻
静态工作点保持原状态不变（即
不动），将频率为，有效值为
的正弦信号
接入到A点，相当于在信号源和放大电路之间串入一个已知电阻。用交流毫伏表分别测量
（A点）和（B点）。将结果记入表3中。按下式求
根据表2中测量结果，按下式求输出电阻（为开路时的输出电压有效值，接负载后的输出电压有效值），将结果记入表3中。
表3 输入电阻和输出电阻的测量
4．观察静态工作点对输出波形的影响
置
，
，，调节，用示波器监视输出电压波形，使之分别出现饱和失真和截至失真。测量出现失真时输出电压的有效值，计算电压增益，记入表4；测量此时的静态值和，记入表4中。（注意测量和时，应断开）。
表4 静态工作点对放大电路输出波形的影响
五．实验预习要求
1．阅读教材中有关单管放大电路的内容；
2．掌握单管共射极放大电路静态工作点的设置以及各种动态指标参数的概念；
3．预习实验原理和测量方法，写出预习报告。
六．实验报告要求
1．记录并整理测量结果，并把测量值与理论值进行比较，分析产生误差的原因。
2．归纳总结实验内容（4）中静态工作点的变化对输出波形的影响。
3．认真思考以下问题并回答：
（1）若电路中基极偏置电阻和
选取过小，将会对放大电路的静态性能和动态性能产生什么影响？
（2）实验电路参数
及
的变化，对输出信号的动态范围有何影响？如果输入信号加大，输出信号的波形将产生什么失真？
第二篇：共射放大电路的设计
第三章 设计型实验
实验一 共射极放大器的设计
一． 实验目的
1．学会根据一定的技术指标设计单级阻容耦合共射极放大器。
2．学会在计算机上进行电路仿真及验证。
3．练习安装技术，学会检查、调整、测量电路的工作状态。
4．掌握测量放大器的电压放大倍数、频率响应曲线和动态范围的方法。
5． 定性了解工作点对输出波形的影响。
二．预习要求
1．复习有关共射极放大器的理论知识，了解共射极放大器静态工作点的选择原则及放大器主要指标的定义及测量方法。
2．根据给出的技术指标计算出放大器电路各元件数值，制定出实验方案，选择实验仪器设备，并在计算机上进行电路仿真，找出元件最佳值。
三．共射极放大器的设计方法
共射极放大器的设计，是指根据技术指标要求，确定电路方案、选择晶体管和直流电源电压，确定静态工作点和电路元件的数值。对于信号幅度较大的放大器，除了应有适当的电压放大倍数外，还应有足够的动态范围（指放大器最大不失真输出信号的峰峰值）。这时对工作点的选择必须考虑外接负载的影响，只有恰当的选择EC、Rc和静态工作点Q，才能达到所需的动态范围。
设计一个共射极放大器，通常是给出所要达到的放大倍数Au、负载电阻RL的值、输出电压幅度Uom（或动态范围Uop-p）和某一温度范围内的工作条件。然后根据这些指标进行电路的设计和参数的计算。
1．动态范围与电路参数的关系
对于图1的放大器，当输出信号的动态范围有一定的要求时，应根据给定的负载电阻RL的值和动态范围Uop-p 以及发射极电压UEQ来选择电源电压EC、确定直流负载Rc和静态工作点Q。
+EC
Rc
Rb1 C2
Ib1
C1 IBQ
3DG6
RL uo
ui Rb2
Re Ce
图1 共射极放大器电路图
具体步骤如下：
（1） 选择电源电压EC
通常稳定条件为：
UB = （5 ~ 10）UBE （1）
Ib1 = （5 ~ 10）IBQ （2）
EC ≥1.5（Uop-p +UCES）+ UEQ （3）
UCES为晶体管的反向饱和压降，一般小于1V，计算时取1V，UEQ » UB 。
（2） 确定直流负载Rc
（4）
其中，E¢C = EC - UEQ
(3) 确定静态工作点Q
ICQ = bIBQ （5）
UCEQ » EC - ICQRc - UB （6）
另外根据图2所示放大器的电压最大输出范围可得：
UCEQ = Uom＋UCES （7）
（8）
iC （mA）
A 饱和线
N
Q
ICQ=Icm
B M
0 Uom uCE
UCES
Uop-p
图2 放大器的电压最大输出范围
(4) 偏置电路元件计算公式
（9）
（10）
（11）
单级放大器的设计方法举例：
设计一个放大器，它的主要技术指标为：
① 电压放大倍数Au ≥80
② 输出电压峰峰值Uop-p = 6V
③ 负载电阻RL = 3.6 KW
④ 信号源内阻 Rs = 600W
⑤ 带宽Df = 100Hz ~ 100kHz
⑥ 有较好的温度稳定性
设计步骤：
1．确定电路方案，选择晶体管
要求有较好的温度稳定性，放大器的静态工作点必须比较稳定，为此采用具有电流负反馈的共射极放大器，如图1所示。因放大器的上限频率要求较高，故选用高频小功率管3DG6，其特性参数为：
ICM = 20mA ，BUCEO ³ 20V，fT ³ 150MHz，b = 60。
由于 bUCEO >EC，ICM > IC一倍以上，因此可以满足要求。
2．选择电源电压EC
根据（3）式，UEQ » UB =（5～10）UBEQ = 3.5～7 V，
对于硅管，UEQ = 3～5V，现取UEQ = 4V，饱和压降UCES一般取1V，于是EC为：
EC ³ 1.5（Uop-p＋UCES）＋ UE
= 1.5 ( 6＋1 ) ＋ 4 = 14.5 V
取 EC = 15V
3．计算Rc
直流负载电阻Rc与放大倍数、动态范围等都有关系。在本例中，要求有较大的动态范围，故应用下式计算Rc的值：
其中E¢C=EC－UEQ=15-4=11
= 4.8 ´ 103W
= 4.8kW
4．确定静态工作点
静态工作点的电流ICQ和电压UCEQ 分别为：
UCEQ = Uom+UCES = 3+1 = 4V
5．校核放大器倍数：
其中R¢L = RL∥Rc
所以Au值达到指标要求。
6．计算偏置电路元件Rb1、Rb2与Re等。
从（2）、（5）式可得： IBQ = ICQ / b，Ib1 = 8 IBQ
因要求Q点较稳定，故Ib1取大点，于是：
其中：UBQ = UEQ + UBEQ = 4+0.7 = 4.7V； 实验时，Rb1可用4.7kW 电阻与100 kW电位器串联来代替，Rb2取24 kW，Re取2.7 kW，Rc取4.7 kW，RL为3.6 kW。
6． 选择电容C1、C2和Ce
单级放大器的低频响应是由C1、C2和Ce决定的，如果放大器的下限频率fL已知，可按下列公式估算C1、C2和Ce：
取C1 = C2 = 10 uF，Ce = 100uF的电解电容，就可满足要求。
四．实验内容与方法
设计一个单级放大器。其技术指标如下：
① 电压放大倍数Au > 60
② 输出电压峰峰值Uop-p = 4V
③ 负载电阻RL = 3KW
④ 信号源内阻Rs = 600W
⑤ 带宽Df = 20Hz ~ 200kHz
⑥ 有较好的温度稳定性。
步骤如下：
（1）根据技术要求选好放大器电路后，计算放大器各元件的参数值。
（2）将设计好的电路先在计算机上仿真，适当改变元件的参数，确定最佳值。
（3）按设计好的电路进行安装、调试与参数测量（参看基础型实验三）。
五．实验报告要求
按以下内容撰写实验报告：
1． 根据给定的指标要求，计算元件参数，列出计算机仿真的结果。
2． 绘出设计的电路图，并标明元件的数值。
3． 实验数据处理，作出Auo ~ f曲线图。
4． 实验结果分析。