三极管共射放大电路实验

三极管共射放大电路实验一.实验目的和要求1.学习共射放大电路的设计方法。2.掌握放大电路静态工作点的测量与调整方法。3.学习放大电路性能指标的测试方法。4.了解静态工作点与输出波形失真的关系，掌握最大不失真输出电压的测量方法。5.进一步熟悉示波器、函数信号发生器、交流毫伏的使用。二.实验内容和原理1.静态工作点的调整和测量2.测量电压放大倍数3.测量最大不失真输出电压4.测量输入电阻和输出电阻5.测量上限频率和下限频率6.研究静态工作点对输出波形的影响放大器最佳静态工作点：要使放大器不失真地放大，必须选择合适的静态工作点。初选静态工作点时，可以选取直流负载线的中点，即VCE＝1/2×VC或IC＝1/2×ICS(ICS为集电极饱和电流，ICS≈VCC/Rc)这样便可获得较大输出动态范围。当放大器输出端接有负载RL时，因交流负载线比直流负载线要陡，所以放大器动态范围要变小，如前图所示。当发射极接有电阻时，也会使信号动态范围变小。要得到最佳静态工作点，还要通过调试来确定，一般用调节偏置电阻的方法来调整静态工作点。实验名称：三极管共射极放大电路姓名：学号：三.主要仪器设备示波器、信号发生器、晶体管毫伏表共射电路实验板四.操作方法和实验步骤1.静态工作点的调整和测量P.2实验电路图准备工作：(1)对照电路原理图，仔细检查电路的完整性和焊接质量。(2)开启直流稳压电源，将直流稳压电源的输出调整到12V，并用万用表输出电压。确认后，先关闭直流稳压电源。(3)将电路板的工作电源端与12V直流稳压电源接通。然后，开启直流稳压电源。此时，放大电路、处于工作状态。静态工作点的调整：调节电位器，使Q点满足要求(ICQ＝1.5mA)。·直接测电流不方便，一般采用电压测量法来换算电流。·测电压时，要充分考虑到万用表直流电压档内阻对被测电路的影响。因此应通过测电阻Rc两端的压降VRc，然后计算出ICQ。·若测出VCEQ＜0.5V，则说明三极管已饱和；若VCEQ≈+VCC，则说明三极管已截止。若VBEQ>2V，则说明三极管已被击穿。静态工作点的实验数据注(1)估算时取电流放大倍数=100。(2)理论值可能通过模型估算，也可以采用仿真结果。2.测量电压放大倍数(RL=∞、RL=2kΩ)(1)保持放大电路的静态工作点不变(2)从信号发生器输出1kHz的正弦波，作为放大电路的输入(Vi=10mV有效值）。(3)用示波器监视输出波形，波形正确后再用交流毫伏表测出有效值。3.测量最大不失真输出电压(RL=∞、RL=2kΩ)(1)静态工作点不变，用示波器监视输出波形。(2)逐渐增大输入信号幅度，直至输出刚出现失真。(3)测量时通常以饱和失真为准(当Q点位于中间时)。(4)交流毫伏表测出有效值。实验名称：三极管共射极放大电路姓名：学号：4.测量输入电阻和输出电阻(1)测量输入电阻Ri实验原理：放大电路的输入电阻可用电阻分压法来测量，图中R为已知阻值的外接电阻，分别测出Vs和Vi，则RVVVRVVVIVRisiisiiii/)(P.3实验步骤：(1)输入正弦波。(2)用示波器监视输出波形，要求不失真。(3)用交流毫伏表测出Vs和Vi，计算得到Ri。(2)测量输出电阻Ro。实验原理：放大电路的输出电阻可用增益改变法来测量，分别测出负载开路时的输出电压Vo'和带上负载RL后的输出电压Vo，则实验步骤：(1)输入正弦波。(2)用示波器监视输出波形，要求不失真。(3)断开负载，毫伏表测出Vo'。(4)接上负载，毫伏表测出Vo。5.测量上限频率和下限频率(RL=∞、RL=2kΩ)实验原理：实验名称：三极管共射极放大电路姓名：学号：实验步骤：(1)静态工作点不变，用示波器监视输出波形。(2)从信号发生器输出1kHz的正弦波。(3)调节输入信号幅度，用交流毫伏表测出，使输出Vo=1V。(4)保持输入信号幅度不变，降低信号频率，输出幅度下降至0.707Vo时得到下限频率fL。(5)保持输入信号幅度不变，增大信号频率，输出幅度下降至0.707Vo时得到上限频率fH。'oLoLoVRRRVLoooRVVR1'P.46.研究静态工作点对输出波形的影响(RL=∞)静态工作点对输出电压波形的影响：（1）ICQ↑，vo出现饱和失真，形状为“削顶”失真。（2）ICQ↓，vo出现截止失真，形状为“缩顶”失真。（3）ICQ正常，当加大输入信号时，vo同时出现饱和与截止失真。（1）（2）（3）实验步骤：1、观察静态电流偏大时出现饱和失真(1)输入1kHz的正弦信号，用示波器监视输出电压。(2)调节电位器(Rw1减小或Rw2增大)，使静态电流ICQ增大到足够大(如2.0mA)，测量并记录集电极静态电流。(3)逐渐增大输入信号，使输出波形出现明显的失真。记录此时的示波器波形，及最大不失真输出电压幅度。2、观察静态电流偏小时出现截止失真(1)减小输入信号，使输出波形回到正常的放大状态（无失真）。(2)调节电位器(Rw1增大或Rw2减小)，使静态电流ICQ下降到足够小(如1.0mA)，测量并记录集电极静态电流。(3)逐渐增大输入信号，使输出波形出现明显的失真。记录此时的示波器波形，及最大不失真输出电压幅度。根据上述两种情况下所观察到的波形，说明集电极偏置电流的大小对放大电路输出失真的影响。实验注意事项1.在做最后一个实验之前，应一直保持静态工作点不变。如果不小心调了电位器，则应重新进行静态调试，然后再继续完成各个实验。2.在用交流毫伏表测量幅度时，应用示波器监视输出波形，以保证输出正弦波。实验名称：三极管共射极放大电路姓名：学号：五、实验数据记录和处理实验1：静态工作点的实验数据记录：测出共射电路的静态工作点，将测量值记录在表中，并与理论估算值相比较。VBQ(V)VBEQ(V)VCEQ(V)ICQ(mA)理论值3.400.6754.321.5P.5实测值3.480.654.321.5误差：表格中的理论值由仿真结果得出，由于实际电路中，三极管VBEQ和理论值有所误差，而电阻等元件的标称值与实际值也不尽相等，因此实测值与理论值存在一定的误差。实验2：测量电压放大倍数(RL=∞、RL=2kΩ)实验3：测量最大不失真输出电压(RL=∞、RL=2kΩ)测试条件实测值（有效值）实验结果理论值Vs(mV)Vi(mV)Vo(V)Vomax(V)AvVomax(峰值)AvVomax(V)RL=∞23.3100.912.68913.7985.34.32RL=2k23.3100.341.60342.2632.24.32注：交流毫伏表测出的最大不失真输出电压是有效值，而理论估算出的最大不失真输出电压是峰值。因此需将实验测得的最大不失真输出电压转换为峰值，以便比较。误差分析：1、实际电路中，由于连接示波器、毫伏表、信号发生器的夹子存在很大的不稳定因素，稍微动一下就会对波形产生较大影响，因此可能在实验中会产生较大的误差。2、在用示波器观察输出电压的波形时，缩顶与削顶现象，及最大不失真电压的出现，会由于视差原因而有所不准。3、在计算理论值时，三极管放大倍数取100倍，rbe取100Ω，而这个值并不一定是三极管的实际值，所以理论值也存在一定范围内的浮动。实验4：测量输入电阻和输出电阻R=5.1kΩRi=Vi/(Vs-Vi)R=3.83kΩRL=2kΩ=3.35kΩ实验5：测量上限频率和下限频率(RL=∞、RL=2kΩ)fL=158.5KHzfH=31Hz实验名称：三极管共射极放大电路姓名：学号：实验6：研究静态工作点对输出波形的影响(RL=∞)RL=∞ICQVomax正/负半周失真形状饱和失真1.66mA0.93V正截止失真0.40mA0.96V负LoooRVVR1'P.6集电极偏置电流的大小对放大电路输出失真的影响：由理论分析与实验结果可知，ICQ偏大会导致vo出现饱和失真，形状为“削顶”失真；偏小会导致截止失真，形状为“缩顶”失真。ICQ正常，当加大输入信号时，vo同时出现饱和与截止失真。六、思考与讨论1、在测试放大电路的输出电压幅度、输入电阻、输出电阻时，能否用示波器来测电压幅度？为什么选择交流毫伏表？答：可以用示波器来测量，但是误差较大，不宜使用。由于仪器调试、频率、接触不良等原因，示波器产生的波形可能是不稳定的，不方便读数。且示波器显示的是峰值，不是有效值，读出后需除以根号2。相比之下，交流毫伏表测得的是有效值，且精度较高，所以选择交流毫伏表。2、既然交流毫伏表的精度高，为什么测静态工作点选择万用表，而不是毫伏表？答：交流毫伏表测交流电压，静态工作点为直流电压，所以用万用表测。3、静态工作电流ICQ为什么需通过测量VC或VRe间接得到？答：由于ICQ很小，因此万用表直流电压档内阻会对电路产生较大影响，导致误差。而电压较大，因此通过测量VC间接测ICQ。4、万用表内阻对电压测量有什么影响？如何测量VBEQ和VCEQ？答：万用表内阻如果不够大，会干扰电路的静态工作点。测量时VBEQ和VCEQ，分别用万用表测出VBQ、VCQ、VEQ，VBEQ=VBQ-VEQ，VCEQ=VCQ-VEQ。5、在测量输入电阻时，为什么不能直接测Rs两端的压降？答：因为Rs两端没有电路的公共接地点，若用一端接地的毫伏表测量，会干扰信号，以致造成测量误差。6、在测试Av、Ri和Ro时，怎样选择输入信号的大小和频率？答：从信号发生器输出1kHz的正弦波，使Vi=10mV有效值。7、在测上限和下限频率时，又如何选择输入信号的大小？为什么使输出电压为1V？答：调节输入信号大小使输出电压为1V，由于Av随输入信号频率变化下降到0.707Avm时所对应的频率定义为上下限频率，即输出电压1V随频率下降到0.707V，选择1V比较方便观察毫伏表读数。实验名称：三极管共射极放大电路姓名：学号：8、截止失真和饱和失真在形状上有什么区别？答：截止失真是缩顶，饱和失真是削顶。9、静态工作点在什么情况下，分别出现截止失真和饱和失真？答：静态工作点偏高，出现饱和失真。偏低出现截止失真。P.7七、心得与体会通过这次实验，我对三极管共射放大电路有了更直观的了解，清楚了理论学习中的一些误区，也学到了一些新的测量方法及注意事项，比如用毫伏表测量电压时，若两端点有一端没有接地，就要换间接测量的方式，以免测量误差较大。计算理论值时，并不局限于不甚准确的用默认值来计算，更可以用仿真进行更为精确的计算。而且我了解到预习实验对做实验的重要性，如果实验前没有对整个实验过程有所了解的话，实验想必不会很顺利。