实验原始数据记录
步骤1:
表3-1 用机内基准信号(CSL 2Vp-p)对示波器进行自检
参数 幅值Vp-p(V) 频率f(KHz) 标准值 实测值 步骤2:
表3-2 用示波器和交流毫伏表测量信号参数 正弦波 信号频率 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 示波器测量值 周期(ms) 频率(Hz) 信号电压 毫伏表读数 0.5V 1V 10mV 50mV 示波器测量值 峰-峰值 有效值(计算) 步骤3:
表3-3 用数字万用表测量实验箱中的直流稳压电源电压值 直流稳压电源的电压值(V) 测量值(V) +12 -12 +5 -5 步骤4:
表3-4 用数字万用表测量实验箱中的直流信号源的电压值 直流信号源 是否可调 -5V~+5V 可调( ) 不可调( ) -5V~+5V 可调( ) 不可调( ) 指导教师: 实验日期:
实验二 共射极单管放大电路
一、实验目的
1. 掌握放大器静态工作点的调试方法,学会分析静态工作点对放大器性能的影响。 2. 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3. 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验类型 验证型实验。 三、预习要求
1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。
假设:NPN三极管的??100,RB1?20k?,RB2?60k?,RC?2.4k?,RL?2.4k?。估算放大电路的静态工作点和电压放大倍数Au。
2、改变静态工作点对放大电路的输入电阻Ri是否有影响?改变外接电阻RL对输出电阻Ro是否有影响?
四、实验原理
图3-2为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB2和RB1
组成的分压电路,并在发射极中接有电阻RE,以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号Ui后,在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反,幅值被放大了的输出信号U0,从而实现了电压放大。
图3-2 共射极单管放大器实验电路
在图3-2电路中,当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时(一般5~10倍),则它的静态工作点可用下式估算,UCC为供电电源,此为+12V。
RB1UB?UCC (3-1)
RB1?RB2IE?UB?UBE?IC (3-2)
REUCE?UCC?IC(RC?RE) (3-3)
电压放大倍数
AV???RCRLrbe (3-4)
输入电阻 Ri?RB1RB2rbe (3-5) 输出电阻 R0?RC (3-6) 放大器静态工作点的测量与调试
1、 静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点,应在输入信号Ui=0的情况下进行,即将放大器输入端与地端短接,然后选用量程合适的数字万用表,分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中,为了避免断开集电极,所以采用测量电压,然后算出IC的方法,例如,只要测出UE,即可用IC?IE?U?UCUE算出IC(也可根据IC?CCRERC,
由UC确定IC),同时也能算出UBE?UB?UE,UCE?UC?UE。
2、 静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流IC(或UCE)调整与测试。
静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大的影响。如工作点偏高,放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时uO的负半周将被削底,如图3-3(a)所示,如工作点偏低则易产生截止失真,即uO的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显),如图3-3(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试,即在放大器的输入端加入一定的ui,检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足,则应调节静态工作点的位置。
(a)饱和失真 (b)截止失真
图3-3 静态工作点对U0波形失真的影响
改变电路参数UCC,RC,RB(RB1,RB2)都会引起静态工作点的变化,如图3-4所示,但通常多采用调节偏电阻RB2的方法来改变静态工作点,如减小RB2,则可使静态工作点提高等。
最后还要说明的是,上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的,应该是相对信号的幅度而言,如信号幅度很小,即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切的说,产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如须满足较大信号的要求,
静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
图3-4 电路参数对静态工作点的影响
3、放大器动态指标测试
放大器动态指标测试包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。
(1)电压放大倍数AV的测量
调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压ui,在输出电压uo不失真的情况下,用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo,则
AV=
UO (3-7) Ui(2)输入电阻Ri的测量 为了测量放大器的输入电阻,按图3-5电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R,在放大器正常工作的情况下,用交流毫伏表测出US和Ui,则根据输入电阻的定义可得:
Ri=
UiUiUi==R (3-8) IiURUS?UiR测量时应注意
① 测量R两端电压UR时必须分别测出US和Ui,然后按UR=US-Ui求出UR值。
② 电阻R的值不宜取得过大或过小,以免产生较大的测量误差,通常取R与Ri
为同一数量级为好,本实验可取R=1~2KΩ。
(3)输出电阻RO的测量
按图3-5电路,在放大器正常工作条件下,测出输出端不接负载RL的输出电压UO和接入负载后输出电压UL,根据
UL=
即可求出RO
RO=(
RLUO (3-9)
RO?RLUO?1)RL (3-10) UL在测试中应注意,必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。
图3-5 输入、输出电阻测量电路
① 最大不失真输出电压UOPP的测量(最大动态范围) 如上所述,为了得到最大动态范围,应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下,逐步增大输入信号的幅度,并同时调节RW(改变静态工作点),用示波器观察uo,当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图3-6)时,说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号,使波形输出幅度最大,且无明显失真时,用交流毫伏表测出UO(有效值),则动态范围等于22UO。或用示波器直接读出UOPP来。
图3-6 静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
② 放大器频率特性的测量
放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV与输入信号频率f之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图3-7所示:
图3-7 幅频特性曲线
Avm为中频电压放大倍数,通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍,即0.707Avm所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH,则通频带 fBW=fH-fL (3-11)
放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV。为此可采用前述测AV
的方法,每改变一个信号频率,测量其相应的电压放大倍数,测量时要注意取点要恰当,在低频段与高频段要多测几点,在中频可以少测几点。此外,在改变频率时,要保持输入信号的幅度不变,且输出波形不能失真。