实验五 晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
1. 学会放大器静态工作点的调试方法，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电子技术实验台的使用。
二、实验原理
图5—1为电阻分压工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2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输入电压信号ui后，在放大器的输出端可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号uo，从而实现了电压放大。
1. 放大器静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量
图5—1是分压式偏置放大电路。 a、b两点是放大器的输入端，c、d两点是放大器的输出端。 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直流毫安表和直流电压表，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，则IC?IE?U?UCUE，或IC?CC。为了提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。
RCRE100kΩ RB1 RP mA + UCC +12V c + UL - d
S RL 2.4kΩ
ES - RC 2.4kΩ 10kΩ C2 IC R a C1 20kΩ C B T + + E US Ui RB2 RE CE 20kΩ - 1kΩ - b 图5-1 电阻分压工作点稳定单管放大器
2) 静态工作点的调试
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影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底，如图5-2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5-3所示。
uo t 0 0 uo t 0
图5-2 饱和失真 图5-3 截止失真 图5-4 无失真
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uo t 改变电路参数UCC、RC、RB、(RB1、RB2)都会引起静态工作点的变化。但通常多采用调节偏置电阻RB1
的方法来改变静态工作点，如减小RB1，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。所以确切地说，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。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
2. 放大器动态指标测试
放大器动态指标测试有电压放大倍数、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Au的测量
调整放大器得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，用交流毫伏表分别测出ui和uo的有效值Ui和Uo，则电压放大倍数Au为
Au?U0 Ui 2)输入电阻的测量
为了测量放大器的输入电阻，按图5-5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输入电阻为：
ri?UiUiUi???R IiUR/RUS?UiIi 信号源 R 放大器 ro ri UO S + UL - RL
+ + UR - + US Ui - -
图5-5 输入输出电阻测量电路
测量时应注意
? 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量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。
? 电阻R的值不易取得过大或过小，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=10K?。 3) 输出电阻的测量
按图5—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和接入负载后的输出电压UL，根据 r0?(U0?1)?RL 可求出输出电阻ro 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。 4) 最大不失真输出电压的测试(即最大动态范围)
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RP(改变静态工作点)，用示波器观察uo，当输出波形同时
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出现截止和饱和失真时，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，用交流毫伏表测出此时的输出电压uo(称为最大不失真输出电压)。用示波器直接读出最大不失直输出电压的峰峰值Uopp（Uopp?22Uo）。 5) 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Au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5—6所示，Au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0.707Au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?f L放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Au。为此，可采用前述测Au的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变。
Au Au 0.707Au
0
fBW fL
fH f B E 3DG 3CG
C B E 9011(3DG6) 9012(3CG) 9013(3DG12)
图5-6 频率特性 图5-7 三极管引脚
C 三、实验设备与器件
1. EEL—15组件 2. 信号源(下组件) 3. 示波器 4. 交流晶体管毫伏表 5. 直流电压表、直流毫安表 6. 万用电表
四、实验内容
按图5—1所示连接实验电路，元件分布见图5-8所示，图中ES为信号发生器，mA为直流毫安表，Ucc为+12V直流稳压电源。在实验中连接电子仪器时，为防止干扰，各仪器的公共接地端必须连在一
起，同时信号发生器、交流晶体管毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，屏蔽线的外包金
属网应接在公共接地端上。 1. 测量静态工作点
断开信号发生器，将放大器输入端a、b两点短路（使放大器输入Ui为零），断开负载RL，接通+12V直流电源，调节RP，改变静态工作点，用直流数字电压表测量UBE、UCE，用直流毫安表测量IC，将合适的静态工作点记入表5—1中。设β=80，计算IB值（IB? 表5—1 测 量 值 UBE(V) 2. 测量电压放大倍数
将信号发生器ES经电阻R接在放大器输入端（取掉a、b两点的短路线），将交流数字毫伏表接在放
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IC?）。
计算值 IB(mA) UCE(V) IC(mA) 大器的输入端a、b两点（用于测量输入电压Ui）。调节信号发生器的频率旋钮，使其输出1KHZ左右的正弦交流电压信号us，调节信号发生器的输出幅度旋钮，使放大器输入端电压Ui=10mV左右，用示波器的CH1通道观察放大器输入（a、b两点）电压ui的波形，用示波器的CH2通道观察放大器输出（c、d两点）电压uo的波形。在波形不失真的条件下用交流数字毫伏表测量下述三种情况下的输入电压Ui和输出电压Uo值，并用示波器同时观察uo和ui的相位关系，把结果记入表5—2中。根据Au=UO/Ui求出电压放大倍数Au，并填入表中。
表5 —2 Rc(k?) 2.4 2.4 2.4 RL(k?) ?（S断） 2.4 1.2 Ui（mV） Uo(V) Au 3. 观察静态工作点对电压放大倍数的影响
表5—3 ( Rc=2.4k? RL= ? ) IC(mA) Ui(mV) UO(V) Au 1.0 1.4 1.6 1.8 2.0 断开负载RL，调节信号发生器幅度旋钮，使放大器输入电压Ui在10mV左右，调节RP，使静态工作点的集电极电流IC在1.0至2.0毫安范围内变化，由小到大取5个点，用示波器监视输出的电压波形，在输出电压uo不失真的条件下（如果出现失真，适当减小放大输入电压Ui大小），用交流数字毫伏表测量Ui和Uo值，并求出电压放大倍数Au，记入表5—3中。
4. 测量输入电阻和输出电阻
调节信号发生器，使放大器输入电压Ui=10mV左右的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流数字毫伏表测量：信号发生器两端电压Us、放大器输入电压Ui、不接负载RL时的输出电压UO、接通负载RL时的输出电压UL，并计算出输入电阻ri和输出电阻ro，记入表5—4中。
表5—4 （ Rc=2.4k? RL=2.4k?） Us(mV) Ui(mV) ri(k?) U0(V) UL(V) ro(k?) 5. 观察静态工作点对输出波形失真的影响
调节信号发生器，使放大器输入电压Ui=10~15mV左右，用示波器视察输出电压uo的波形，缓慢调节电位器RP，分别增大和减小RP，使波形出现失真，判断是截止失真还是饱和失真，并记录RP大小与两种失真的关系。总结，如果出现截止失真或饱和失真，怎样才能消除它们？ 6. 测量最大不失真输出电压UOM
调节信号发生器使放大器输入电压Ui=10~15mV左右，用示波器视察输出电压uo的波形，调节RP，使输出无失真。
调节信号发生器的幅度旋钮，适当增加Ui，当放大器输出仅出现一种失真时，调节RP，使输出脱离开失真，然后再增加Ui，观察是否有失真；如果仍然只出现一种失真，调节RP使输出脱离开失真；如果
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同时出现两种失真，适当减小Ui，在放大器输出电压同时出现截止失真和饱和失真的临界状态时，此时的放大器处于最大不失真输出状态。
测出此时静态工作点的IC、UCE，此时放大器输入电压Ui（称为最大不失真输入电压）、此时放大器输出电压UOM（称为最大不失真输出电压）、用示波器测量最大不失真输出电压的峰峰值UPP，并求出此时的电压放大倍数Au，记入表5—5中。
表5—5 （RC=2.4kΩ RL=?） IC(mA) UCE(V) Ui (mV) Uom(V) Uopp(V) Au 7. 测量具有电流串联负反馈时电压放大倍数
将发射极电容CE断开，在波形不失真的条件下用交流数字毫伏表测量下述二种情况下的输入电压Ui
和输出电压Uo值，把结果记入表5—6中。求出电压放大倍数Au，并与表5—2中数据比较。
表5 —6 Rc(k?) 2.4 2.4 RL(k?) ?（S断） 2.4 Ui（mV） Uo(V) Au 五、实验报告
1. 总结Rc、RL及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
2. 讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。总结，如果出现截止失真或饱和失真，怎样才能消除它们？
3. 分析讨论在调试过程中出现的问题。
六、预习要求
1. 当调节偏置电阻RB1，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化?
2. 改变静态工作点对放大器的输入电阻ri有无影响? 改变负载电阻RL对输出电阻ro有无影响?
100kΩ 运放电路元件 100kΩ 4.7kΩ 2.4kΩ 0.01μF 3DG6 20kΩ 放大电路元件 0.1μF 10μF 1μF C B 10kΩ 10kΩ 10kΩ 10μF 20kΩ 10μF E 1kΩ 2.4kΩ 2.4kΩ
图5-8 实验元件分布图
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