单极管放大电路实验报告.doc(2)

2018-12-04 16:19

由于放大器的AV不能直接测得,而是测出Vi和Vo之后根据公式:AV?所以一般采用如下方法测量放大器的上、下限截止频率:

VO计算而得,Vi固定信号发生器的输出Vi的幅值不变,改变其输出频率,这时VO的变化即代表了AV的变化。先将信号发生器的频率设为1KHz,用示波器观察放大电路的输出波形不失真,测量这时示波器显示的输出幅值VOmp或用毫伏表测量放大电路的输出有效值VOm,在保证输出信号不失真的前提下,可微调信号发生器的输出幅度,使放大器的输出电压易于读数(指针指示某一整数值)。然后保持信号发生器的输出幅值不变,逐渐改变信号发生器的输出频率,记录对应该频率点的放大器输出电压VO,当信号频率较低或较高时,VO将下降。这时应减小每次的频率变化增量,仔细寻找使VO=0.707VOm时的频率值f ,该频率值就是fL或fH。为减少测量所用的时间,在中频段,因放大电路的输出电压有较宽的一段基本不变,所以调节频率可适当粗一些,而在放大器输出电压发生变化时,应多测几点,以保证测量的准确性。测试时,必须保证输入信号的幅值不变,只改变频率。所以应使用双踪示波器同时监视Ui和Uo ,当改变输入信号频率时,如果幅值有所改变,应调整信号发生器的输出幅值旋钮使Ui幅值与初始值相同。

⑥ 干扰和自激振荡的消除:参看附录。 三、实验内容:

实验电路如图3.1所示。先画出装配图,然后焊接电路。电路焊接好后,经检查无误,将实验电路与各电子仪器正确连接,再次检查无误后(特别要注意稳压电源的输出电压和极性、万用电表的量程),向下进行通电调试。为防止干扰,信号发生器、示波器、毫伏表的屏蔽线外层屏蔽网和稳压电源的负极应接在公共地线上。

(二)参数测试

1.测量静态工作点:

先将RW调至阻值最大位置,稳压电源输出调至12V,信号发生器的输出幅度调节为0 ,再接通电源。用万用表监视ICQ(参看前面介绍测量ICQ的方法),调节RW,使ICQ=2mA(即VCQ=6V),用数字万用表的直流电压档测量VBQ、VEQ、VCQ,断开电源后,用电阻档测量RB2,记入表3.1中。

表3.1 ICQ=2mA

测量值 VBQ(V) 2.729 VEQ(V) 2.0240 VCQ(V) 7.12 RB(KΩ) 60K VBEQ(V) 0.7 理论计算值 VCEQ(V) 5.2 ICQ(mA) RB(KΩ) 2 61K 2.测量电压放大倍数:保持ICQ = 2mA 不变

在放大器输入端加入频率为1000HZ的正弦信号VS,调节低频信号发生器的输出幅度,使Vi=5mV,同时用示波器观察放大器输出电压VO的波形,在保持波形不失真的条件下,用交流毫伏表测量下述两种情况下的VO值,并用双踪示波器同时观察VO和Vi的相位关系,并计算出AV ,把结果记入表3.2。

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表3.2 ICQ=2mA Vi= 5 mV

RC(KΩ) 2.4 2.4 RL(KΩ) ∞ 2.4 VO(V) 0.933 0.469 AV 93.3 46.9 记录Vi和Vo的波形。 3.观察静态工作点对电压放大倍数的影响

置RC=3KΩ,RL=∞,Vi适当(≈10mV),调节RW,用示波器监视输出电压波形,在VO不失真的条件下,通过调节Rb改变ICQ的值,测量ICQ为1mA和3mA时VO的值,记入表3.3 ,并计算出AV ,与2mA的AV值比较。

表3.3 RC=3KΩ RL=∞ ICQ(mA) Vi(mV) Vo(V) AV 1 10.0 0.49 49.0 2 10.0 0/933 93.3 3 10.0 1.22 122 测量ICQ时,注意将低频信号发生器的输出幅度调到0 。 4.观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RC=3KΩ,RL=3KΩ,Vi=0,调节RW使ICQ=3mA,测出VCEQ值,记入表3.4中。再逐步加大输入信号Vi ,使输出幅值最大但不失真,然后保持输入信号幅值不变,分别增大和减小RW,使波形出现失真,画出VO的波形,并测出失真情况下的ICQ和VCEQ值,把结果记入表3.4中。每次测ICQ和VCEQ时,注意应使输入信号为0。

表3.4 RC=3KΩ RL=∞ Vi= mV ICQ(mA) 0.83 2.0 3.1 VCEQ(V) 0.68 0.847 1.203 VO波形 失真类型 截止失真 不失真 饱和失真 Q点位置 截止 放大 饱和 6.测量输入电阻和输出电阻 置RC=3KΩ,RL=3KΩ,ICQ=2mA。输入1KHZ正弦信号,在输出电压VO不失真的情况下,用交流毫伏表测出Vs,Vi,和VO,记入表3-6;然后,保持Vi不变,断开RL,测得VO,记入表3-6中,并计算得到Ri 、Ro的计算值。表中的理论值是指根据电路图计算得到的值。计算时,rbb’可取100Ω。

表3-6 RC=3KΩ RL=3KΩ ICQ=2mA VS (mV) 360

Vi (mA) 680 Ri (KΩ) 测量计算值 2.1K 理论值 24 Vo’ (V) 0.95 Vo (V) 0.48 Ro(KΩ) 测量计算值 2.534K ? 理论值 *7.测量幅频特性曲线 置RC=3KΩ,RL=3KΩ,ICQ=2mA,保持输入信号的幅值不变(Vs或Vi约10mV),改变信号频率f ,逐点测出相应

20 500 20000 30000 70000 100000 600000 1000000 2000000 4000000 6000000 7000000 8000000 8500000

0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.71 0.72 0.72 0.72 0.7 0.69 0.68 0.65

的输出电压记入表3-7 。

表3-7 Vi= 2 mV

四、 实验设备与器件:

1.晶体管直流稳压电源(型号DH1718):调节输出电压为+12V; 2.低频信号发生器(型号XD22); 3.双踪示波器(型号XJ4241); 4.交流毫伏表(型号 GB-9); 5.万用电表(型号500);

6.数字万用表(型号D803或D809); 7.电烙铁、焊锡、松香

8.晶体三极管(型号9011、9013或3DG6); 9.电位器(可变电阻)2MΩ; 10. 电阻、电解电容器。

1.直流负载线方程: VCEQ?VCC?ICQRC 2.交流负载线方程: ?VCE???IC?R'L 3.负载线图:

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① 当ICQ = 2mA时,图见F3.1。

??VCEQ?VCC?ICQRC?12?2?3K?6V ?'V'?V?IR?6?2?(3K∥3K)?9V?CEQCQL?式中V’是交流负载线在VCE轴上的辅助点

由图中可知Q点位于交流负载线较低位置,最大输出幅度为:VOm=ICQRL’≈3V 。

② 求最大不失真幅值 公式:

当Q点位于交流负载线中点时,由交流负载线图可知,应有:

87654321V'123456789101112Q (6V,2mA)IcmA'交流负载线直流负载线VceVVCEQ?ICQR'L

因此可由下式联立求得VCEQ和ICQ :

VCEQICQR'L??VCEQ???VCEQ??VCEQ???VCEQ即:?ICQR'L?VCC?ICQRC?ICQ(3K∥3K)?12?ICQ3K

87654321图F3.1 IcmA'交流负载线1.5ICQ?12?3ICQ解得:??VCEQ?4V???ICQ?2.67mAV’=8V

当取此工作点时,Q点位于交流负载线中点,放大器有最大的“最大不失真输出幅度”。见图F3.2 。

这时,最大输出幅度为: VOm=VCEQ=ICQRL’=4V 4.Rb的计算:

VCC?VBE根据:Rb?

IBQ设三极管β=150

① 当ICQ=2mA时,Rb=848KΩ

Q(4V,2.67mA)直流负载线V'123456789101112VceVVCEQI'CQRL图 F3.2 ② 当最大输出幅度时,ICQ=2.67mA,Rb=635KΩ

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5.AV的估算值:

① 当ICQ=2mA时,rbe为:

rbe?rbb'?(1??)26mV26?100?151?2063??2.1K

IEQmA2② RL’=RC∥RL=3K∥3K=1.5K ③ 根据公式:

??R'L150?1.5K(带负载时) AV?????107(倍)rbe2.1K空载时比上值大一倍,即214倍。 ④ 输出电压

当Vi=10mV时,VO≈10×107≈1V(带负载)或2V(空载) 6.输入电阻: Ri≈rbe=2.1K

当RS取3K、Vi取10mV时,

IS?Vi10mV??4.76?A Ri2.1KRS上的压降为3K×4.76μA=14.3 mV

所以,当Vi为10mV时,VS应为10+14.3=24.3mV 。

这个值与实测值可能会有误差,因为rbe的计算值是根据rbb’等于100Ω得出的。实际rbb’

可能不是100Ω。

7.输出电阻: 思考题

1, RO≈RC=3K如果在实验电路中,将NPN型晶体管换成PNP型晶体管,试问VCC及电解

电容极性应如何改动? 答案:仪器的技术指标应当满足参数测量范围要求,这是选择仪器的基本要求

2、在示波器上显示的NPN和PNP型晶体管放大器输出电压的饱和失真波形和截止失真波形是否相同?叙述其理由。 答案:不相同,与原电路极性相反

3、从示波器观察到一顶部失真的波形,能直接判定这是哪种失真吗?为什么? 答案:波形的波形相同,但是极性相反,因为是两管子电源极性相反;

4、放大器的外接负载RL对放大器的动态范围有何影响?在什么情况下,可近似认为RL对动态范围没有影响? 答案:影响动态输出电压范围,当负载很大时,可以认为没有影响

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