单级放大电路设计 模电实验(DOC) - 图文(2)

2019-01-12 11:01

Us2Us2Pi?IiRi?()Ri?2

RsRi?Rs?2Rs?RiRi2对Pi关于Ri求导,当Ri=Rs时,Pi=0,所以 放大器从信号源获取最大功率。

Us,当Ri??Rs时,放大器从信号获取较大电流。

Ri?RsUsRiUi?,当Ri??Rs时,放大器从信号源获取较大电压。

Ri?RsIi?

(II) 图3-3是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图,试根据该图简单分析为什么串

接电阻RS的取值不能太大也不能太小。

图3-3 放大器输入阻抗测量原理图

答:若 Rs 取得过大,不满足当Ri??Rs条件,Ui较小,则放大器从信号源获取较小

电压。电压表测量小信号的时候由于噪声干扰等原因测量精度下降,测量误差增加。若

Rs取得过小,又不满足Ri??Rs条件,则放大器从信号源获得较小电流,Ui的值将会变

得很大,会引起较大的误差。

(III) 对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高,根据您所学的理论知识,分析有

哪些方法可以提高图3-1中放大电路的输入阻抗。 答:

26mv); ICQ适当增大 R1,R2 的电阻值,保证满足R1,R2支路中I1??IBQ的条件,或者使用电流放

交流输入阻抗:Ri?rbe//R1//R2?300?(1??大系数( β )大的三极管,也可以在输出信号不失真的情况下降低静态工作点。

5、 输出阻抗:

(I) 放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力,试分析图3-1中放大电路的输出

阻抗受那些参数的影响,设负载为RL,画出输出等效电路图,通过连线回答下面的问题,并做简单解释。 RO = RL 负载从放大器获取较大电压 RO << RL 负载从放大器吸取较大电流 RO >> RL 负载从放大器获取最大功率

答:分析如下:

R0I02R02I02PL?IRL?()RL?2

R0R0?RL?2R0?RLRL2L当R0?RL时,负载从放大器获得最大功率。

R0I0I0,当R0??RL,负载从放大器获得较大电流。 ?R0?RLRL?1R0R0I0RLR0I0,当R0??RL,负载从放大器获得较大电压。 UL??R0R0?RL?1RLIL?(II) 图3-4是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图,试根据该图简单分析为什么电

阻RL的取值不能太大也不能太小。

图3-4 放大器输出阻抗测量原理图

答:若 RL 取值过大,电流源的电流只有一小部分流经 RL,输出电流过小。但若 RL 过小,则通过 RL 的电流即通过集电极端的电流过大,将会损坏三极管。

(III) 对于小信号电压放大器来说一般希望输出阻抗足够小,根据您所学的理论知识,

分析有哪些方法可以减小图3-1中放大电路的输出阻抗。

答:交流输出阻抗:R0?rce//RC?RC,由于rce太大,减小对放大电路的输出阻抗的减小没有多少影响,因此主要是减小RC的阻值。

6、 计算图3-1中各元件参数的理论值,其中

已知:VCC=12V,Ui=5mV,RL=3KΩ,RS=50Ω, T为9013

指标要求:Au>50,Ri>1 KΩ,RO<3KΩ,fL<100Hz,fH>100kHz(建议IC取2mA) 用Multisim软件对电路进行仿真实验,仿真结果填写在预习报告中。 答:本实验所用的三极管 9013 是硅管, β =145

1) 对于上图中的偏置电路,只有R2支路中的电流I1??IBQ时,才能保证VBQ恒定实现

自动稳定工作点的作用,因此为了满足功能工作点的需求,取I1= 25IBQ,VBQ=3v

2) ICQ? 3) R2?

VBQ?VBE,取IC=2MA REVBQ?VBQ145?3???8.7K?,取R2? 10K?; I125IBQ25?2VCC?VBQ(12?3)?10??30K?

VBQ3

R2U0?(RC//RL)?(RC//RL)145?(3//3)?103????????98.9?504) AU?26mv26mvUirberb?(1??)300?(1?145)ICQ2

26mv26?300?(1?145)?2.2K?1K Ri?rbe?300?(1??)ICQ2R0?r0//RC?RC,RC?3K

R1?符合指标要求。

RE?VBQVBQ?VBEQ3?0.7???1.15K ICQICQ2其他参数:

RW?100K,R1?10K,C1,C2?47u,CE?100u

7、 对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大,下限频率足够小,根据您所学的理论

知识,分析有哪些方法可以增加图3-1中放大电路的上限频率,那些方法可以降低其下限频率。

答:下限频率主要受C1,C2和CE的影响:

fL?等。

1,为降低下限频率,可以增大耦合电容C1,减小电源内阻

2?[(R1//R2//rbe)?RS]C1fH?1'',其中,R?rb'e//[rbb'?(R1//R2//Rs)],为增加上限截止频C?C?C'??'be2?RC?率,可以选取rbb'、Cb'c小的三极管。

8、 负反馈对放大器性能的影响

答:

1 使放大倍数降低,从而可以增大带宽;

2提高放大的稳定性; 3减少输出失真和噪声;

4 调节输入和输出阻抗,其中并联负反馈降低输入阻抗,串联负反馈提高输入阻抗,电压负反馈降低输出阻抗,电流负反馈提高输出阻抗。。

五、基本实验内容

1、 研究静态工作点变化对放大器性能的影响 (1) 调整RW,使静态集电极电流ICQ=2mA,测量静态时晶体管集电极—发射极之间电压UCEQ。

记入表3-1中。

(2) 在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号,调节信号源输出电压US 使Ui=5mV,

测量并记录US、UO和UO’表3-1中。注意:用双综示波器监视UO及Ui的波形时,必须确保在UO基本不失真时读数。

(3) 重新调整RW,使ICQ分别为1.5mA和2.5mA,重复上述测量,将测量结果记入表3-1中。 (4) 根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro。

表3-1 静态工作点变化对放大器性能的影响

2 1.5 静态工作点电流ICQ(mA) 测量值 测量值 理论值 误差 UBQ(V) 输入端接地 UCQ(V) UEQ(V) 输入信号Ui=5mV US(mV) UO(V) UO’ (V) UBEQ UCEQ 2.65 6.12 2.00 5.20 0.45 0.23 0.65 4.12 90(不带负载) 46(带负载) 2.94 2.87 2.13|3.16 7.23|4.80 1.50|2.51 5.20 0.78 0.34 0.63 5.73 156(不带负载) 68(带负载) 1.85 3.88 2.2 7.5 1.50 0.58 0.39 0.7 6 -115.1(不带负载) -77.5(带负载) 2.21 3 3.2% 3.6% 0 34.5% 12.8% 10% 4.5% 26.2%(不带负载) 12.2%(带负载) 16.3% 22.6% 计算值 Au Ri/kΩ RO/kΩ

实验结果分析:从表中数据误差可看出,有几项的数据误差是比较大的,达到了 20%+。

一方面是测量误差所致,另一方面,则是设计的静态工作点 ICQ=1.5mA 不合适所致,1.5mA 是直流负载线的中点,而非交流负载线的中点,因此测量误差较大。

2、 观察不同静态工作点对输出波形的影响

(1) 改变RW的阻值,使输出电压波形出现截止失真,绘出失真波形,并将测量值记录表3-2中。

(2) 改变RW的阻值,使输出电压波形出现饱和失真,绘出失真波形,并将测量值记录表3-2中。

表3-2 不同静态工作点对输出波形的影响 测量值 UBQ(V) UCQ(V) UEQ(V) ICQ(mA) 计算值

图1 截止失真输入输出波形:

UBEQ UCEQ R1 完全截止 0.05mv 11.4 0 0 0.05mv 11.4 240k 截止失真 678mv 10.56 1.20mv 0.001 0.67 10.56 16.8k 饱和失真 3.70 3.35 3.03 3.04 0.67 0.32 2.24k 完全饱和 3.20 3.81 3.13 3.13 0.07 0.68 2.75k 截止时变大,饱和时变小 RW变大、小 输入波形

输出波形

图2 完全截止失真输入输出波形(实验提示:此时可以加大输入信号幅度):


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