共射放大電路實(shí)驗(yàn)報告

1、。實(shí)驗(yàn)報告課程名稱：電子電路設(shè)計實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：李錫華, 葉險峰 , 施紅軍成績： _實(shí)驗(yàn)名稱：晶體管共射放大電路分析實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生姓名:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計方法，2、掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測量方法，了解放大器的非線性失真。3、掌握放大電路電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等主要性能指標(biāo)的測量方法。4、理解射極電阻和旁路電容在負(fù)反饋中所起的作用及對放大電路性能的影響。5、學(xué)習(xí)晶體管放大電路元件參數(shù)選取方法，掌握單級放大器設(shè)計的一般原則。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求1. 設(shè)計一個阻容耦合單級放大電路已知條件： Vcc =+10V ， RL5.1k ， Vi10 mV

2、 , RS600性能指標(biāo)要求：f L30Hz , 對頻率為 1kHz的正弦信號Av 15V / V , Ri 7.5k2. 設(shè)計要求（ 1）寫出詳細(xì)設(shè)計過程并進(jìn)行驗(yàn)算（ 2）用軟件進(jìn)行仿真3. 電路安裝、調(diào)整與測量自己編寫調(diào)試步驟，自己設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格4. 寫出設(shè)計性實(shí)驗(yàn)報告三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計與實(shí)驗(yàn)參數(shù)計算共射放大電路精選資料，歡迎下載。( 一 ). 電路電阻求解過程（=100）( 沒有設(shè)置上課要求的160 的原因是因?yàn)殡娐菲渌麉?shù)要求和講義作業(yè)要求基本一樣,為了顯示區(qū)別 , 將改為 100 進(jìn)行設(shè)計 ) ：（ 1）考慮噪聲系數(shù) , 高頻小型號晶體管工作電流一般設(shè)定在1mA以下，取 I c=1m

3、A（ 2）為使 Q點(diǎn)穩(wěn)定 , 取 V2V ，即 4V,BB5 CC（3） REVBB0.73.3k, 恰為電阻標(biāo)稱值I ER2VCCVBB4V（4） R1R2R1:R23: 2取 R為 R下限值的3 倍可滿足輸入電阻的要求，即R=22.5k，2i2R1=33.75k;由 IR110I BVccVB60K , R240K=0.1mA, R1IR1綜上 : 取標(biāo)稱值 R1=51k,R2=33k（ 5） reVTVT25I EI C（ 6）從輸入電阻角度考慮:，取( 獲得 4V 足夠大的正負(fù)信號擺幅) 得 :從電壓增益的角度考慮:15V/V, 取得:;為( 二 ). 電路頻率特性（ 1）電容與低頻截

4、止頻率取;精選資料，歡迎下載。( 三 ). 參數(shù)指標(biāo)驗(yàn)算過程由已確定的參數(shù) :Vcc =+10V ， RL5.1k ，Vi 10mV , RS 600 ,計算得 :, 所有參數(shù)符合指標(biāo).四、實(shí)驗(yàn)步驟與過程( 一 ). 實(shí)驗(yàn)電路仿真：1. 代入?yún)?shù)的實(shí)驗(yàn)電路2. 直流工作點(diǎn) Q:2.1 仿真類型與參數(shù)設(shè)置:精選資料，歡迎下載。選擇時域瞬態(tài)分析(Time domain),由于交流小信號的頻率為 1kHZ,設(shè)置仿真時間為 2個周期 ,0-2ms,掃描步長為 0.02ms, 精度足夠2.2圖像處理 :將交流小信號源斷開 , 分別觀察 IC,VCE,VBE,VC, 的波形 ,利用標(biāo)尺 (toggle c

5、ursor)得到仿真值為 :IC=0.892V,VCE=2.38V,VBE=0.622V,VC=5.45V3. 交流參數(shù)分析 :3.1仿真類型與參數(shù)設(shè)置 :選擇頻域分析 (AC SWEEP),要將電壓源由給定頻率的VSIN 源換成可供頻率掃描的VAC,幅值設(shè)定為 10mV;為得到完整頻域特性, 掃描頻率選擇對數(shù)掃描 , 從 1HZ 到 100MHZ,采樣點(diǎn)設(shè)置為 10,3.2圖像處理 ( 其他圖像略去 , 只摘取需要用到標(biāo)尺工具的復(fù)雜圖像)(1).電壓增益 :觀察 V2(RL)/V1(RS) 的頻域波形 , 用標(biāo)尺得出 1Khz 時的電壓增益為 17.607;在直流分析中 , 設(shè)置 y 軸變量

6、為 max(V2(RL)/max(V1(RS), 利用標(biāo)尺得到電壓增益為 178.55mv/9.993mv=17.87;(2). 上下限截止頻率與通頻帶:同樣是上面的頻域增益波形, 利用 orcad 自帶的信號處理函數(shù)可以得到:Fl=26.24877HZ,FH=1.99MHZ, 由于 FL 相對較小 , 通頻帶近似為FH(3). 輸入電阻 :觀察 V(VS+)/I(C1) 的頻域波形 , 利用標(biāo)尺可得 , 當(dāng)信號源的頻率為 1Khz 時 , 輸入電阻 Ri=7.6816k 精選資料，歡迎下載。4. 數(shù)據(jù)處理與誤差分析ICVCEVBEVCAVFLRI理論計算值0.9172.210.75.3232

7、0.24268.305電子仿真結(jié)果0.8922.380.6225.4517.8926.257.6816相對誤差0.027263 0.0769230.023859 0.116107 0.009615 0.075063計算可得除 VCE外直流工作點(diǎn)的相對誤差約為 2.5%, 而頻幅特性相對誤差約為10%,較大 ; 直流工作狀態(tài)的誤差主要是由于將 VCE直接認(rèn)定為 0.7V 導(dǎo)致的 , 而交流特性是由三極管直流工作點(diǎn)決定的 , 且計算時忽略了電容對電路產(chǎn)生的影響 , 且忽略厄利效應(yīng) , 所以會有至少 3 類誤差的疊加 , 導(dǎo)致誤差較大 .( 二). 實(shí)際電路測試：1. 測試原理 :( 注釋 : 由于

8、事先不知道實(shí)際測試電路所用三極管放大倍數(shù)只有160 的 , 而我設(shè)計是用100 的, 所以在測試時無法利用我的設(shè)計方案, 采用了另一個設(shè)計方案, 附在報告最后 . )1. 靜態(tài)工作點(diǎn)：（ 1）按元件參數(shù)安裝、連接電路（ 2）不加輸入信號，調(diào)節(jié) RC兩端的電壓使 IC 符合設(shè)計值（ 3）測量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并和理論值相比較2. 電壓增益：（ 1）保持靜態(tài)工作點(diǎn)不變， 利用示波器觀察輸入信號波形 , 調(diào)節(jié)信號源， 使輸出信號為頻率 1kHz, 幅值 30MV的正弦波 .（ 2）輸入、輸出波形用雙蹤顯示觀察，指出它們的相位關(guān)系。當(dāng)輸入輸出波形無失真時，分別讀出 vi 、vo 的峰 - 峰值，記

9、入表格（ 3）增大輸入信號幅度，用示波器監(jiān)視輸出波形。使輸出波形出現(xiàn)失真，記下此時的輸出波形草圖，說明首先出現(xiàn)的是哪種失真。測出最大不失真輸出電壓峰值，記入表格。（ 4）接入負(fù)載 RL=5.1k 。重做上述步驟，分析負(fù)載對電壓增益的影響。3. 輸入電阻：（1）在信號源與被測放大器之間串入一個與Ri 同一數(shù)量級的已知電阻R，在輸出波形不失真的情況下，分別測出vs 和 vi ，則放大器的輸入電阻為：viviRRi(vs vi ) / R vsvi4. 輸出電阻：（ 1）輸出波形不失真的情況下，分別測出輸出端空載時的輸出電壓vo 和接入負(fù)載精選資料，歡迎下載。RL 后的輸出電壓v o，則放大器的輸出

10、電阻為：Rovo vo( vo1) RLvo / RLv05. 幅頻特性：電壓增益下降到中頻增益0.707 倍時（分貝數(shù)下降3dB）所對應(yīng)的的上、下限頻率即 fL , f H（ 1）在 I C 為設(shè)計值、 RL情況下，輸入 1kHZ 正弦信號，改變輸入信號幅度，使輸出電壓峰 - 峰值為 0.5VOP P max 左右。測出此時輸出電壓峰-峰值 VOP P（ 2）保持放大器輸出電壓vi 幅度不變，改變信號源輸出頻率（增大或減?。?，當(dāng)輸出電壓值達(dá)到 0.707VOPp 值時，停止信號源頻率的改變，此時信號源所對應(yīng)的輸出頻率即為 f L , fH2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄(1).靜態(tài)工作點(diǎn) ：I C/mAV

11、CE/VVBE/VVB/V理論值 (仿真)0.975.7560.6444.938實(shí)際值 (測試)1.005.620.644.87(2). 電壓增益 ：實(shí)測值（峰 - 峰值）計算值仿真值vi /mVvo /VAVAVR=59.62.94-49.3-46.875-46.2LRL=5.1k 59.61.496-25.1-23.68-23.1RL=6.71%1.46%基準(zhǔn)相對誤差R =5.1k 8.66%2.51%基準(zhǔn)L(3). 輸入電阻：Ri （理論值）仿真值Rvs/mVvi /mVRi （實(shí)際值）82657272790055.2277564(4). 輸出電阻：Ro（理論值）仿真值Vo/VVo2/V

12、RLRo（實(shí)際值）51005021 1.4962.945100 4900(5). 幅頻特性實(shí)測值理論值（仿真）f L39.0Hz31.5Hzf H0.2MHz15.7MHz精選資料，歡迎下載。3. 結(jié)果分析 :1. 靜態(tài)工作點(diǎn)：理論值和實(shí)際值相差不大, 在合適的工作范圍內(nèi) , 相對誤差已隨表給出估計靜態(tài)工作點(diǎn)的誤差一部分是由于計算時默認(rèn)VBE=0.7V, 而實(shí)際為0.64V 造成的 .2. 電壓增益：（ 1）加入負(fù)載后，電壓增益下降，本次實(shí)驗(yàn)的負(fù)載和RC 相同，帶負(fù)載電壓增益減半?？梢钥闯?，若要獲得更大的電壓增益，且不考慮其他因素, 在 RC相同的情況下，負(fù)載電阻越大越好。 但最大不失真輸出電

13、壓的峰峰值( 輸入信號擺幅 ) 減小，容易出現(xiàn)飽和失真（在靜態(tài)工作點(diǎn)較高時）、或截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)較低時）。(2) 利用示波器雙蹤顯示同時觀察輸入輸出波形 , 不斷增大輸入信號的幅度 , 觀察發(fā)現(xiàn)輸出信號最先產(chǎn)生削頂現(xiàn)象 , 即電路最先產(chǎn)生截止失真 ; 繼續(xù)增大輸入信號的幅度 , 然后輸出信號發(fā)生削底現(xiàn)象 , 即飽和失真 . 由示波器的標(biāo)尺分別測量得到最大不失真輸出電壓峰峰值和飽和失真的輸出電壓峰峰值. 輸入與輸出信號相位差恒定為(2k+1), 反相 .未失真臨界峰峰值RL=RL=5.1k ViVoViVo截止失真39mV4.2V65.2mV2.98mV（ 3）最大不失真輸出電壓峰峰值測量為

14、4.2V, 與理論分析值接近: 由于直流偏置信號為15V, 且設(shè)計時的直流工作點(diǎn)工作在 VC=10.053V 情況 , 所以不失真的信號擺幅約為 5V, 最大不失真輸出電壓峰峰值 5V, 而 4.2V5V, 且足夠大 , 符合要求 .實(shí)驗(yàn)中判斷截止失真的臨界輸出電壓方法: 在實(shí)驗(yàn)中 , 通過通過觀察可知最先發(fā)生截止失真 , 所以不斷增大電壓在波形明顯削頂之前微調(diào)輸入電壓, 比對頂端和底端在相同信號衰減的情況下的相位跨度( 即示波器上幅值下降兩格的橫線確定的相位差), 當(dāng)二者剛好從相等到不等時, 即為所求臨界輸出電壓.（ 4）電壓增益的實(shí)際值和仿真值均小于計算值，實(shí)際和仿真都會受到頻率和電容的影

15、響，但實(shí)際情況下還有電阻阻值偏小等情況，所以實(shí)際值最小， 而計算值是理想的情況，頻率和電容都按照理想情況處理，并未考慮三極管的極間電容, 所以增益最大。3. 輸入電阻：（ 1）實(shí)際值與仿真值和計算值相比略小?？赡苁且?yàn)閷?shí)際用的電阻R 并不標(biāo)準(zhǔn)存在偏差。仿真值部分， 分析了 1kHz 時候的值， 發(fā)現(xiàn)只有 121, 導(dǎo)致輸入電阻阻值下降。 （如下圖所示）圖中值： 121.447精選資料，歡迎下載。121.46121.45(1.0000K,121.447)121.44121.430Hz0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz I(Q2:c) / I(Q2:b)Frequency4.

16、輸出電阻：（ 1）計算值不考慮厄利效應(yīng)，數(shù)值最大。仿真和實(shí)際值都包含了厄利效應(yīng)導(dǎo)致的電阻 r o，而實(shí)際電阻 RL 的阻值無法保證，偏差會更大。5. 幅頻特性：（ 1）實(shí)際值和仿真值的下限截止頻率相差不大，但是上限截止頻率相差巨大。下限截止頻率主要由耦合電容、 旁路電容和電阻影響， 實(shí)際值和仿真值不會相差很大。 上限截止頻率主要是電阻和極間電容影響 . 經(jīng)過查閱資料 , 引起上限截止頻率的仿真值和實(shí)際測量值存在較大差異的主要原因是 , 示波器的輸入電容限制拉低了輸出回路的上限截止頻率 , 起主要作用 , 是高頻響應(yīng)函數(shù)的主極點(diǎn) .經(jīng)過計算 , 在某個合適不失真的輸入信號下 , 輸出信號峰峰值為

17、 1.42V 時,3DB 衰減后的輸出信號峰峰值為 1.007V, 所以調(diào)節(jié)輸入信號頻率 , 直到輸出信號波形在示波器上顯示的幅值為 1.00V, 此刻的輸入信號頻率即為上下限截止頻率.八、討論、心得本次實(shí)驗(yàn)涉及完整的放大器設(shè)計、仿真、 測試過程， 整體過程較為復(fù)雜。 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，計算值、仿真值、實(shí)際值之間均有一定誤差。實(shí)際情況下，直流源供電電壓偏差，電阻阻值和理論值的偏差 , 極間電容 , 線路電阻等均會帶來一定的誤差， 但由于設(shè)計時充分考慮到這些因素 , 設(shè)置了合適的直流工作點(diǎn) , 總體上放大器還是能正常工作在放大狀態(tài)。 設(shè)計放大器時應(yīng)考慮這些可能存在的情況， 應(yīng)設(shè)計合適的直流偏置 ,

18、 確保直流工作點(diǎn)合適 , 提供足夠大的輸入信號擺幅 .附九 . 電路測試所用設(shè)計的設(shè)計流程精選資料，歡迎下載。（ 1）高頻小型號晶體管工作電流一般設(shè)定在1mA以下，那么取 I c=1mA（ 2）取 VBB1 VCC ，即 5V3（3） REVBB0.74.3kI ER2VCC VBB 5V（4） R1R2一般取R2 為 Ri 下限值的3 倍可滿足輸入電阻的要R212 :1R1R2,R1:R23求，即 R2=24k ， R1=48k，取標(biāo)稱值 47k VTVT25（ 5） reI EI C（ 6） RiR1 R2 (1)(reRE1 ) 8k， RE1 =82符合要求， Ri 8265（ 7） RE2RER