東南大學(xué)信息學(xué)院

1、實(shí)驗(yàn)三晶體放大器分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉仿真軟件Multisim 的使用，掌握基于Multisim的瞬態(tài)仿真方法；2、熟悉 POCKET LAB硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，掌握基本功能的使用方法；3、通過(guò)軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，掌握晶體三極管放大器的分析和設(shè)計(jì)方法；4、通過(guò)軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，掌握?qǐng)鲂?yīng)管放大器的分析和設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)：在圖 3-1 所示電路中，雙極型晶體管2N3904 的 120，VBE( on) =0.7V 。根據(jù)實(shí)驗(yàn)二中的直流工作點(diǎn)，計(jì)算該單級(jí)放大器的電壓增益AV ,填入表 3-1（ CC1， CC2 和 CE1 均可視為短路電容）圖 3-1. 晶體三極管靜態(tài)工作點(diǎn)分析電路解

2、：根據(jù)實(shí)驗(yàn)二的直流工作點(diǎn)分析：I CQ0.41mA;忽略 rbb, 和 rce 的作用，在小信號(hào)等效電路中，滿足RR / R / rbb,r ， (1) R 9.4ki12b eE1，Ri，(1 )RE1 31.81k設(shè) Ri 為 R2 兩端向三極管看進(jìn)去的等效電阻，r ，b eioRC1R1 / R20.17AiR8RC1R1 / R2 Ri ,iiAVAiR818.09Ri實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：一、晶體三極管放大器仿真實(shí)驗(yàn)1、根據(jù)圖3-1 所示電路，在Multisim中搭建晶體三極管2N3904 單級(jí)放大電路。加入峰峰值=50mV ，頻率 =10kHz 的正弦波。仿真設(shè)置 ： Simulate-Run

3、 。結(jié)果查看 ：采用 Agilent 示波器 XSC1 ，查看輸入、輸出兩路波形。雙擊該器件，出現(xiàn)示波器界面。調(diào)整 2 個(gè)通道的顯示方式，將它們的波形顯示出來(lái)，并采用測(cè)量工具，測(cè)試輸入、輸出波形的峰峰值，計(jì)算得到電壓增益AV ，填入表格 3-1。解：輸入波形峰峰值： 50mV輸出波形峰峰值： 886.33mVVo886.33mV17.73因此可得：AV50mVVi表 3-1： 晶體三極管放大器增益計(jì)算值仿真值實(shí)測(cè)值放大器增益 AV-18.09-17.73-17.222、變輸入信號(hào)幅度峰峰值，取Vinpp=100mV ，Vinpp=200mV ，Vinpp=300mV ，重新進(jìn)行瞬態(tài)仿真和頻譜分

4、析，截取各輸入條件下的輸入輸出波形圖和頻譜分析圖，填入表3-2。表 3-2：不同輸入情況下的輸入輸出波形圖瞬態(tài)波形圖頻譜分析Vinpp=50mV瞬態(tài)波形圖頻譜分析Vinpp=100mV瞬態(tài)波形圖頻譜分析Vinpp=200mV瞬態(tài)波形圖頻譜分析Vinpp=300mV思考題：請(qǐng)說(shuō)明不同輸入情況下的輸出波形有何差異，并嘗試解釋其原因。答： 1、差異：在輸入正弦波頻率不變的情況下，輸出波形峰峰值隨輸入波形峰峰值的增大而增大， 但是增幅逐漸減小。峰峰值50mV-300mV 逐漸增大， 放大器的電壓增益AV 呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，甚至當(dāng)輸入波形的峰峰值增大到一定程度時(shí)，輸出波形出現(xiàn)失真。2、原因：放大器

5、的電壓傳輸特性是非線性的，只在小信號(hào)變化的范圍內(nèi)近似為線性，當(dāng)輸入信號(hào)幅度逐漸增大時(shí)，電壓達(dá)到非線性區(qū)域，就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)的失真。3、取輸入信號(hào)為Vinpp=100mV ，在信號(hào)源上串聯(lián)一個(gè)電阻表征信號(hào)源內(nèi)阻，如圖 3-2 所示。取該電阻為50、 1k和 10k 重新進(jìn)行仿真，截取不同電阻情況下的輸入輸出波形圖，并估算源電壓增益AVS ，填入表 3-3。圖 3-2. 信號(hào)源內(nèi)阻表 3-3：不同信號(hào)源內(nèi)阻的輸入輸出波形圖電壓增益 AV -17.59電壓增益 AV -17.64電壓增益 AV -17.73源電壓增益 AVS -17.50源電壓增益 AVS -15.94源電壓增益 AVS -8.59R=

6、50 R=1k R=10k 思考題： 請(qǐng)說(shuō)明不同源電阻情況下的電壓增益的差異，并據(jù)此估算出晶體管放大器的內(nèi)阻。答： 當(dāng)源電阻增大時(shí)，電壓增益增大，但是電壓源增益減小。由【實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)】中的仿真值可知，AV17.73，因此，可估算出晶體管放大器的內(nèi)阻為 10k。4、改變旁路電容 CE1，將其接在節(jié)點(diǎn) 2 和地之間，重新仿真圖 3-1，觀察到什么現(xiàn)象？為什么？改變輸入信號(hào)幅度， 重新獲得不失真波形， 并測(cè)得此時(shí)的電壓增益， 與原電壓增益比較，得到何種結(jié)果？請(qǐng)解釋原因，并將兩種增益值填入表3-4。（1）將旁路電容接在節(jié)點(diǎn)2 和地之間，現(xiàn)象（即輸入輸出波形）如圖3-3 所示。圖 3-3. 改變旁路電容，將

7、其接在節(jié)點(diǎn)2 和地之間，輸入輸出波形圖（2）改變輸入信號(hào)峰峰值為40mV ，重新獲得不失真波形，如圖3-4 所示。圖 3-4. 改變輸入信號(hào)幅度，重新獲得不失真波形表 3-4： CE1 不同接法時(shí)的放大器增益CE1 接于 3-0CE1 接于 2-0電壓增益A-17.73-72.75VS分析： 改變旁路電容的節(jié)點(diǎn)后，輸出波形出現(xiàn)失真現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅度，獲得不失真波形，由表中數(shù)據(jù)可以看出，此時(shí)增益為 72.75，與原電壓增益相比，電壓增益急劇增大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因：放大器的電壓傳輸特性是非線性的，只有當(dāng)輸入信號(hào)幅度以及增益不大時(shí)才為線性輸出。而當(dāng)旁路電容 CE1 接在節(jié)點(diǎn) 2 和地之間，

8、 RE2 被短路，增益明顯變大，輸出為非線性。因此，輸出波形出現(xiàn)明顯失真。二、晶體三極管放大器硬件實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用 POCKET LAB 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的直流 +5V 電源、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓表和示波器。1、電路連接首先根據(jù)圖3-1 在面包板上搭試電路，并將POCKETLAB 的直流輸出端+5V 和 GND 與電路的電源、地節(jié)點(diǎn)連接； POCKET LAB 的一路輸出端作為電路的輸入信號(hào)； POCKET LAB 的一路輸入端接電路輸入信號(hào)端； 另一路輸入端接電路輸出信號(hào)端， 分別測(cè)試輸入輸出兩路信號(hào)。2、直流測(cè)試在進(jìn)行波形測(cè)試之前，請(qǐng)采用實(shí)驗(yàn)二的直流測(cè)試辦法，使用POCKET LAB的直流電壓表

9、測(cè)試各點(diǎn)直流電壓，以確保電路搭試正確。3、輸入信號(hào)在電腦中打開(kāi)POCKET LAB 的信號(hào)發(fā)生器界面， 選擇輸入信號(hào)波形為正弦波， 頻率為 5kHz ，信號(hào)幅度為 50mV ，DC Offset=0V ，兩通道獨(dú)立設(shè)置。點(diǎn)擊按鈕Set，正弦波信號(hào)將輸出到電路輸入端。4、交流波形測(cè)試在電腦中打開(kāi)POCKET LAB 的示波器界面，選擇合適的時(shí)間和電壓刻度，顯示三極管單端放大器的輸入， 輸出波形。 并在窗口中直接讀出其輸入輸出波形的峰峰值，獲得其電壓增益，填入表 3-1，比較計(jì)算值，仿真值和測(cè)試值是否一致。答： 在 POCKET LAB 的示波器界面，可直接讀出輸入輸出波形的峰峰值，如下圖所示。因

10、182517.22 。在誤差允許范圍內(nèi)，可認(rèn)為計(jì)算值、仿真值和測(cè)試值一致。此， AV106三、場(chǎng)效應(yīng)管放大器仿真實(shí)驗(yàn)1、根據(jù)圖3-5 所示電路，在Multisim 中搭建 MOS 管 IRF510 單級(jí)放大電路。圖 3-5. MOS 管 IRF510 單級(jí)放大電路對(duì)該電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析，完成表3-5。（ 注：因器件原因，無(wú)法進(jìn)行場(chǎng)效應(yīng)管的實(shí)測(cè)。）表 3-5. 場(chǎng)效應(yīng)管放大器直流工作點(diǎn)仿真值實(shí)測(cè)值V（ V）2.7751V（V）4.0002V（V）0.1483I （R3）（ A ）741.832、加入峰峰值 =100mV ，頻率 =5kHz 的正弦波， 進(jìn)行瞬態(tài)仿真， 在示波器中查看波形， 并將輸入輸出波形截圖于圖 3-7，根據(jù)測(cè)量輸入輸出波形的峰峰值，求得該放大器的增益為：仿真波形增益： 13.72實(shí)測(cè)波形增益：圖3-7. MOS管放大器瞬態(tài)波形四、場(chǎng)效應(yīng)管放大器硬件實(shí)驗(yàn)重復(fù)第二項(xiàng) “晶體三極管放大器硬件實(shí)驗(yàn)”中的所有步驟， 完成場(chǎng)效應(yīng)管放大器IRF510的硬件實(shí)驗(yàn)，并