晶體管單級(jí)放大器

1、2.1晶體管共射極單管放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用multisim仿真軟件分析單級(jí)放大器主要性能指標(biāo)的方法。2、掌握晶體管放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試和調(diào)整方法，觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器輸出波形的影響。3、測(cè)量放大器的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路如圖2.11所示，采用基極固定分壓式偏置電路。電路在接通直流電源Vcc而未加入信號(hào)（Vi=0）時(shí)，三極管三個(gè)極電壓和電流稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，即VBQ=R2VCC/(R2+R3+R7) （2.1-1）ICQ=IEQ=(VBQ-VBEQ)/R4 （2.1-2）IBQ=IEQ/ （2.1-3）VCEQVCCICQ（R5R4） （2.1-4）1、 放

2、大器靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇和測(cè)量放大器的基本任務(wù)是不失真的放大小信號(hào)。為了獲得最大不失真輸出電壓，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在輸出特性曲線上交流負(fù)載線的中點(diǎn)。若工作點(diǎn)選的太高，則容易引起飽和失真；而選的太低，又易引起截止失真。靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量是指在接通電源電壓后放大器輸入端不加信號(hào)時(shí)，測(cè)量晶體管的集電極電流ICQ和管壓降VCEQ。其中VCEQ可直接用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)C-E極間的電壓既得，而ICQ的測(cè)量則有直接法和間接法兩種：（1） 直接法：將萬(wàn)用表電流檔串入集電極電路直接測(cè)量。此法精度高，但要斷開(kāi)集電極回路，比較麻煩。（2） 間接法：用萬(wàn)用表直流電壓檔先測(cè)出R5上的壓降，然后根據(jù)已知R5算出ICQ，此法簡(jiǎn)單，

3、在實(shí)驗(yàn)中常用，但其測(cè)量精度差。為了減小測(cè)量誤差，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的電壓表。當(dāng)按照上述要求搭好電路，在輸入端引入正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出。靜態(tài)工作點(diǎn)具體的調(diào)節(jié)步驟如下：現(xiàn)象出現(xiàn)截止失真出現(xiàn)飽和失真兩種失真都出現(xiàn)無(wú)失真動(dòng)作減小R增大R減小輸入信號(hào)加大輸入信號(hào)根據(jù)示波器上觀察到的現(xiàn)象，做出不同的調(diào)整動(dòng)作，反復(fù)進(jìn)行。當(dāng)加大輸入信號(hào)，兩種失真都出現(xiàn)，減小輸入信號(hào)，兩種失真同時(shí)消失，可以認(rèn)為此時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)正好處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)，就是最佳的靜態(tài)工作點(diǎn)。去掉輸入信號(hào)，測(cè)量此時(shí)的VCQ,就得到了靜態(tài)工作點(diǎn)。2、電壓放大倍數(shù)的測(cè)量電壓放大倍數(shù)是指放大器的輸入電壓Ui輸出電壓Uo之比AV=UO/Ui （2.1-

4、5）用示波器分別測(cè)出UO和Ui，便可按式（2.1-5）求得放大倍數(shù)，電壓放大倍數(shù)與負(fù)載R6有關(guān)。3、輸入電阻和輸出電阻的測(cè)量（1）輸入電阻Ri用電流電壓法測(cè)得，電路如圖2.1-3所示。在輸入回路中串接電阻R=1k，用示波器分別測(cè)出電阻兩端電壓Vi和Vs，則可求得輸入電阻Ri為Ri=Vi/Ri=Vi×R/（Vs-Vi） （2.1-6）圖2.1-3電阻R不宜過(guò)大，否則引入干擾；也不宜過(guò)小，否則誤差太大。通常取與Ri同一數(shù)量級(jí)。（2）輸出電阻Ro可通過(guò)測(cè)量輸出端開(kāi)路時(shí)的輸出電壓Vo，帶上負(fù)載R6后的輸出電壓Vo。Ro=（Vo/Vo-1）×R6 （2.1-7）三、實(shí)驗(yàn)步驟（一） 計(jì)

5、算機(jī)仿真部分1、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量1. 如圖所示,介入函數(shù)發(fā)生器和示波器,示波器A通道接放大器輸入信號(hào),B通道接放大器輸出信號(hào)。按Run鍵開(kāi)始仿真。2. 在輸入端加入1kHz,幅度為20mV(峰-峰值)的正弦波,雙擊函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)置信號(hào)為正弦波,頻率1kHz,幅度為10mV。按A或shift+A調(diào)節(jié)電位器,使示波器所顯示的輸出波形達(dá)到最大不失真。如圖所示。3. 撤掉信號(hào)發(fā)生器,使輸入信號(hào)電壓=0,用萬(wàn)用表測(cè)量三極管三個(gè)極分別對(duì)地的電壓，根據(jù) ,算出。理論估算值實(shí)際測(cè)量值將測(cè)量值記錄于下表中,并與估算值進(jìn)行比較。2、電壓放大倍數(shù)的測(cè)量輸入信號(hào)是1kHz，幅度是20mVpp正弦信號(hào)，利用實(shí)驗(yàn)

6、原理中的公式（2.1-5）分別計(jì)算輸出端開(kāi)路和R6=2k時(shí)的電壓放大倍數(shù)，并用示波器雙蹤觀察Vo和Vi的相位關(guān)系。3、輸入電阻和輸出電阻的測(cè)量（1）用示波器分別測(cè)出電阻兩端的Vs和Vi，用式（2.1-6）便可計(jì)算Ri的大小。如圖2.1-11所示。圖2.1-11（2）根據(jù)測(cè)得的負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓Vo和接上2k電阻時(shí)的輸出電壓Vo，用式（2.1-7）可算出輸出電阻Ro。將2,3的結(jié)果記錄于下表理論估算實(shí)際測(cè)量參數(shù)ViVoAVRiRoViVoAVRiRo負(fù)載開(kāi)路RL=2k實(shí)際測(cè)量值2.75V7.811V2.104V5.707V2.09mA四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果靜態(tài)工作點(diǎn)放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試、計(jì)算結(jié)果（仿真）實(shí)際

7、測(cè)量值參數(shù)ViV0AVViRi負(fù)載開(kāi)路14.14mV1840mV1307.754mV1217RL=2k14.14mV932.1mV667.794mV1180電壓放大倍數(shù)測(cè)量（RL=）電壓放大倍數(shù)測(cè)量（RL=2k）2.5 多級(jí)負(fù)反饋放大器的研究一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用仿軟件研究多級(jí)負(fù)反饋放大電路。6. 學(xué)習(xí)集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用，掌握多級(jí)集成運(yùn)放電路的工作特點(diǎn)。2 實(shí)驗(yàn)原理4. 實(shí)驗(yàn)基本原理及電路（1） 基本概念。在電子電路中，將輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部通過(guò)一定的電路形式作用到輸出回路，用來(lái)影響其輸出量（放大電路的輸入電壓或輸入電流）的措施成為反饋。 若反饋的結(jié)果使凈輸入量減小

8、，則稱之為負(fù)反饋；反之，稱之為正反饋。若反饋存在于直流通路，則稱為直流反饋；若反饋存在于交流通路，則稱為交流反饋。 交流負(fù)反饋有四種組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電流并聯(lián)負(fù)反饋。若反饋量取自輸出電壓，則稱之為電壓反饋；以電流形式相疊加，稱為并聯(lián)反饋。 在分析反饋放大電路市，“有無(wú)反饋”決定于輸出回路和輸入回路是否存在反饋支路?！爸绷鞣答伝蚪涣鞣答仭睕Q定于反饋支路存在于直流通路還是交流通路：“正負(fù)反饋”的判斷可采用瞬時(shí)極性法，反饋的結(jié)果使凈輸入量減小的為負(fù)反饋，使凈輸入量增大的為正反饋；“電壓反饋或電流反饋”的判斷可以看反饋支路與輸出支路是否有直接接點(diǎn)，如果反饋支路與輸出

9、支路有直接接點(diǎn)則為電壓反饋，否則為電流反饋；“串聯(lián)反饋或并聯(lián)反饋”的判斷可以看反饋支路與輸入支路是否有直接直接接點(diǎn)，如果反饋支路與輸入支路有直接接點(diǎn)則為并聯(lián)反饋，否則為串聯(lián)反饋。引入交流反饋后，可以改善放大電路多方面的性能：提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、改變輸入電阻和輸出電阻、展寬通頻帶、減小非線性失真等。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。該放大電路由兩級(jí)運(yùn)放構(gòu)成的而反相比例器組成，在末級(jí)的輸出端引入了反饋網(wǎng)絡(luò)Cf、Rf2和Rf1，構(gòu)成了交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。（2） 放大器的基本參數(shù)： 1）開(kāi)環(huán)參數(shù)。將反饋支路的A點(diǎn)與P點(diǎn)斷開(kāi)，與B點(diǎn)相連，便可得到開(kāi)環(huán)時(shí)的放大電路。由此可測(cè)出開(kāi)環(huán)時(shí)放大電路的電壓放大倍數(shù)Av、輸入電

10、阻Ri，輸出電阻Ro、反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)Fv和通頻帶BW，即式中：VN為N點(diǎn)對(duì)地的交流電壓；Vo為負(fù)載RL開(kāi)路時(shí)的輸出電壓；Vi為B點(diǎn)對(duì)地的交流電壓；fH和fL分別為放大器的上、下限頻率，其定義為放大器的放大倍數(shù)下降為中頻放大倍數(shù)的倍時(shí)的頻率值，即 2）閉環(huán)參數(shù)。通過(guò)開(kāi)環(huán)時(shí)放大電路的電壓放大倍數(shù)，輸入電阻，輸出電阻，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)和上、下限頻率、，可以計(jì)算求得多級(jí)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電壓和通頻帶的理論值，即測(cè)量放大電路的閉環(huán)特性時(shí)，應(yīng)將反饋電路的A點(diǎn)與B點(diǎn)斷開(kāi)、與P點(diǎn)相連，以構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)需要適當(dāng)增大輸入信號(hào)電壓，使輸出電壓（接入負(fù)載時(shí)的測(cè)量值）達(dá)到開(kāi)

11、環(huán)時(shí)的測(cè)量值，然后分別測(cè)出、及的大小，并由此得到負(fù)反饋放大電路閉環(huán)特性的實(shí)際測(cè)量值為上述所得結(jié)果應(yīng)與開(kāi)環(huán)測(cè)試時(shí)由上式所計(jì)算的理論值近似相等，否則應(yīng)該找出原因后重新測(cè)量。在進(jìn)行上述測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證各點(diǎn)信號(hào)波形與輸入信號(hào)為同頻率且不失真的正弦波，否則應(yīng)找出原因，排除故障后再進(jìn)行測(cè)量。3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1） 計(jì)算機(jī)仿真部分（1） 根據(jù)電路畫(huà)出實(shí)驗(yàn)仿真電路圖如圖所示。其中得到波特圖繪制儀的命令為“Simulate Instrument Bode Plotter”。（2） 調(diào)節(jié)J1，使開(kāi)關(guān)A端與B端相連。測(cè)試電路的開(kāi)環(huán)基本特性。 1）將信號(hào)發(fā)生器輸出調(diào)味1kHz、20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的輸入

12、端。得到網(wǎng)絡(luò)的波特圖如下圖所示。 2）保持輸入信號(hào)不變，用示波器觀察輸入和輸出波形。 3）接入負(fù)載，用示波器分別測(cè)出，記入表中。 4）將負(fù)載開(kāi)路，保持輸入電壓的大小不變，用示波器測(cè)出輸出電壓，記入表中 5）從波特圖上讀出放大器的上限頻率與下限頻率記入表中。 6）由上述測(cè)試結(jié)果，算出放大電路開(kāi)環(huán)時(shí)的和的值，并由上式計(jì)算出放大器閉環(huán)時(shí)和的理論值，記入表中。（3） 調(diào)節(jié)J1，使開(kāi)關(guān)A端與P端相連，測(cè)試電路的閉環(huán)基本特性。 1）將信號(hào)發(fā)生器輸出調(diào)味1kHz、20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的輸入端，得到網(wǎng)絡(luò)的波特度如圖所示。 2）接入負(fù)載，逐漸增大輸入信號(hào)達(dá)到開(kāi)環(huán)時(shí)的測(cè)量值，然后用示波器分別測(cè)

13、出，使輸出電壓達(dá)到開(kāi)環(huán)時(shí)的測(cè)量值，然后用示波器分寫(xiě)測(cè)出、和的值，記入表中。 3）將負(fù)載開(kāi)路，保持輸入電壓大小不變，用示波器分別測(cè)出的值，記入表中。 4）閉環(huán)時(shí)放大器的頻率特性測(cè)試同開(kāi)環(huán)時(shí)的測(cè)試，即重復(fù)開(kāi)環(huán)測(cè)試（5）步。 5）由上述結(jié)果并根據(jù)上式計(jì)算出閉環(huán)時(shí)的、和的實(shí)際值，記入表中。 6）由波特圖測(cè)出上、下限頻率，計(jì)算通頻帶BW。四負(fù)反饋放大電路仿真測(cè)試數(shù)據(jù)開(kāi)環(huán)測(cè)試200.180.183.883.3120016510k1k0理論計(jì)算199.3456164.474410k37.3k1k0.23k1.66%閉環(huán)測(cè)試72.552.452.53.313.31554633k0.3k1.36%（1） 實(shí)驗(yàn)結(jié)

14、論4、 畫(huà)出仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)環(huán)網(wǎng)絡(luò)與閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)的波特圖，比較它們的異同并簡(jiǎn)要分析。開(kāi)環(huán)的通頻帶較窄，且上限頻率較低；而閉環(huán)的通頻帶較寬，且上限頻率高。5、 開(kāi)環(huán)時(shí)BW= c42.330kHz 閉環(huán)時(shí)BW=146.022kHz6、 比較電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和通頻帶在開(kāi)環(huán)閉環(huán)時(shí)的差別，得到相應(yīng)結(jié)論。 開(kāi)環(huán)的電壓放大倍數(shù)比閉環(huán)的大，輸出電阻也比閉環(huán)的大，而輸入電阻卻是閉環(huán)的比開(kāi)環(huán)的大，BW則是閉環(huán)比開(kāi)環(huán)大。4.2直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)用變壓器，整流二極管，濾波電容及集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。利用仿真實(shí)驗(yàn)，深入理解整流濾波的原理

15、。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求設(shè)計(jì)指標(biāo)：設(shè)計(jì)兩個(gè)電路：電路一：同時(shí)輸出±12V電壓，Iomax=0.8A。電路二：Vo=+3+9V連續(xù)可調(diào)，Iomax=.0.8A。兩者的性能指標(biāo)：Vop-p5Mv,Su5×10-3。三、實(shí)驗(yàn)原理及參考電路1、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。直流穩(wěn)壓電源方框圖 圖1 直流穩(wěn)壓電源的方框圖其中：（2） 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?/p>

16、，把50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。2、整流電路（1）直流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。圖2 單相橋式整流電路（2）工作原理設(shè)變壓器副邊電壓u2=2U2sint，U2為有效值。 在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。如圖3圖3單相橋式整流電路簡(jiǎn)易畫(huà)法及波形圖 在橋式整

17、流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。3、濾波電路電容濾波電路 采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見(jiàn)的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。 在整流電路的輸出端，即負(fù)載電阻RL兩端并聯(lián)一個(gè)電容量較大的電解電容C，則構(gòu)成了電容濾波電路，如圖5所示電路，由于濾波電容與負(fù)載并聯(lián)，也稱為并聯(lián)濾波電路。圖4單相橋式整流電容濾波電路從圖4可以看出，當(dāng)u2為正半周時(shí), 電源u2通過(guò)導(dǎo)通的二極管VD1、VD3向負(fù)載RL供電，并同時(shí)向電容

18、C充電（將電能存儲(chǔ)在電容里，如t1t2），輸出電壓uouc u2；uo達(dá)峰值后u2減小，當(dāng)uou2時(shí)，VD1、VD3提前截止，電容C通過(guò)RL放電，輸出電壓緩慢下降（如t2t3），由于放電時(shí)間常數(shù)較大，電容放電速度很慢，當(dāng)uC下降不多時(shí)u2已開(kāi)始下一個(gè)上升周期，當(dāng)u2uo時(shí)，電源u2又通過(guò)導(dǎo)通的VD2、VD4向負(fù)載RL供電，同時(shí)再給電容C充電（如t3t4），如此周而復(fù)始。電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，負(fù)載上得到如圖中實(shí)線所示的近似鋸齒的電壓波形，與整流輸出的脈動(dòng)直流（虛線）相比，濾波后輸出的電壓平滑多了。顯然，放電時(shí)間常數(shù)RLC越大、輸出電壓越平滑。若負(fù)載開(kāi)路（RL=），電容無(wú)放電回路，輸出電壓將保持為u

19、2的峰值不變。（1）輸出電壓的估算 顯然，電容濾波電路的輸出電壓與電容的放電時(shí)間常數(shù)=RLC有關(guān)，應(yīng)遠(yuǎn)大于u2的周期T，分析及實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng) =RLC（35）T /2時(shí)，濾波電路的輸出電壓可按下式估算，即 UO1.2U2 （2）整流二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短了，存在瞬間的浪涌電流，要求二極管允許通過(guò)更大的電流，管子參數(shù)應(yīng)滿足 IFM2IV=IO （3）在已知負(fù)載電阻RL的情況下，根據(jù)式子選擇濾波電容C的容量，即C（35） T /2RL若容量偏小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應(yīng)大于u2的峰值，同時(shí)要考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)的因素，留有足夠的余量。電容濾波電路的負(fù)載能力較差，僅適用于負(fù)

20、載電流較小的場(chǎng)合。7、 穩(wěn)壓電路 在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流：（I2是變壓器副邊電流的有效值），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。穩(wěn)壓電路原理電路見(jiàn)圖4.2-5圖4.2-5 穩(wěn)壓電路原理圖5.穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法最大輸入電流：指穩(wěn)壓電源正常工作是能輸出的最大電流，用Iomax表示。輸出電壓：指穩(wěn)壓電源的輸出電壓，用Vo表示。采用如圖4.2-6的測(cè)量圖4.2-6 穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量電路測(cè)量Vo、Iomax。測(cè)量過(guò)程是：輸出端接負(fù)載電阻RL，輸入端接220V的交流電壓，數(shù)字電壓表的測(cè)量即為Vo。再使RL逐漸減小，直到Vo的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)負(fù)載RL的電流即為Iomax。紋波電壓：指疊加在輸出電壓Vo上的交流分量，一般為mV級(jí)。穩(wěn)壓系數(shù)：指在負(fù)載電流Io、環(huán)境溫度T不變的情況下，輸入電