單管放大電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告-王劍曉

1、單管放大電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告電03 王劍曉2010010929單管放大電路報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握放大電路直流工作點(diǎn)的調(diào)整與測量方法；(2) 掌握放大電路主要性能指標(biāo)的測量方法；(3) 了解直流工作點(diǎn)對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)特性的影響；(4) 掌握發(fā)射極負(fù)反饋電阻對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)特性的影響；(5) 掌握信號(hào)源內(nèi)阻RS對(duì)放大電路頻帶（上下截止頻率）的影響；二、 實(shí)驗(yàn)電路與實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路如課本P77所示。圖中可變電阻RW是為調(diào)節(jié)晶體管靜態(tài) 工作點(diǎn)而設(shè)置的。（1） 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算與調(diào)整；將圖中基極偏置電路VCC、RB1、RB2用戴維南定理等效成電壓源，得到直流通路，如下圖1.2所示。其開路電壓VBB和內(nèi)阻RB

2、分別為：VBB= RB2/( RB1+RB2)* VCC; RB= RB1/ RB2; 所以由輸入特性可得：VBB= RBIBQ+UBEQ+(RE1+ RE2)(1+) IBQ; 即：IBQ=（VBB- UBEQ）/(RE1+ RE2)+ RB; 因此，由晶體管特性可知：ICQ=IBQ； 由輸出回路知：VCC= RC ICQ + UCEQ+(RE1+ RE2) IEQ; 整理得：UCEQ= VCC-(RE1+ RE2+ RC) ICQ； 分析：當(dāng)Rw變化（以下以增大為例）時(shí)，RB1增大，RB增大，IBQ減?。籌CQ減??；UCEQ增大，但需要防止出現(xiàn)頂部失真；若Rw減小變化相反，需要考慮底部失真

3、（截止失真）；（2） 放大電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻做出電路的交流微變等效模型：則：電壓增益Ai=UO/Ui=-（RC/ RL）/rbe; 輸入電阻Ri=RB1/RB2/rbe； 輸出電阻RO= RC; 其中rbe=rbb+(1+)UT/ IEQ,體現(xiàn)了直流工作點(diǎn)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響；分析：當(dāng)RC、RL選定后，電壓增益主要決定于rbe，受到IEQ，即直流工作點(diǎn)的影響。由上面對(duì)直流工作點(diǎn)的分析可知，Rw變化（以下以增大為例）時(shí)ICQ減小，那么rbe增大，電壓增益Ai減小，輸入電阻Ri增大，輸出電阻RO基本不變，與直流無關(guān)；如果將發(fā)射極旁路電容CE改為與RE2并聯(lián)，RE1成為交流負(fù)反饋電阻，電

4、路的動(dòng)態(tài)參數(shù)分別變?yōu)殡妷涸鲆鍭i=UO/Ui=-（RC/ RL）/rbe+(1+) RE1; 輸入電阻Ri=RB1/RB2/rbe+(1+) RE1； 輸出電阻RO= RC; 分析：此時(shí)電壓增益Ai減?。≧E1影響了放大倍數(shù)），此時(shí)如果有rbe(1+) RE1，則Ai=（RC/RL）/RE1，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定；輸入電阻Ri增大（使得更多的輸入信號(hào)被放大），輸出電阻RO基本不變；Rw變化（以下以增大為例）時(shí)ICQ減小，那么rbe增大，電壓增益Ai仍然減小，輸入電阻Ri增大，輸出電阻RO基本不變，與直流無關(guān)；（3） 放大電路電壓增益的幅頻特性和頻帶放大電路一般含有電抗，使得電路對(duì)不同頻率的信號(hào)具有不同的

5、放大能力，即電壓增益是頻率的函數(shù)。電壓增益的大小與頻率的函數(shù)關(guān)系即是幅頻特性。需要注意的是：測量放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)必須在波形不失真的條件下進(jìn)行，因此輸入信號(hào)不能太大，實(shí)驗(yàn)中一般使用示波器監(jiān)視輸出信號(hào)的波形。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與擴(kuò)展內(nèi)容（1） 工作點(diǎn)的調(diào)整；調(diào)節(jié)Rw，分別使ICQ=1mA和2mA，測量VCEQ的值；（2） 工作點(diǎn)對(duì)放大電路的動(dòng)態(tài)特性的影響；在ICQ=1mA和2mA時(shí)，測量電壓放大倍數(shù)、幅頻特性（只測上下截止頻率）、輸入電阻、輸出電阻。其中輸入正弦電壓信號(hào)Vi的幅度為5mV，頻率為1kHz。（3） 射極負(fù)反饋電阻對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響；（擴(kuò)展內(nèi)容）如果將發(fā)射極旁路電容CE改為與RE2并聯(lián)，RE

6、1成為交流負(fù)反饋電阻，在ICQ=1mA時(shí)，測量電壓放大倍數(shù)、幅頻特性（只測上下截止頻率）、輸入電阻、輸出電阻，總結(jié)射極負(fù)反饋電阻對(duì)電路動(dòng)態(tài)特性的影響；四、 注意事項(xiàng)：（1） 實(shí)驗(yàn)中要將直流電源、信號(hào)源、示波器等電子儀器和實(shí)驗(yàn)線路接地，以免引起干擾；（2） 電路性能指標(biāo)的測試要在輸出電壓波形不失真和沒有明顯干擾的情況下進(jìn)行；五、 仿真（仿真報(bào)告請(qǐng)見文檔“仿真報(bào)告”）1） 仿真電路圖見電子電路實(shí)驗(yàn)p77圖3.1“單管共發(fā)射極放大電路”。其中RS0，為實(shí)驗(yàn)室所用信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)阻。與器件盒中的器件參數(shù)相匹配。 2）Multisim 7中的元件選擇三極管選用實(shí)際元件，型號(hào)為MRF9011L，將模型參數(shù)中

7、的（即BF）改為212；其它元件都選用虛擬器件。2） 仿真內(nèi)容a. 靜態(tài)工作點(diǎn)在ICQ=1mA和2mA時(shí)，測量VCEQ的值，并記錄RB1的值。RB1可選用Multisim中的“Virtual Linear Potentiometer”元件。b. 動(dòng)態(tài)特性仿真在ICQ=1mA和2mA時(shí)，測量電壓放大倍數(shù)和幅頻特性。其中輸入正弦電壓信號(hào)Vi的幅度為5mV，頻率為1kHz。六、仿真心得：1）在仿真進(jìn)行過程中，應(yīng)保持RW的值不變；2）RW的量程要為100 k；3）新接入萬用表后，對(duì)電流和電壓是有影響的，也就是會(huì)產(chǎn)生誤差；4）看清楚要對(duì)誰測量，提前做好測量準(zhǔn)備，以免測量時(shí)出現(xiàn)遺漏或差錯(cuò)；（一）預(yù)習(xí)報(bào)告1

8、、預(yù)習(xí)計(jì)算晶體管的主要參數(shù)為：B=260，VBE=0.7V，rbb=10歐，fT=300MHz,Cbc=1pF,計(jì)算實(shí)驗(yàn)地那路的主要性能指標(biāo)，以備與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行分析比較。（1）首先計(jì)算直流狀態(tài)下的ICQ、UCEQ 以及此時(shí)的Rw：IBQ=(VBB- UBEQ)/(RB+(I+)(RE1+ RE2) UCEQ =VCC- ICQ(RC+ RE1+ RE2) ICQ=1mA時(shí)，IBQ= ICQ/ =1/260mA; 帶入，解得RB1=77.170k;此時(shí)，UCEQ=7.495VICQ=2mA時(shí)，IBQ= ICQ/ =2/260mA; 帶入，解得RB1=41.357k;此時(shí)，UCEQ=2.991

9、V（2）其次，計(jì)算各交流量：電壓放大倍數(shù)AU、輸入電阻Ri、輸出電阻RO：ICQ=1mA時(shí), RB1=77.170K；此時(shí)rbe=rbb+UT/ IBQ=0.010+26*0.26=6.86 K；電壓放大倍數(shù)為：AU =UO / Ui=-(RC/ RL)/ rbe=-75.94;輸入電阻Ri= RB1/ RB2/rbe=4.44 k;輸出電阻RO=RC=3.3 k;ICQ=2mA時(shí), RB1=41.357K；此時(shí)rbe=rbb+UT/ IBQ=0.01+26*0.26/2=3.39 K；電壓放大倍數(shù)為：AU =UO / Ui=-(RC/ RL)/ rbe=-153.666;輸入電阻Ri= RB

10、1/ RB2/rbe=2.59 k;輸出電阻RO=RC=3.3 k;2、主要實(shí)驗(yàn)步驟a) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格（1）測量直流工作點(diǎn)ICQmARw/UCEQ/V12（2）測量計(jì)算電壓放大倍數(shù)ICQ/mARw/Ui/VUO/VAU12（3）測量計(jì)算輸入電阻RiICQ/mAUo/V（斷開R1）Uo/V（接入R1）Ri= Uo/( Uo- Uo)/12（4）測量計(jì)算輸出電阻ROICQ/mA開路時(shí)UOC/V接通時(shí)UOC/VRO/V12（5）測量頻帶ICQ/mAUoUo /2上限fH/Hz下限fL/Hz12(6)提高要求有負(fù)反饋的情況（只測當(dāng)ICQ=1.0mA的情況）ICQ/mAUCEQ/VUO/VUI/VAUR

11、O/RI/fH/HzfL/Hzb) 主要實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 測量：（2） 測量直流工作點(diǎn)：用萬用表測量集電極對(duì)地電壓使之為8.4V（ICQ=1mA時(shí)，UC=12V-3.6V=8.4V）和4.8V（ICQ=2mA時(shí)，UC=12V-3.6V*2=4.8V）；記錄下此時(shí)的Rw；并測量UCEQ；（3） 測量動(dòng)態(tài)特性：電壓放大倍數(shù)：將輸入電壓、輸出電壓分別加在示波器兩輸入端，調(diào)節(jié)Rw的值分別為上步驟中記錄的值，測量Ui、UO的峰值，相比后得到AU；測量輸入電阻Ri：在輸入端串聯(lián)R1=3.6k，調(diào)節(jié)Rw的值分別為上步驟中記錄的值，測量輸出電壓Uo、Uo； 由公式Ri= Uo/( Uo- Uo)即可計(jì)算Ri；

12、測量輸出電阻RO: 在輸出端串聯(lián)R2=4.7k，調(diào)節(jié)Rw的值分別為上步驟中記錄的值，測量輸出電壓Uo、Uo； 由公式RO=（UOC/UOC-1）* R2即可計(jì)算RO；測量頻帶：調(diào)節(jié)Rw的值分別為上步驟中記錄的值，保持輸入電壓為近似5mV不變，分別向上、向下調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率，測量輸出電壓的幅值使之為5mV* AU/2，讀取此時(shí)的頻率，記錄。（二）終結(jié)報(bào)告1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、處理及分析1）數(shù)據(jù)記錄、處理（1）測量值 實(shí)驗(yàn)中利用學(xué)習(xí)機(jī)和示波器測得MRF9011L的輸出特性曲線，測得=iciB=212，小與理論值的260。（2）測量直流工作點(diǎn)ICQmARw/UCEQ/V150.9k7.38222

13、.1k2.88（3）測量計(jì)算電壓放大倍數(shù)ICQ/mARw/Ui/VUO/VAU158.5k5.00m0.343168.62219.2k5.00m0.6532130.65（4） 測量計(jì)算輸入電阻RiICQ/mAUo/V（斷開R1）Uo/V（接入R1）Ri= Uo/( Uo- Uo)/15.00m4.01m4.05k25.00m3.63m2.65k（5）測量計(jì)算輸出電阻RO（實(shí)際輸出端串聯(lián)電阻為5.1k）ICQ/mA開路時(shí)UOC/V接通時(shí)UOC/VRO/V10.63800.4042.95k21.11220.7022.98k（6）測量頻帶ICQ/mAUo/VUo /2 /V上限fH/Hz下限fL/H

14、z10.4100.30001.8730M134.220.7080.50061.3560M224.4（7）提高要求有負(fù)反饋的情況（只測當(dāng)ICQ=1.0mA的情況）ICQ/mAUCEQ/VUO/VUI/VAURO/RI/fH/HzfL/Hz17.3845.40m5.00m-9.083.28k10.79k25.43.214M注：該提高要求是由王劍曉同學(xué)在課堂上完成，但由于當(dāng)時(shí)未能完成全部的數(shù)據(jù)處理，因此未經(jīng)任老師批準(zhǔn)，只將部分處理好的數(shù)據(jù)以及原始數(shù)據(jù)交給助教老師過目。2）數(shù)據(jù)分析通過理論估算與仿真結(jié)果，我們來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析。（1） 理論計(jì)算根據(jù)測量結(jié)果，=212首先計(jì)算直流狀態(tài)下的ICQ、U

15、CEQ 以及此時(shí)的RwIBQ=(VBB- UBEQ)/(RB+(I+)(RE1+ RE2)UCEQ =VCC- ICQ(RC+ RE1+ RE2) ICQ=1mA時(shí)，IBQ= ICQ/ =1/212mA; 帶入解得RB1=79.74k;此時(shí)，UCEQ=7.50V.ICQ=2mA時(shí)，IBQ= ICQ/ =2/212mA; 帶入解得RB1=43.07k;此時(shí)，UCEQ=3.00V.其次，計(jì)算各交流量：電壓放大倍數(shù)AU、輸入電阻Ri、輸出電阻RO：ICQ=1mA時(shí), RB1=79.74K；此時(shí)rbe=rbb+UT/ IBQ=10+26*212=5.52 K；電壓放大倍數(shù)為：AU =UO / Ui=-

16、(RC/ RL)/ rbe=-76.95;輸入電阻Ri= RB1/ RB2/rbe=3.84 k;輸出電阻RO=RC=3.3 k;ICQ=2mA時(shí), RB1=43.07K；此時(shí)rbe=rbb+UT/ IBQ=10+26*212/2=2.77 K；電壓放大倍數(shù)為：AU =UO / Ui=-(RC/ RL)/ rbe=-153.34;輸入電阻Ri= RB1/ RB2/rbe=2.22 k;輸出電阻RO=RC=3.3k;提高要求：（ICQ=1mA）此時(shí)RB1=79.74K，rbe=5.52 K；電壓放大倍數(shù)為：AU =UO / Ui=-(RC/ RL)/（ （1+ ）*RE1+rbe）=-8.83輸

17、入電阻Ri= RB1/ RB2/（rbe+（1+ ）*RE1）=10.00K；輸出電阻RO=RC=3.3 k;（2）理論值、仿真值、實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比表格如下ICQ=1mA時(shí)：Rw/kUCEQ/VAU Ri/ kRO/ kfL/HZfH/HZ理論值59.77.50-76.953.843.30仿真值55.07.53-71.884.543.09130.881.3M實(shí)驗(yàn)值58.57.38-68.624.052.95134.21.873 MICQ=2mA時(shí):Rw/kUCEQ/VAU Ri/ kRO/ kfLfH理論值23.073.00-153.342.223.30仿真值20.03.01-131.682.57

18、2.89239.175.312M實(shí)驗(yàn)值19.22.88-130.652.652.98224.41.356M提高要求（ICQ=1mA）：Rw/kUCEQ/VAU Ri/ kRO/ kfLfH理論值59.77.50-8.8310.03.30仿真值55.07.53-8.7610.31 3.2718.4153.66M實(shí)驗(yàn)值58.57.38-9.0810.793.2825.43.214M從數(shù)據(jù)直觀看：大多數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比仿真值比相對(duì)理論值更相近，說明實(shí)際電路較理論更復(fù)雜，其各量的影響因素更多。3)下面對(duì)仿真、實(shí)驗(yàn)所造成的誤差進(jìn)行分析：所需參數(shù)的求解公式：電壓放大倍數(shù)為：AU =UO / Ui=-(RC/

19、RL)/ rbe;輸入電阻Ri= RB1/ RB2/rbe;輸出電阻RO=RC；（1） 理論值的誤差：由于理論計(jì)算時(shí)的等效模型是中頻等效模型，忽略了耦合電容和極間電容的影響，因而造成理論計(jì)算的誤差。由于CE使RE1+ RE2的等效值變大。VBB= RB2/( RB1+RB2)* VCC; VBB基本不變；RB= RB1/ RB2; RB基本不變；IBQ=（VBB- UBEQ）/(RE1+ RE2)+ RB; IBQ減?。籌CQ= IBQ； ICQ減??；UCEQ= VCC-(RE1+ RE2+ RC) ICQ； UCEQ不定；注意：上述分析忽略了C1C2和極間電容的影響，雖然誤差小了一些，但是具

20、體來說仍是不準(zhǔn)確的。（2）理論值與仿真值：在誤差允許范圍內(nèi)，仿真的輸入輸出電阻普遍小于理論值，而電壓放大倍數(shù)偏小。原因：由于并聯(lián)在電阻兩端的極間電容的影響，造成輸入電流偏大，輸入電阻Ri將偏小，輸出電阻RO也將偏小，同時(shí)由于耦合電容組成高通網(wǎng)絡(luò)，使得電壓放大倍數(shù)AU將偏小。 （3）理論值與實(shí)驗(yàn)值：在誤差允許范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)中的輸入電阻值比理論值偏大，但是輸出電阻和電壓放大倍數(shù)偏小。原因：輸入電阻偏大，有著多方面的原因。存在系統(tǒng)誤差與偶然誤差。同時(shí)由于耦合電容和旁路電容的存在將導(dǎo)致輸入電流偏小，所以輸入電阻偏大。電壓放大倍數(shù)偏小的原因同上；下面分析輸出電阻偏小的可能原因：可能由于晶體管的極間電阻rc

21、e相對(duì)于Rc和RL相差不大，不能忽略；如果忽略，則相當(dāng)于少了一個(gè)并聯(lián)的電阻，故理論值相對(duì)比較的大。比較有負(fù)反饋和無負(fù)反饋電阻時(shí)的幅頻特性，可見無反饋情況下的頻帶寬度BW小于有反饋時(shí)的頻帶寬度。根據(jù)負(fù)反饋的特性，增益下降的同時(shí)應(yīng)該有頻帶展寬，即有負(fù)反饋時(shí)的BW應(yīng)遠(yuǎn)大于無負(fù)反饋時(shí)的BW?？梢妼?shí)驗(yàn)結(jié)論與理論有差距。經(jīng)分析，其原因可能是由于示波器的10檔探頭的截止頻率約為2-3MHz左右，因此由于探頭的頻率限制，可能造成誤差。 （4）仿真值與實(shí)驗(yàn)值：相比理論值，實(shí)驗(yàn)值與仿真值更為接近，但是由于實(shí)驗(yàn)中很多未知因素的影響使得實(shí)驗(yàn)值與仿真值還有一定的誤差。原因：由于具體實(shí)驗(yàn)中的分布電容和耦合電容與仿真工具中

22、的器件參數(shù)不同，再考慮上溫度和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的影響以及操作中的誤差，導(dǎo)致 fL偏大，同樣極間電容、測量工具的限制等因素也影響著fH，導(dǎo)致其偏小。 綜上所述，實(shí)驗(yàn)值、理論值和仿真值都存在一定的誤差?？偨Y(jié)誤差產(chǎn)生的原因：（1）實(shí)驗(yàn)儀器的誤差測上限截止頻率時(shí)，會(huì)受到示波器中電容等內(nèi)部元件的影響，并且由于示波器分辨率的問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，此外頻率信號(hào)發(fā)生器也會(huì)給電路帶來影響；用數(shù)字萬用表測電阻以及靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，也會(huì)帶入儀器誤差；（2）三極管參數(shù)的誤差由于實(shí)際晶體管和仿真及計(jì)算所用的器件參數(shù)不完全一致，性能不能替代，特別是估算動(dòng)態(tài)電阻rbe時(shí)，因此在靜態(tài)電流ICQ=2mA的狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)值與理論的差別較大；（3）實(shí)際電路中電容的影響實(shí)驗(yàn)電路中所用的旁路電容有22uF，仿真時(shí)用10uF