東南大學2017年模電3三極管放大電路設計

./東南大學電工電子實驗中心實驗報告課程名稱：模擬電子電路實驗第3次實驗實驗名稱：三極管放大電路設計院〔系：吳健雄學院專業(yè)：電類強化班姓名：學號：610142實驗室:實驗組別：同組人員：實驗時間：2016年4月10日評定成績：審閱教師：實驗目的掌握單級放大電路的工程估算、安裝和調試；了解三極管各項基本器件參數(shù)、工作點、偏置電路、輸入阻抗、輸出阻抗、增益、幅頻特性等的基本概念以及測量方法；掌握級聯(lián)電路設計方法；掌握負反饋對放大電路特性的影響。預習思考器件資料：上網(wǎng)查詢本實驗所用的場效應管BJ27<2N5485>的數(shù)據(jù)手冊,畫出三極管封裝示意圖,標出每個管腳的名稱,將相關參數(shù)值填入下表：G:柵極S:源極D:漏極參數(shù)符號參數(shù)值參數(shù)意義及設計時應該如何考慮IDSS4mA<min>,10mA<max>uGSIGSS-1nA〔max柵極反向電流VGS〔OFF-0.5V<min>,-4V<max>夾斷電壓,取適中V〔BRGSS-25V漏源擊穿電壓,不允許超過此值IG10mA正向柵極電流PD350mW漏極最大允許耗散功率,不允許超過此值gmdiDduGS<uGS=常數(shù)低頻跨導上網(wǎng)查詢本實驗所用的三極管9013的數(shù)據(jù)手冊,畫出三極管封裝示意圖,標出每個管腳的名稱,將相關參數(shù)值填入下表：1．發(fā)射極 2.基極 3.集電極參數(shù)符號參數(shù)值參數(shù)意義及設計時應該如何考慮VCBO40V集電極-基極開路電壓,不得超過此值VCEO20V集電極-發(fā)射極開路電壓,不得超過此值VEBO5V發(fā)射極-基極開路電壓,不得超過此值IC500mA集電極電流IE500mA發(fā)射極電流≈集電極電流hFE144-202共射電流放大系數(shù)VCE<sat>0.16V<TYPE>集電極-發(fā)射極飽和電壓VBE基極-發(fā)射極電壓fT\未知偏置電路：圖3.1中偏置電路的名稱是什么？簡單解釋是如何自動調節(jié)晶體管的電流IC以實現(xiàn)穩(wěn)定直流工作點的作用的,如果R1、R2取得過大能否再起到穩(wěn)定直流工作點的作用,為什么？圖3.1射級偏置電路此圖為分壓式偏置電路。具體的自動調節(jié)可以總結為：T(°?)↑→電壓增益：對于一個低頻電壓放大器,一般希望電壓增益足夠大,根據(jù)您所學的理論知識,分析有哪些方法可以提高電壓增益,分析這些方法各自優(yōu)缺點,總結出最佳實現(xiàn)方案。實驗中測量電壓增益的時候用到交流毫伏表,試問能否用萬用表或示波器,為什么？不能。因為為了精確測量,輸入輸出需用同一儀器。但輸入一般較小,用萬用表和示波器測量會有明顯誤差,故此處使用交流毫伏表測量。輸入阻抗：放大器的輸入電阻Ri反映了放大器本身消耗輸人信號源功率的大小,設信號源內阻為RS,試畫出圖3.1中放大電路的輸入等效電路圖,通過連線回答下面的問題,并做簡單解釋：圖3.2是實際工程中測量放大器輸入阻抗的原理圖,試根據(jù)該圖簡單分析為什么串接電阻RS的取值不能太大也不能太小。圖3.2放大器輸入阻抗測量原理圖串接電阻太大會使得測量電壓過小而影響測量數(shù)值,進而影響測量精度。串接電阻太小會使得電路不穩(wěn)定。對于小信號放大器來說一般希望輸入阻抗足夠高,根據(jù)所學的理論知識,分析有哪些方法可以提高圖3.1放大電路的輸入阻抗。提高RB1、RB2和輸出阻抗：放大器輸出電阻RO的大小反映了它帶負載的能力,試分析圖3.1放大電路的輸出阻抗受那些參數(shù)的影響,設負載為RL,畫出輸出等效電路圖,通過連線回答下面的問題,并做簡單解釋。圖3.3是實際工程中測量放大器輸出阻抗的原理圖,試根據(jù)該圖簡單分析為什么電阻RL的取值不能太大也不能太小。圖3.3放大器輸出阻抗測量原理圖由計算公式RO當RL當RL負反饋對放大器性能的影響引入交流負反饋后,放大器的放大倍數(shù)將下降,其表達式為AF=11+AF。式中,F為反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)；A為無負反饋時的放大倍數(shù)。引入負反饋后通頻帶加寬,負反饋放大器上限頻率fHF與下限頻率f實驗內容基本要求根據(jù)圖3.1所示電路,研究靜態(tài)工作點變化對放大器性能的影響調整RW,使靜態(tài)集電極電流ICQ=1mA,測量靜態(tài)時晶體管集電極—發(fā)射極之間電壓UCEQ。記入表3-1中。在放大器輸入端輸入頻率為f=1kHz的正弦信號,調節(jié)信號源輸出電壓US使Ui=5mV,測量US、UO和UO’〔負載開路時的輸出電壓的值并填于表3-1中。注意：用雙綜示波器監(jiān)視UO及Ui的波形時,必須確保在UO基本不失真時讀數(shù)〔教師當堂驗收。重新調整RW,使ICQ分別為2mA,重復上述測量,將測量結果記入表3-1中。根據(jù)測量結果計算放大器的Au、Ri、Ro。電路圖如圖所示。特別說明：RC此處采用2.7kΩ,并非所提供的3k表3-1靜態(tài)工作點變化對放大器性能的影響靜態(tài)工作點電流ICQ<mA>12測量值測量值理論值誤差輸入端接地UBQ<V>1.6282.6252.60.96%UCQ<V>9.206.486.61.82%UEQ<V>0.9891.9821.00%輸入信號Ui=5mVUS<mV>6.397.171.42%UO<V>0.490.9515%UL<V>0.270.490.52%計算值UBEQ0.639\\\UCEQ8.211\\\Au-53\\\Ri/kΩ3.60\\\RO/kΩ2.7\\\波形如圖所示：觀察不同靜態(tài)工作點對輸出波形的影響改變RW的阻值,使輸出電壓波形出現(xiàn)截止失真,繪出失真波形,并將測量值記錄表3-2中。飽和失真：完全飽和失真：改變RW的阻值,使輸出電壓波形出現(xiàn)飽和失真,繪出失真波形,并將測量值記錄表3-2中。截止失真：完全截止失真：注明：要想出現(xiàn)截止失真波形,調節(jié)靜態(tài)工作點是其一要素,另一關鍵是需要增大輸入信號的幅度,這樣才能出現(xiàn)截止失真。表3-2不同靜態(tài)工作點對輸出波形的影響完全截止截止失真飽和失真完全飽和測量值UBQ<V>0.9932.613.6473.277UCQ<V>10.986.723.7243.813UEQ<V>0.3881.962.9823.143波形\\\\測量放大器的最大不失真輸出電壓分別調節(jié)RW和US,用示波器觀察輸出電壓UO波形,使輸出波形為最大不失真正弦波。測量此時靜態(tài)集電極電流ICQ和輸出電壓的峰峰值UOPP。可以看到,此時最大不失真輸出信號的峰峰值為3.52V。提高要求設計一個分別由共源〔CS、共射〔CE和共集〔CC構成的三級放大電路,要求滿足以下指標：〔設共源、共射和共集的輸出電壓分別為UO1、UO2和UOAu>100,Ri>1MΩ,RO<100Ω。寫出具體設計過程,計算電路參數(shù)以及Au、Ri和RO的理論值。設置合適的靜態(tài)工作點,在放大器輸入端輸入頻率為f=1kHz的正弦信號,調節(jié)信號源輸出電壓US使Ui=5mV,用示波器雙蹤顯示Ui、Uo的波形,在輸出波形不失真的情況下,記錄波形,測量U