模擬電路實(shí)驗(yàn)-三極管及其放大電路

模擬實(shí)驗(yàn)三三極管及其放大電路一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．對(duì)晶體三極管(3DG6、9013)、場(chǎng)效應(yīng)管（3DJ6G）進(jìn)行實(shí)物識(shí)別，了解它們的命名方法和主要技術(shù)指標(biāo)。2．學(xué)習(xí)用數(shù)字萬用表、模擬萬用表對(duì)三極管進(jìn)行測(cè)試的方法。3．用圖3-10提供的電路，對(duì)三極管的β值進(jìn)行測(cè)試。4．學(xué)習(xí)共射、共集電極（*）、共基極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)整，以及參數(shù)選取方法，研究靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)性能的影響。5．學(xué)習(xí)放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)（電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓）的測(cè)量方法。6.調(diào)節(jié)CE電路相關(guān)參數(shù)，用示波器觀測(cè)輸出波形，對(duì)飽和失真和截止失真的情況進(jìn)行研究。7．用Multisim軟件完成對(duì)共射極、共集電極、共基極放大電路性能的分析，學(xué)習(xí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試及調(diào)整方法，觀察測(cè)定電路參數(shù)變化對(duì)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)及輸出電壓波形的影響。加深對(duì)共射極、共集電極、共基極基本放大電路放大特性的理解。二．知識(shí)要點(diǎn)1．半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管是組成放大電路的核心器件，是集成電路的組成元件，在電路中主要用于電流放大、開關(guān)控制或與其他元器件組成特殊電路等。半導(dǎo)體三極管的種類較多，按制造材料不同有硅管、鍺管、砷化鎵管、磷化鎵管等；按極性不同有NPN型和PNP型；按工作頻率不同有低頻管、高頻管及超高頻管等；按用途不同有普通管、高頻管、開關(guān)管、復(fù)合管等。其功耗大于1W的屬于大功率管，小于1W的屬于小功率管。半導(dǎo)體三極管的參數(shù)主要有電流放大倍數(shù)β、極間反向電流ICEO、極限參數(shù)（如最高工作電壓VCEM、集電極最大工作電流ICM、最高結(jié)溫TjM、集電極最大功耗PCM）以及頻率特性參數(shù)等。有關(guān)三極管命名、類型以及參數(shù)等可查閱相關(guān)器件手冊(cè)。下面給出幾種常用三極管的參數(shù)舉例如表3-01所示：表3-01幾種常用三極管的參數(shù)參數(shù)PCM(mW）ICM(mA)VBRCBO(V)ICBO(μAhFEfT(MHz)極性3DG100D1002040140.01NPN3DG200A10020150.125~2700.01NPNCS9013H400500250.5144150NPNCS9012H600500250.5144150PNP參數(shù)VP(V)IDSSgm(mA/V)PDM(mW)rGS（Ω）fM3DJ6G-93~6.5110010830N溝道2．半導(dǎo)體三極管的識(shí)別與檢測(cè)半導(dǎo)體三極管的類型有NPN型和PNP型兩種?？筛鶕?jù)管子外殼標(biāo)注的型號(hào)來判別是NPN型，還是PNP型。在半導(dǎo)體三極管型號(hào)命名中，第二部分字母A、C表示PNP型管；B、D表示NPN型管；而A、B表示鍺材料；C、D表示硅材料。另外，目前市場(chǎng)上廣泛使用的9011～9018系列高頻小功率9012、9015為PNP型，其余為NPN型。半導(dǎo)體三極管的型號(hào)和命名方法，與半導(dǎo)體二極管的型號(hào)及命名方法相同，詳見康華光第四版P44頁附錄或者參考有關(guān)手冊(cè)。(1)三極管的電極和類型判別1)直觀辨識(shí)法。半導(dǎo)體三極管有基極(B)、集電極(C)和發(fā)射極(E)三個(gè)電極，如圖3-11所示，常用三極管電極排列有E-B-C、B-C-E、C-B-E、E-C-B等多種形式。2)特征辨識(shí)法。如圖3-01所示，有些三極管用結(jié)構(gòu)特征標(biāo)識(shí)來表示某一電極。如高頻小功率管3DGl2、3DG6的外殼有一小凸起標(biāo)識(shí)，該凸起標(biāo)識(shí)旁引腳為發(fā)射極；金屬封裝低頻大功率管3DD301、3AD6C的外殼為集電極等。圖3-11三極管結(jié)構(gòu)特征標(biāo)識(shí)極性3)萬用表歐姆檔判別法如圖3-12所示，選用指針式萬用表歐姆檔R×lkΩ檔。首先判定基極b方法：用萬用表黑表筆碰觸某一極，再用紅表筆依次碰觸另外兩個(gè)電極，并測(cè)得兩電極間阻值。若兩次測(cè)得電阻均很小(為PN結(jié)正向電阻值)，則黑表筆對(duì)應(yīng)為基極且此管為NPN型；或者兩次測(cè)得電阻值均很大(為PN結(jié)反向電阻值)，但交換表筆后再用黑筆去碰觸另兩極，也測(cè)量兩次，若兩次阻值也很小，則原黑表筆對(duì)應(yīng)為管子基極，且此管為PNP型。注意：指針式萬用表歐姆檔時(shí)，黑表筆則為正極，紅表筆為負(fù)極；這與（a）（b）數(shù)字式萬用表不同。圖3-12萬用表歐姆檔判別法其次，判別集電極和發(fā)射極。其基本原理是把三極管接成基本放大電路，利用測(cè)量管子的電流放大倍數(shù)值β的大小，來判定集電極和發(fā)射極。以NPN管為例說明，如圖3-12b所示，基極確定后，不管基極，用萬用表兩表筆分別接另兩電極，用100kΩ的電阻一端接基極，電阻的另一端接萬用表黑表筆，若表針偏轉(zhuǎn)角度較大，則黑表筆對(duì)應(yīng)為集電極，紅表筆對(duì)應(yīng)為發(fā)射極。也可用手捏住基極與黑表筆(但不能使兩者相碰)，以人體電阻代替l00kΩ電阻的作用(對(duì)于PNP型，手捏紅表筆與基極)。上面這種方法，實(shí)質(zhì)上是把三極管接成了正向偏置狀態(tài)，若極性正確，則集電極有較大電流。(2)硅管、鍺管的判別根據(jù)硅材料PN結(jié)正向電阻較鍺材料大的特點(diǎn)，可用萬用表歐姆R×1kΩ檔測(cè)定，若測(cè)得PN結(jié)正向阻值約為3～l0kΩ，則為硅材料管；若測(cè)得正向阻值約為50～1kΩ，則為鍺材料管?；驕y(cè)量發(fā)射結(jié)(集電結(jié))反向電阻值，若測(cè)得反向阻值約為500kΩ，則為硅材料管；若測(cè)得反向阻值約為100kΩ，則為鍺材料管。3．三極管場(chǎng)效應(yīng)管放大電路共射極放大電路既有電流放大作用，又有電壓放大作用，故常用于小信號(hào)的放大。改變電路的靜態(tài)工RS兩端對(duì)地電壓，求得RS上的壓降(Vs-Vi)，則：所以有通過測(cè)量VS和Vi來間接地求出RS上的壓降，是因?yàn)镽S兩端沒有電路的公共接地點(diǎn)。若用一端接地的毫伏表測(cè)量，會(huì)引入干擾信號(hào)，以致造成測(cè)量誤差。(4)輸出電阻的測(cè)量放大電路的輸出端可看成有源二端網(wǎng)絡(luò)。如圖3-17所示。圖3-17測(cè)量輸出電阻的電路用毫伏表測(cè)出不接RL時(shí)的空載電壓Vo’和接負(fù)載RL后的輸出電壓Vo，即可間接地推算RO的大?。?。(5)放大電路頻率特性的測(cè)量放大電路頻率特性是指放大電路的電壓放大倍數(shù)Av，與輸入信號(hào)頻率之間的關(guān)系。Av隨輸入信號(hào)頻率變化下降到0.707Av。時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率定義為下限頻率和上限頻率，通頻帶為。上、下限頻率可用以下方法測(cè)量：先調(diào)節(jié)輸入信號(hào)Vi使Vi頻率為1kHz；調(diào)節(jié)Vi幅度，使輸出電壓Vo幅度為1V。保持Vi幅度不變，增大信號(hào)Vi的頻率，Vo幅度隨著下降，當(dāng)Vo下降到0.707V時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)額率為上限頻率；保持Vi幅度不變，降低Vi頻率，同樣使Vo幅度下降到0.707V時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率為下限頻率。(6)觀察截止失真、飽和失真兩種失真現(xiàn)象測(cè)量電路如圖3-18所示，在ICQ=3.0mA，RL=∞情況下，增大輸入信號(hào)，使輸出電壓保持沒有失真，然后調(diào)節(jié)電位器Rb2阻值，改變電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路分別產(chǎn)生較為明顯的截止失真與飽和失真，測(cè)出產(chǎn)生失真后相應(yīng)的集電極靜態(tài)電流。做好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)記錄。圖3-18共射放大電路舉例圖3-19共射放大電路對(duì)應(yīng)的三個(gè)仿真電路圖圖3-20共集電極放大電路舉例三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．查閱手冊(cè)并測(cè)試晶體三極管(3DG100D、CS9013)、場(chǎng)效應(yīng)管（3DJ6G）的參數(shù)，記錄所查和所測(cè)數(shù)據(jù)。2．用晶體三極管3DG100D或CS9013組成如圖3-21所示單管共射極放大電路，通過改變電位器R2，使得VCE為4V，測(cè)量此時(shí)VCEQ、VBEQ、Rb的值，計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q對(duì)應(yīng)的三個(gè)參數(shù)值。3．在下列兩種情況下，測(cè)量放大電路的電壓放大倍數(shù)和最大Av不失真輸出電壓VOMAX。(1)RL=R4=∞（開路）②RL=R4=10kΩ。建議：最初使用1KHz、5mV的正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)試；然后改變輸入信號(hào)的幅值，使用雙蹤顯示方式同時(shí)顯示VI與VO，進(jìn)行監(jiān)視，盡量選擇較大幅度的正弦信號(hào)作為放大器的VI，在保證VO波形不失真的條件下圖3-21單管共射極放大電路進(jìn)行測(cè)量。（若VO波形失真，所測(cè)動(dòng)態(tài)參數(shù)就毫無意義）。表3-09靜態(tài)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)計(jì)算值VCE（V）VBE（V）Rb（KΩ）VCEQ（V）IBQ（μA）ICQ（mA）表3-10測(cè)AV的記錄表實(shí)測(cè)值理論估算值實(shí)測(cè)計(jì)算值Vi（mV）Vo（mV）AVAV觀察飽和失真和截止失真，并測(cè)出相應(yīng)的集電極靜態(tài)電流。測(cè)量放大電路的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。*6．按照?qǐng)D3-10設(shè)計(jì)BJT的β測(cè)試電路，確定電路中所有元器件和輸入電壓的參數(shù)值，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較和誤差分析。圖3-10BJT的β值測(cè)試電路圖*7．測(cè)量圖3-18放大電路帶負(fù)載時(shí)的上限頻率和下限頻率。*8．實(shí)驗(yàn)電路如圖3-20所示，要求仿真并實(shí)物實(shí)現(xiàn)電路，計(jì)算并實(shí)測(cè)電路的輸入電阻和輸出電阻。四．思考題1．Rb為什么要由一個(gè)電位器和一個(gè)固定電阻串聯(lián)組成？2．電解電容兩端的靜態(tài)電壓方向與它的極性應(yīng)該有何關(guān)系？3．如果儀器和實(shí)驗(yàn)線路不共地會(huì)出現(xiàn)什么情況？通過實(shí)驗(yàn)說明。五．實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．按照實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的要求完成設(shè)計(jì)作業(yè)一份，并估算放大電路的性能指標(biāo)。2．記錄實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的有關(guān)靜態(tài)工作點(diǎn)和電路的Au、Vo(max)、Ri和Ro的數(shù)據(jù)。3．認(rèn)真記錄和整理測(cè)試數(shù)據(jù)，按要求填入表格并畫出輸入、輸出對(duì)應(yīng)的波形圖。4．對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行理論分析，找出產(chǎn)生誤差的原因。5．詳細(xì)記錄組裝、調(diào)試過程中發(fā)