電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)教程 課件 第一章 基本放大電路

第一章

基本放大電路1.1晶體管共射極單管放大電路1.2場效應(yīng)管放大電路1.3負反饋放大電路1.4射極跟隨電路1.5差動放大電路1.1晶體管共射極單管放大電路１.實驗?zāi)康模保W(xué)會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。２）掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。３）熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設(shè)備的使用。２.實驗設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實驗箱。３）信號發(fā)生器。４）萬用表。５）直流電源。1.1晶體管共射極單管放大電路３.實驗原理圖２-７所示為電阻分壓式工作點穩(wěn)定的共射極單管放大器實驗電路。在圖1-1中，當流過偏置電阻ＲＢ１和ＲＢ２的電流遠大于晶體管ＶＴ的基極電流ＩＢ時（一般為５～１０倍），則其靜態(tài)工作點可進行如下估算：1.1晶體管共射極單管放大電路（１）放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試１）靜態(tài)工作點的測量。２）靜態(tài)工作點的調(diào)試。靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如果靜態(tài)工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時ｕｏ的負半周將被削底，如圖1-2所示；如果靜態(tài)工作點偏低則易產(chǎn)生截止失真，即ｕｏ的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯），如圖1-3所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。1.1晶體管共射極單管放大電路（２）放大器動態(tài)指標測試放大器動態(tài)指標包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓（動態(tài)范圍）和通頻帶等。１）電壓放大倍數(shù)Ａｕ的測量。２）輸入電阻Ｒｉ的測量。３）輸出電阻Ｒｏ的測量。1.1晶體管共射極單管放大電路４）最大不失真輸出峰峰電壓ＵＯＰＰ的測量（最大動態(tài)范圍）。５）放大器幅頻特性的測量。1.1晶體管共射極單管放大電路４.實驗內(nèi)容（１）調(diào)試靜態(tài)工作點接通直流電源前，先將Ｒｗ調(diào)至最大，函數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。（２）測量電壓放大倍數(shù)在放大器輸入端加入頻率為１ｋＨｚ的正弦信號ｕＳ，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓ｕｉ≈１０ｍＶ，同時用示波器觀察放大器輸出電壓ｕｏ的波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下述三種情況下的ｕｏ值，并用雙蹤示波器觀察ｕｏ和ｕｉ的相位關(guān)系，并記入表1-2中。1.1晶體管共射極單管放大電路（３）觀察靜態(tài)工作點對電壓放大倍數(shù)的影響置ＲＣ＝２.４ｋΩ，ＲＬ＝∞，Ｕｉ連續(xù)設(shè)置測試值，調(diào)節(jié)Ｒｗ，用示波器監(jiān)視輸出電壓波形，在ｕｏ不失真的條件下，測量數(shù)組ＩＣ和Ｕｏ值，記入表1-3中。（４）觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響置ＲＣ＝２４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ，ｕｉ＝０Ｖ，調(diào)節(jié)Ｒｗ，使ＩＣ＝２.０ｍＡ，測出ＵＣＥ值，再逐步加大輸入信號，使輸出電壓ｕｏ足夠大，但不失真，然后保持輸入信號不變，分別增大和減小Ｒｗ，使波形出現(xiàn)失真，繪出ｕｏ的波形，并測出失真情況下的ＩＣ和ＵＣＥ值，記入表1-4中。1.1晶體管共射極單管放大電路（５）測量最大不失真輸出電壓置ＲＣ＝２４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ，按照實驗原理中所述方法，同時調(diào)節(jié)輸入信號的幅度和電位器Ｒｗ，用示波器和交流毫伏表測量輸出峰峰值ｕＯＰＰ及ｕｏ值，記入表1-5中。（６）測量輸入電阻和輸出電阻置ＲＣ＝２.４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ，ＩＣ＝２.０ｍＡ。輸入ｆ＝１ｋＨｚ的正弦信號電壓ｕｉ≈１０ｍＶ，在輸出電壓ｕｏ不失真的情況下，用交流毫伏表測出ＵＳ、Ｕｉ和ＵＬ，記入表1-6中。1.1晶體管共射極單管放大電路（７）測量幅頻特性曲線取ＩＣ＝２.０ｍＡ，ＲＣ＝２４ｋΩ，ＲＬ＝２.４ｋΩ。保持輸入信號ｕｉ的幅度不變，改變信號源頻率ｆ，逐點測出相應(yīng)的輸出電壓ｕｏ，并記入表1-7中。1.1晶體管共射極單管放大電路5.實驗總結(jié)１）列表整理測量結(jié)果，并把實測的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計算值比較（取一組數(shù)據(jù)進行比較），分析產(chǎn)生誤差的原因。２）總結(jié)ＲＣ、ＲＬ及靜態(tài)工作點對放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻及輸出電阻的影響。３）討論靜態(tài)工作點變化對放大器輸出波形的影響。４）分析討論在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。1.2場效應(yīng)管放大電路１.實驗?zāi)康模保┝私饨Y(jié)型場效應(yīng)管的性能和特點。２）進一步熟悉放大器動態(tài)參數(shù)的測試方法。２.實驗設(shè)備和器材1）+12V直流電源2）函數(shù)信號發(fā)生器3）雙蹤示波器4）交流毫伏表5）直流電壓表6）結(jié)型場效應(yīng)管3DJ6F×17）電阻、電容若干1.2場效應(yīng)管放大電路3.實驗原理

場效應(yīng)管是一種電壓控制型器件，按結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型和絕緣柵型兩種類型。由于場效應(yīng)管柵源之間處于絕緣或反向偏置，因此輸入電阻很高（一般可達上百兆歐）。又由于場效應(yīng)管是一種多數(shù)載流子控制器件，因此熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、噪聲系數(shù)小。加之制造工藝較簡單，便于大規(guī)模集成，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。１）結(jié)型場效應(yīng)管放大器性能分析

圖1-8所示為結(jié)型場效應(yīng)管組成的共源極放大電路。其靜態(tài)工作點為1.2場效應(yīng)管放大電路2）輸入電阻的測量方法

結(jié)型場效應(yīng)管放大器的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)和輸出電阻的測量方法，與1.1節(jié)中晶體管放大器的測量方法相同。其輸入電阻的測量，從原理上講也可采用1.1節(jié)中所述的方法，但由于結(jié)型場效應(yīng)管的R比較大，如直接測輸入電壓US和Ui，則限于測量儀器的輸入電阻有限，必然會帶來較大的誤差。因此為了減小誤差，常利用被測放大器的隔離作用，通過測量輸出電壓Uo來計算輸入電阻。輸入電阻測量電路如圖1-9所示。在放大器的輸入端串入電阻R，把開關(guān)K擲向位置1（使R=0），測量放大器的輸出電壓；保持不變，再把K擲向位置2（接入R），測量放大器的輸出電壓。由于兩次測量中Au和保持不變，因此1.2場效應(yīng)管放大電路４.實驗內(nèi)容1）靜態(tài)工作點的測量和調(diào)整（1）接圖1-8連接電路，令，接通+12V直流電源，用直流電壓表測量。檢查靜態(tài)工作點是否在特性曲線放大區(qū)的中間部分，若合適，則把結(jié)果記入表1-9。（2）若不合適，則適當調(diào)整，調(diào)好后再測量，記入表1-9。2）電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的測量（1）AU和R0的測量在放大器的輸入端加入的正弦信號（有效值為50～100mV），并用雙蹤示波器觀察輸出電壓uo的波形。在輸出電壓uo沒有失真的條件下，用交流毫伏表分別測量的輸出電壓Uo（注意：保持幅值不變），記入表1-10。用雙蹤示波器同時觀察ui和uo的波形，描繪出來并分析它們的相位關(guān)系。1.2場效應(yīng)管放大電路5

實驗總結(jié)1）整理實驗數(shù)據(jù)，將測得的Au、Ri、Ro和理論計算值進行比較。2）把場效應(yīng)管放大器與晶體管放大器進行比較，總結(jié)場效應(yīng)管放大器的特點。3）分析測試中的問題，總結(jié)實驗收獲。1.3負反饋放大電路１.實驗?zāi)康募由罾斫夥糯箅娐分幸胴摲答伒姆椒ê拓摲答亴Ψ糯笃鞲黜椥阅苤笜说挠绊?。?實驗設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實驗箱。３）信號發(fā)生器。４）萬用表。５）直流電源。３.實驗原理負反饋在電子電路中有著非常廣泛的應(yīng)用，雖然它使放大器的放大倍數(shù)降低，但能在多方面改善放大器的動態(tài)指標，如穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入、輸出電阻，減小非線性失真和展寬通頻帶等。因此，幾乎所有的實用放大器都帶有負反饋。負反饋放大器有４種組態(tài)，即電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián)。本實驗以電壓串聯(lián)負反饋為例，分析負反饋對放大器各項性能指標的影響。1.3負反饋放大電路（１）電壓串聯(lián)負反饋放大器的主要性能指標圖2-10所示為帶有負反饋的兩級阻容耦合放大電路，在電路中通過Ｒｆ把輸出電壓ｕｏ（Ｃ３的正極電壓）引回到輸入端，加在晶體管ＶＴ１的發(fā)射極上，在發(fā)射極電阻ＲＦ１上形成反饋電壓ｕｆ。根據(jù)反饋的判斷法可知，它屬于電壓串聯(lián)負反饋。1.3負反饋放大電路１）閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為２）反饋系數(shù)為３）輸入電阻為４）輸出電阻為1.3負反饋放大電路（２）測量基本放大器的動態(tài)參數(shù)本實驗還需要測量基本放大器的動態(tài)參數(shù)。１）在繪制基本放大器的輸入回路時，因為是電壓負反饋，所以可將負反饋放大器的輸出端交流短路，即令ｕｏ＝０Ｖ，此時Ｒｆ相當于并聯(lián)在ＲＦ１上。２）在繪制基本放大器的輸出回路時，由于輸入端是串聯(lián)負反饋，因此需將反饋放大器的輸入端（ＶＴ１的發(fā)射極）開路，此時（Ｒｆ＋ＲＦ１）相當于并接在輸出端。由此可近似認為Ｒｆ并接在輸出端。1.3負反饋放大電路４.實驗內(nèi)容（１）測量靜態(tài)工作點按圖1-１1連接實驗電路，?。眨茫茫健溃保玻郑酰椋剑埃?，用直流電壓表分別測量第一級、第二級的靜態(tài)工作點，并記入表1-12中。（２）測試基本放大器的各項性能指標將實驗電路按圖1-11改接，即把Ｒｆ斷開后分別并在ＲＦ１和ＲＬ上，其他連線不動。１）測量中頻電壓放大倍數(shù)Ａｕ，輸入電阻Ｒｉ和輸出電阻Ｒｏ。①以ｆ＝１ｋＨｚ，ｕＳ≈８ｍＶ正弦信號輸入放大器，用示波器監(jiān)視輸出波形ｕｏ，在ｕｏ不失真的情況下，用交流毫伏表測量ｕＳ、ｕｉ、ｕＬ，記入表1-13中。②保持ｕＳ不變，斷開負載電阻ＲＬ（注意，Ｒｆ不要斷開），測量空載時的輸出電壓ｕｏ，記入表1-13中。1.3負反饋放大電路２）測量通頻帶。接上ＲＬ，保持ｕＳ不變，然后增加和減小輸入信號的頻率，找出上、下限頻率ｆＨ和ｆＬ，記入表1-14中。（３）測試負反饋放大器的各項性能指標將實驗電路恢復(fù)為圖1-10所示的負反饋放大電路。適當加大ｕＳ（約１０ｍＶ），在輸出波形不失真的條件下，測量負反饋放大器的Ａｕｆ、Ｒｉｆ和Ｒｏｆ，記入表２-１１中；測量ｆＨｆ和ｆＬｆ，記入表1-14中。（４）觀察負反饋對非線性失真的改善１）實驗電路改接成基本放大器形式，在輸入端加入ｆ＝１ｋＨｚ的正弦信號，輸出端接示波器，逐漸增大輸入信號的幅度，使輸出波形開始出現(xiàn)失真，記下此時的波形和輸出電壓的幅度。２）再將實驗電路改接成負反饋放大器形式，增大輸入信號幅度，使輸出電壓幅度的大小與（１）相同，比較有負反饋時，輸出波形的變化。1.3負反饋放大電路5.實驗總結(jié)１）將基本放大器和負反饋放大器動態(tài)參數(shù)的實測值和理論估算值列表進行比較。２）根據(jù)實驗結(jié)果，總結(jié)電壓串聯(lián)負反饋對放大器性能的影響。３）如果輸入信號存在失真，能否用負反饋加以改善？４）怎樣判斷放大器是否存在自激振蕩？如何進行消振？1.4射極跟隨電路１.實驗?zāi)康模保┱莆丈錁O跟隨器的特性及測試方法。２）進一步學(xué)習(xí)放大器各項參數(shù)的測試方法。２.實驗設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實驗箱。３）信號發(fā)生器。４）萬用表。５）直流電源。1.4射極跟隨電路３.實驗原理射極跟隨器的原理如圖1-12所示。它是一個電壓串聯(lián)負反饋放大電路，它具有輸入電阻高，輸出電阻低，電壓放大倍數(shù)接近于１，輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化以及輸入、輸出信號同相等特點。（１）輸入電阻Ｒｉ的計算由圖1-12所示電路可知如果考慮偏置電阻ＲＢ和負載ＲＬ的影響，則輸入電阻的測試方法同單管放大器一樣，實驗電路如圖1-12所示。因此，射極跟隨器的輸入電阻Ｒｉ為即只要測得Ａ、Ｂ兩點的對地電位即可計算出Ｒｉ。1.4射極跟隨電路（２）輸出電阻Ｒｏ的計算由圖1-13所示電路可知若考慮信號源內(nèi)阻ＲＳ，則輸出電阻Ｒｏ的測試方法也與單管放大器一樣，即先測出空載輸出電壓Ｕｏ，再測接入負載ＲＬ后的輸出電壓ＵＬ，根據(jù)即可求出輸出電阻Ｒｏ的值，即1.4射極跟隨電路（３）電壓放大倍數(shù)Ａｕ的計算由圖1-13所示電路可知，Ａｕ值為（４）電壓跟隨器峰峰值ＵＯＰＰ的計算電壓跟隨范圍是指射極跟隨器輸出電壓ｕｏ跟隨輸入電壓ｕｉ做線性變化的區(qū)域。1.4射極跟隨電路４.實驗內(nèi)容按圖1-13所示組接電路，并調(diào)整靜態(tài)工作點，測量Ａｕ、Ｒｏ、Ｒｉ，繪制跟隨特性和頻率特性曲線。（１）靜態(tài)工作點的調(diào)整接通±１２Ｖ直流電源，在Ｂ點加入ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號ｕｉ，輸出端用示波器監(jiān)視輸出波形，反復(fù)調(diào)整Ｒｗ及信號源的輸出幅度，使在示波器的屏幕上得到一個最大不失真的輸出波形，然后置ｕｉ＝０Ｖ，用直流電壓表測量晶體管各電極對地電位，將測得數(shù)據(jù)記入表1-15中。（２）測量電壓放大倍數(shù)Ａｕ接入負載ＲＬ＝１ｋΩ，在Ｂ點加ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號ｕｉ，調(diào)節(jié)輸入信號幅度，用示波器觀察輸出波形ｕｏ，在輸出最大不失真波形的情況下，用交流毫伏表測ｕｉＵＬ值，并記入表1-16中。1.4射極跟隨電路（３）測量輸出電阻Ｒｏ接上負載電阻（ＲＬ＝１ｋΩ），在Ｂ點加ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號ｕｉ，用示波器監(jiān)視輸出波形，測空載輸出電壓ｕｏ及有負載時輸出電壓ＵＬ，并記入表1-16中。（４）測量輸入電阻Ｒｉ在Ａ點加ｆ＝１ｋＨｚ的正弦信號ｕＳ，用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表分別測出Ａ、Ｂ點對地的電位ｕＳ、ｕｉ，并記入表1-18中。1.4射極跟隨電路（５）測試跟隨特性接入負載ＲＬ＝１ｋΩ，在Ｂ點加入ｆ＝１ｋＨｚ正弦信號ｕｉ，逐漸增大信號ｕｉ的幅值，用示波器監(jiān)視輸出波形直至輸出波形達最大且不失真，測量對應(yīng)的ｕＬ值，并記入表1-19中。（６）測試頻率響應(yīng)特性保持輸入信號ｕｉ幅值不變，改變信號源頻率，用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表測量不同頻率下的輸出電壓ｕＬ值，記入表1-20中。5.實驗總結(jié)１）整理實驗數(shù)據(jù)，將測量數(shù)據(jù)Ａｕ、Ｒｏ、Ｒｉ與理論計算值進行比較，并分析誤差原因。２）分析射極跟隨器的性能和特點。1.5差動放大電路１.實驗?zāi)康模保┘由顚Σ顒臃糯笃餍阅芗疤攸c的理解。２）學(xué)習(xí)差動放大器主要性能指標的測試方法。２.實驗設(shè)備和器材１）示波器。２）數(shù)電模電綜合實驗箱。３）信號發(fā)生器。４）萬用表。５）直流電源。1.5差動放大電路３.實驗原理圖1-15是差動放大器實驗電路。它由兩個參數(shù)相同的基本共射極放大電路組成。當開關(guān)Ｓ撥向左邊時，構(gòu)成典型的差動放大器。1.5差動放大電路當開關(guān)Ｓ撥向右邊時，構(gòu)成具有恒流源的差動放大器。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻ＲＥ，可以進一步提高差動放大器抑制共模信號的能力。（１）靜態(tài)工作點的估算１）典型電路中：２）恒流源電路中：1.5差動放大電路（２）差模電壓