单级放大电路实验--模拟电路实验箱

一、实验目的
1、熟悉电子元器件和模拟电路实验箱。
2、掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大器性能的影响。
3、学习测量放大器Q点，A_V，，的方法，了解共射极电路特性。
4、学习放大器的动态性能。
二、实验原理
图2－1为电阻分压式单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R_B1和R_B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R_E，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号u_i后，在放大器的输出端便可得到一个与u_i相位相反，幅值被放大了的输出信号u₀，从而实现了电压放大。 在图2－1电路中，当流过偏置电阻R_B1和R_B2 的电流远大于晶体管T的基极电流I_B时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算


电压放大倍数        
                         
输入电阻 R_i ＝ R_B1 // R_B2 // r_be
输出电阻 R_O ≈ R_C
由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。
放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，及放大器各项动态参数的测量与调试等。
1、 放大器静态工作点的测量与调试
(1)静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点，应在输入信号u_i＝0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流I_C以及各电极对地的电位U_B、U_C和U_E。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压U_E或U_C，然后算出I_C的方法，例如，只要测出U_E，即可用
  算出I_C（也可根据 ，由U_C确定I_C），
同时也能算出，。
为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。
　(2)　静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流I_C（或U_CE）的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u_O的负半周将被削底，如图2－2(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即u_O的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2－2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压u_i，检查输出电压u_O的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。  
改变电路参数U_CC、R_C、R_B（R_B1、R_B2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。但通常多采用调节偏置电阻R_B2的方法来改变静态工作点，如减小R_B2，则可使静态工作点提高等。 最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
2、放大器动态指标测试
放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。
(1)电压放大倍数A_V的测量
调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压u_i，在输出电压u_O不失真的情况下，用交流毫伏表测出u_i和u_o的有效值U_i和U_O，则
 (2)输入电阻R_i的测量
为了测量放大器的输入电阻，按图2－4 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出U_S和U_i，则根据输入电阻的定义可得
测量时应注意下列几点:
① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压 U_R时必须分别测出U_S和U_i，然后按求出U_R值。
② 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与R_i为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。
(3)输出电阻R₀的测量
按图2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 R_L的输出电压U_O和接入负载后的输出电压U_L，根据

即可求出

在测试中应注意，必须保持R_L接入前后输入信号的大小不变。
(4)最大不失真输出电压U_OPP的测量（最大动态范围）
如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节R_W（改变静态工作点），用示波器观察u_O，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2－5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出U_O（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出U_OPP来。 (5)放大器幅频特性的测量
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数A_U与输入信号频率f 之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2－6所示，A_um为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的倍，即0.707A_um所对应的频率分别称为下限频率f_L和上限频率f_H，则通频带 。
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A_u。为此，可采用前述测A_u的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。 三、实验仪器
1、双踪示波器                     2、函数发生器
3、数字万用表                      4、频率计
5、交流毫伏表                      6、直流毫伏表
7、分立元件放大电路模块
四、预习要求
1、三极管及单管放大器工作原理。
2、放大器动态及静态测量方法。
五、实验内容及步骤
1、实验电路：图2－1共射极单管放大器实验电路
（1）用万用表判断实验箱上三极管1V1的极性和好坏，电解电容C的极性和好坏。
（2）按图2-1所示，连接电路(注意：接线前先测量+l2V电源，关断电源后再连线)，将Rp的阻值调到最大位置。
（3）接线完毕仔细检查,确定无误后接通电源。改变Rp记录I_C分别为0.5mA、1mA、1.5 mA时三极管1V1的β值(注意：I_b的测量和计算方法)。
2、静态调整
调整R_P，使V_E=2.2V，计算并填入表2-1。
表2-1

测量值			计算值
VBE（V）	VCE（V）	Rb（KΩ）	IB（μA）	IC（mA）

3、动态研究
(1) 将函数发生器调到f=1KHz，幅值为3mV，接到放大器输入端U_i，观察U_i和U_O端波形，并比较相位。
(2) 信号源频率不变，逐渐加大信号幅度，观察U_O不失真时的最大值，并填入表2-2
表2-2             RL=∝

测量值		计算值	估计值
Ui（mV）	UO（V）	AV	AV

(3) 保恃U_i=5mV不变，放大器接入负载R_L，在改变R_C数值的情况下测量，并将计算结果填入表2-3
表2-3

给定参数		测量值		计算值	估算值
RC	RL	Ui（mV）	UO（V）	AV	AV
2K	5K1
2K	2K2
5K1	5K1
5K1	2K2

(4) 保持U_i=5mV不变，增大和减小R_P，观察U_O波形变化，测量并填入表2-4
表2-4

RP值	UB	UC	UE	输出波形情况
最大
合适
最小

注意：若失真观察不明显可增大或减小U_i幅值重测。
4、测放大器输入，输出电阻。参照 图2－4 输入、输出电阻测量电路
(1) 输入电阻测量
在输入端串接一个电阻R=5K1，测量U_S与U_i，即可计算r_i。
(2) 输出电阻测量
在输出端接入可调电阻作为负载，选择合适的R_L值使放大器输出不失真(接示波器监视)，测量有负载和空载时的U_O，即可计算r_O。
将上述测量及计算结果填入表2-5中。
表2-5

测输入电阻 R=5K1				测输出电阻
测量值		计算值	估算值	测量值		计算值	估算值
US	Ui	ri	Ri	UO RL=∝	UO RL=

六、实验报告
1、 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。
2、总结R_C，R_L及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
4、分析讨论在调试过程中出现的问题。