晶體管共射極單管放大器

湖南工業(yè)大學(xué)—戴圣偉一、實驗?zāi)康?/p>

1、學(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。二、實驗原理圖2－1為電阻分壓式工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號Ui后，在放大器的輸出端便可得到一個與Ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號U0，從而實現(xiàn)了電壓放大。圖2－1共射極單管放大器實驗電路在圖2－1電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2的電流遠大于晶體管T的基極電流IB時（一般5～10倍），則它的靜態(tài)工作點可用下式估算UCE＝UCC－IC（RC＋RE）

電壓放大倍數(shù)

輸入電阻

Ri＝RB1//RB2//rbe輸出電阻

RO≈RC由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計和制作晶體管放大電路時，離不開測量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計前應(yīng)測量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計和裝配以后，還必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點和各項性能指標。一個優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計與實驗調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識和設(shè)計方法外，還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項動態(tài)參數(shù)的測量與調(diào)試等。

1、放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試

1)靜態(tài)工作點的測量測量放大器的靜態(tài)工作點，應(yīng)在輸入信號ui＝0的情況下進行，即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測量晶體管的集電極電流IC以及各電極對地的電位UB、UC和UE。一般實驗中，為了避免斷開集電極，所以采用測量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測出UE，即可用算出IC（也可根據(jù)，由UC確定IC），同時也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。為了減小誤差，提高測量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。2)靜態(tài)工作點的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試是指對管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測試。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2－2(a)所示；如工作點偏低則易產(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2－2(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進行動態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的位置。

(a)(b)圖2－2靜態(tài)工作點對uO波形失真的影響改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會引起靜態(tài)工作點的變化，如圖2－3所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來改變靜態(tài)工作點，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點提高等。

圖2－3電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響

最后還要說明的是，上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的，應(yīng)該是相對信號的幅度而言，如輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定會出現(xiàn)失真。所以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態(tài)工作點最好盡量靠近交流負載線的中點。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)AV的測量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測出ui和uo的有效值Ui和UO，則2)輸入電阻Ri的測量為了測量放大器的輸入電阻，按圖2－4電路在被測放大器的輸入端與信號源之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下，用交流毫伏表測出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得測量時應(yīng)注意下列幾點:①由于電阻R兩端沒有電路公共接地點，所以測量R兩端電壓UR時必須分別測出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。②電阻R的值不宜取得過大或過小，以免產(chǎn)生較大的測量誤差，通常取R與Ri為同一數(shù)量級為好，本實驗可取R＝1～2KΩ。3)輸出電阻R0的測量按圖2-4電路，在放大器正常工作條件下，測出輸出端不接負載RL的輸出電壓UO和接入負載后的輸出電壓UL，

根據(jù)

即可求出

在測試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號的大小不變。圖2－4輸入、輸出電阻測量電路

4)最大不失真輸出電壓UOPP的測量（最大動態(tài)范圍）如上所述，為了得到最大動態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點調(diào)在交流負載線的中點。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號的幅度，并同時調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖2－5）時，說明靜態(tài)工作點已調(diào)在交流負載線的中點。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時，用交流毫伏表測出UO（有效值），則動態(tài)范圍等于。或用示波器直接讀出UOPP來。

圖2－5靜態(tài)工作點正常，輸入信號太大引起的失真5)放大器幅頻特性的測量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AU與輸入信號頻率f之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖2－6所示，Aum為中頻電壓放大倍數(shù)，通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的倍，即0.707Aum所對應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBW＝fH－fL放大器的幅率特性就是測量不同頻率信號時的電壓放大倍數(shù)AU。為此，可采用前述測AU的方法，每改變一個信號頻率，測量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測量時應(yīng)注意取點要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測幾點，在中頻段可以少測幾點。此外，在改變頻率時，要保持輸入信號的幅度不變，且輸出波形不得失真。6)干擾和自激振蕩的消除

參考實驗附錄圖2－6幅頻特性曲線3DG9011(NPN)3CG9012(PNP)9013(NPN)圖2－7晶體三極管管腳排列

三、實驗設(shè)備與器件

1、THM-3型模擬電路實驗箱2、雙蹤示波器3、交流毫伏表4、直流電壓表5、直流毫安表6、萬用電表7、單管/負反饋兩級放大電路固定線路板四、實驗內(nèi)容

將單管/負反饋兩極放大器固定線路板插入THM-3實驗箱四個綠色固定插孔中，按實驗電路圖2－1接線。各電子儀器可按實驗一中圖1－1所示方式連接，為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起，同時信號源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)采用專用電纜線或屏蔽線，如使用屏蔽線，則屏蔽線的外包金屬網(wǎng)應(yīng)接在公共接地端上。1、調(diào)試靜態(tài)工作點接通直流電源前，先將單管/負反饋兩級放大器RW1電位器調(diào)至最大，接入電流表，并將THM-3實驗箱上函數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零（暫不接入信號源）。將實驗箱直流穩(wěn)壓電源＋12V用鎖緊線對應(yīng)接入固定線路板+12V電源插孔中，調(diào)節(jié)RW1，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流電壓表測量UB、UE、UC及用萬用電表測量RB2值。記入表2－1。

表2-1IC＝2mA測量值計算值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（KΩ）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2、測量電壓放大倍數(shù)

調(diào)節(jié)THM-3實驗箱上函數(shù)信號發(fā)生器，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Ui10mV，同時用示波器觀察放大器輸出電壓uO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，記入表2－2。表2－2Ic＝2.0mAUi＝mVRC（KΩ）RL(KΩ)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.4∞1.2∞2.42.43、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適量，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2－3。

表2－3

RC＝2.4KΩRL＝∞

Ui＝

mV

IC(mA)2.0UO(V)AV測量IC時，要先將信號源輸出旋鈕旋至零（即使Ui＝0）。

4、觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，ui＝0，調(diào)節(jié)RW1使IC＝2.0mA，測出UCE值，再逐步加大輸入信號，使輸出電壓u0

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u0的波形，并測出失真情況下的IC和UCE值，記入表2－4中。每次測IC和UCE

值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。表2－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝mVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.05、測量最大不失真輸出電壓

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，按照實驗原理2.4)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UOPP及UO值，記入表2－5。

表2－5RC＝2.4KRL＝2.4KIC(mA)Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)*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，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2-6。保持US不變，斷開RL，測量輸出電壓Uo，記入表2-6。

表2-6

Ic＝2mARc＝2.4KΩRL＝2.4KΩ

US(mv)Ui(mv)