东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路实践第三次实验实验名称：电压放大电路设计院（系）：吴健雄学院专业：电类姓名：周晓慧学号：61010212实验室: 实验组别：同组人员：实验时间：2012年4月27日评定成绩：审阅教师：实验三电压放大电路设计一、实验目的1.掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；2.了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法；3.了解负反馈对放大电路特性的影响。

4.掌握多级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；5.掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源、交流毫伏表、函数发生器的使用技能训练。

二、预习思考：1.器件资料：上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：2.图3-3中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流I C以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？答：由于R1、R2起到分压的作用，确保电路的静态工作点，从而使得Ic，Ib稳定。

因为，R1、R2起到稳定工作点的作用在于忽略基极电流大小，此时必须保证R1、R2中的电流够大，如果R1、R2取值过大，导致R1，R2电路中电流很小，这样就无法忽略基极中的电流，从而不能再稳定直流工作点。

3.电压增益：(I)对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。

答：对单级放大器而言，共射和共基和放大倍数是相对较大的，但是缺陷是输出阻抗较大。

共集放大倍数小于1，约等于1,但是输出阻抗远小于共射和共基，在希望有较大的电压增益时一般不会采用。

对于共射的增益//c l ubeR R Arβ=-由于β、ber是三极管本身参数，都无法改变，因此可以通过适当增大Rc或负载Rl的方法增大增益。

多级放大器级联可以利用共射、共基和共集各自的输入输出特性，组成级联放大电路，从而使得电路的特性达到最优化，但是具体的电路参数要根据实际的要求来决定。

(II)实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问能否用万用表或示波器，为什么？答：不能。

原因是实验中所测的信号幅度都很小，而万用表和示波器测量时本身的信号干扰等误差是不可避免的，会导致信号有很大毛刺，相比较而言交流毫伏表测量的干扰就要小很多。

4.输入阻抗：1)放大器的输入电阻R i反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为R S，试画出图3-3中放大电路的输入等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释：R i = R S放大器从信号源获取较大电压R i << R S放大器从信号源吸取较大电流R i >> R S放大器从信号源获取最大功率答：1、R i= R S时，放大器从信号源获取最大功率，因为当R i= R S，由于P=[Us/(Ri+Rs)]2Ri，此时P最大。

2、R i<<R S放大器从信号源吸取较大电流，因为当R i<<R S，输入阻抗很小，I=Us/(Rs+Ri)，此时电流较大。

3、当R i>>R S，输入阻抗较大，由U=Us/(Ri+Rs)*Ri，此时分得电压较大。

2)图3-1是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻R S的取值不能太大也不能太小。

图3-1 放大器输入阻抗测量原理图答：因为必须保证器件正常工作，所以放大器的输入电压电流等受到限制，若Rs太小，则Us≈Ui，若Rs 太大，则Ui<<Us，这对于测量值的计算，误差都比较大。

3)对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图3-3中放大电路的输入阻抗。

答：由于分压式共射放大电路的输入阻抗Ri=R1//R2//rbe，其中rbe是三极管的本身属性无法改变，因此要增大输入阻抗，同时要保持静态工作点不变，可以适当的同比例增大R1、R2。

5.输出阻抗：1)放大器输出电阻R O的大小反映了它带负载的能力，试分析图3-3中放大电路的输出阻抗受那些参数的影响，设负载为R L，画出输出等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释。

R O = R L 负载从放大器获取较大电压R O << R L 负载从放大器吸取较大电流 R O >> R L 负载从放大器获取最大功率 答：R O = R L ，负载从放大器获取最大功率。

R O <<R L ，负载从放大器获取较大电压。

R O >>R L ，负载从放大器吸取较大电流。

原理与上面输入阻抗部分是一致的，只是将输出阻抗看成Rs ，负载看成输入。

2) 图3-2是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻R L 的取值不能太大也不能太小。

图3-2 放大器输出阻抗测量原理图答：()o o o l I U '/R R =+，()o o l o l U U '*R /R R =+。

要保证这两个值都不太小，就必须保证Rl 适中。

若Rl 过小则Uo 会很小，若Rl 过大则导致Io 较小。

3) 对于小信号电压放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以减小图3-3中放大电路的输出阻抗。

答：由于共集电极放大器的输出阻抗很小，故可在后面串入一共集放大电路，减小输出阻抗。

倘若对单级的共发射极放大电路而言，因为Ro 约等于Rc ，所以可适当减小Rc 。

6. 计算图3-3中各元件参数的理论值，其中已知：V CC =12V ，U i =5mV ，R L =3K Ω，R S =1K Ω， T 为9013指标要求：A u >50，R i >1 K Ω，R O <3K Ω，f L <100Hz ，f H >100kHz （建议I C 取2mA ） 用Multisim 软件对电路进行仿真实验，仿真结果填写在预习报告中。

1)仿真原理图2)参数选择计算因为R i =R B // r be (R B 为分压电阻)，又r be =200+（1+β）26/I E ,取I E =2mA ，β=100则r be ≈1.5k Ω 所以只要满足R B >1k Ω,则可满足R i >1 K Ω，又Ro=Rc ，故取分压电阻R2=5k Ω，R4=3k Ω，R5即Rc=2k Ω，又为了测量方便，去R E 即图中R6为1k Ω。

又下限频率与耦合电容有关，耦合电容应尽量大，才能保证下限频率尽可能小，而发射极的电容应比基极和集电极的大，故取C1=C3=47uF ，C2=220uF3) 仿真结果如上所述电路图中，我们可以看到，当输入Ui ≈5mV 时，输出为0.454V ，可知增益Au=90.8 显然大于50，达到要求。

输出波形如下所示：通过观察波形可知，输出波形为失真，故达到要求。

下面观察截止和饱和失真，但是由于multisim 中无9013的三极管，仿真与实际实验有出入，故测量U BQ 等值，对于实际实验价值不大，只要保证所选参数能测出截止和饱和失真，故下面仅给出截止和饱和的失真波形，方便实际实验对比波形饱和失真完全饱和Ui(有效值)≈5mVUo(有效值)≈0.454VUoUiUiUo通过波特图观察放大电路的幅频特性曲线：从上图可知增益为38.9dB ，显然达到要求，下限频率为57.163Hz ，上限频率为27.481MHz,显然达到要求。

相频特性曲线：完全截止截止失真UoUiUoUi发现在低频和高频区域，相位差不再是是180°，且当频率为下限频率时，相位差比180°，略小45°，相反，当在高频区时，则比180°大45°。

综上：此设计图正确。

7. 对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大，下限频率足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以增加图3-3中放大电路的上限频率，那些方法可以降低其下限频率。

答：根据f H 表达式，增大的方法是减小R1和R2（同比例）。

f L 主要受C 1、C 2、C E 的影响()12110~3C r R f be S L ⋅+⋅≥π，()()221103C R R f L C L ⋅+⋅≥π~，()Ebe S E L C r R R f ⋅++⋅≥)//(~βπ12131因此可以通过适当增大耦合电容C 1、C 2、C E 减小L f8. 负反馈对放大器性能的影响答：在共射放大电路上增加负反馈之后，增益减小，但是其他性能都有所提高，如输入阻抗会增大，输出阻抗会减小，另外能够增大带宽，并对噪声，干扰和温漂具有一定的抑制作用，即提高了电路的稳定性。

9. 设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器，已知：V CC =12V ，U i =5mV ，R L =1K Ω，T 为9013要求满足以下指标：| A u |>100，R i >1 K Ω，R O <100Ω 1) 仿真原理图2)参数选择计算共射集部分的RE（即图中R5）与基础部分一样。

基极的分压电阻也与基础基本一致，根据理论公式，，由于选择IE1Q=2mA，所以rbe2=2.4kΩ,又β=170，故选择R4=2kΩ，输出阻抗因为，IEQ=2mA，所以Uc2Q=12-2×2=8V，所以UE3Q≈8.3-0.7=7.3V，故在保证静态工作点的情况下，RE3（即图中R6）选择应适中，为了方便，选择R6=5kΩ。

经计算得Ro≈30Ω。

达到要求。

从仿真结果也可知参数选择较为合理。

3)仿真结果从输入输出波形可知增益显然大于100.仿真正确。

Ui(有效值)≈5mV Uo(有效值)≈0.68V仿真测量值如下表：选择较为合理。

三、实验内容1. 基本要求：图3-3 射极偏置电路1)研究静态工作点变化对放大器性能的影响(1)调整R W，使静态集电极电流I CQ=2mA，测量静态时晶体管集电极—发射极之间电压U CEQ。

记入表3-3中。

(2)在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压U S 使Ui=5mV，测量并记录U S、U O和U O’（负载开路时的输出电压）的值并填于表3-1中。

注意：用双踪示波器监视U O及Ui的波形时，必须确保在U O基本不失真时读数。

(3)根据测量结果计算放大器的A u、Ri、Ro。

表3-1 静态工作点变化对放大器性能的影响通过观察上表可知，误差基本在允许范围之内。

U CQ测量值偏大，可能是由于电源电压未调整到整12V，存在一定误差。