三极管共射放大电路实验一. 实验目的和要求1.学习共射放大电路的设计方法。
2.掌握放大电路静态工作点的测量与调整方法。
3.学习放大电路性能指标的测试方法。
4.了解静态工作点与输出波形失真的关系,掌握最大不失真输出电压的测量方法。
5.进一步熟悉示波器、函数信号发生器、交流毫伏表的使用。
二. 实验内容和原理1. 静态工作点的调整和测量2. 测量电压放大倍数3. 测量最大不失真输出电压4. 测量输入电阻和输出电阻5. 测量上限频率和下限频率6. 研究静态工作点对输出波形的影响放大器最佳静态工作点:要使放大器不失真地放大,必须选择合适的静态工作点。
初选静态工作点时,可以选取直流负载线的中点,即 VCE =1/2×VC 或 IC =1/2×ICS(ICS 为集电极饱和电流,ICS ≈VCC/Rc) 这样便可获得较大输出动态范围。
当放大器输出端接有负载R L 时,因交流负载线比直流负载线要陡,所以放大器动态范围要变小,如前图所示。
当发射极接有电阻时,也会使信号动态范围变小。
要得到最佳静态工作点,还要通过调试来确定,一般用调节偏置电阻的方法来调整静态工作点。
实验名称: 三极管共射极放大电路 姓名: 学号: 三. 主要仪器设备示波器、信号发生器、晶体管毫伏表 共射电路实验板四.操作方法和实验步骤1. 静态工作点的调整和测量P.2准备工作:(1) 对照电路原理图,仔细检查电路的完整性和焊接质量。
(2) 开启直流稳压电源,将直流稳压电源的输出调整到12V ,并用万用表检测输出电压。
确认后,先关闭直流稳压电源。
(3) 将电路板的工作电源端与12V 直流稳压电源接通。
然后,开启直流稳压电源。
此时,放大电路、处于工作状态。
静态工作点的调整:调节电位器,使Q 点满足要求(I CQ =1.5mA)。
·直接测电流不方便,一般采用电压测量法来换算电流。
·测电压时,要充分考虑到万用表直流电压档内阻对被测电路的影响 。
因此应通过测电阻R c 两端的压降V Rc ,然后计算出I CQ 。
·若测出V CEQ <0.5V ,则说明三极管已饱和;若V CEQ ≈+V CC ,则说明三极管已截止。
若V BEQ >2V ,则说明三极管已被击穿。
静态工作点的实验数据记录注(1)估算时取电流放大倍数=100。
(2)理论值可能通过模型估算,也可以采用仿真结果。
2. 测量电压放大倍数( R L =∞、R L =2 k Ω) (1) 保持放大电路的静态工作点不变 (2) 从信号发生器输出1kHz 的正弦波,作为放大电路的输入(V i=10mV 有效值) 。
(3) 用示波器监视输出波形,波形正确后再用交流毫伏表测出有效值。
3. 测量最大不失真输出电压( R L=∞、R L=2 k Ω) (1) 静态工作点不变,用示波器监视输出波形。
(2) 逐渐增大输入信号幅度,直至输出刚出现失真。
(3) 测量时通常以饱和失真为准(当Q 点位于中间时)。
(4) 交流毫伏表测出有效值。
实验名称: 三极管共射极放大电路 姓名: 学号:4. 测量输入电阻和输出电阻(1) 测量输入电阻R i实验原理:放大电路的输入电阻可用电阻分压法来测量,图中R 为已知阻值的外接电阻,分别测出V s 和V i ,则RV V V R V V V I V R ii s ii i i -=-==/)(P.3实验步骤:(1) 输入正弦波 。
(2) 用示波器监视输出波形,要求不失真。
(3) 用交流毫伏表测出V s 和V i ,计算得到R i 。
(2) 测量输出电阻R o 。
实验原理: 放大电路的输出电阻可用增益改变法来测量,分别测出负载开路时的输出电压V o'和带上负载R L 后的输出电压V o ,则实验步骤:(1) 输入正弦波。
(2) 用示波器监视输出波形,要求不失真。
(3) 断开负载,毫伏表测出V o' 。
(4) 接上负载,毫伏表测出V o 。
5. 测量上限频率和下限频率 ( R L=∞、R L=2 k Ω)实验原理:实验名称: 三极管共射极放大电路姓名: 学号:实验步骤:(1) 静态工作点不变,用示波器监视输出波形。
(2) 从信号发生器输出1kHz 的正弦波。
(3) 调节输入信号幅度,用交流毫伏表测出,使输出V o =1V 。
(4) 保持输入信号幅度不变,降低信号频率,输出幅度下降至0.707V o 时得到下限频率f L 。
(5) 保持输入信号幅度不变,增大信号频率,输出幅度下降至0.707 V o 时得到上限频率f H 。
'o Lo Lo V R R R V +=Lo o o R V V R ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1'6. 研究静态工作点对输出波形的影响( R L=∞)静态工作点对输出电压波形的影响:(1)I CQ ↑,vo 出现饱和失真,形状为“削顶”失真。
(2)I CQ ↓,vo 出现截止失真,形状为“缩顶”失真。
(3)I CQ 正常,当加大输入信号时, v o 同时出现饱和与截止失真。
(1) (2) (3) 实验步骤:1、观察静态电流偏大时出现饱和失真(1) 输入1kHz 的正弦信号,用示波器监视输出电压。
(2) 调节电位器(R w1减小或 R w2增大) ,使静态电流I CQ 增大到足够大(如2.0mA) ,测量并记录集电极静态电流。
(3) 逐渐增大输入信号,使输出波形出现明显的失真。
记录此时的示波器波形,及最大不失真输出电压幅度。
2、观察静态电流偏小时出现截止失真(1) 减小输入信号,使输出波形回到正常的放大状态(无失真)。
(2)调节电位器(R w1增大或 R w2减小),使静态电流I CQ 下降到足够小(如1.0mA) , 测量并记录集电极静态电流。
(3) 逐渐增大输入信号,使输出波形出现明显的失真。
记录此时的示波器波形,及最大不失真输出电压幅度。
根据上述两种情况下所观察到的波形,说明集电极偏置电流的大小对放大电路输出失真的影响。
实验注意事项1. 在做最后一个实验之前,应一直保持静态工作点不变。
如果不小心调了电位器,则应重新进行静态调试,然后再继续完成各个实验。
2. 在用交流毫伏表测量幅度时,应用示波器监视输出波形,以保证输出正弦波。
实验名称: 三极管共射极放大电路 姓名: 学号:五、实验数据记录和处理实验1:静态工作点的实验数据记录:P.5误差分析:表格中的理论值由仿真结果得出,由于实际电路中,三极管V BEQ 和理论值有所误差,而电阻等元件的标称值与实际值也不尽相等,因此实测值与理论值存在一定的误差。
实验2:测量电压放大倍数( R L =∞、R L =2 k Ω) 实验3:测量最大不失真输出电压( R L =∞、R L =2 k Ω)因此需将实验测得的最大不失真输出电压转换为峰值,以便比较。
误差分析:1、实际电路中,由于连接示波器、毫伏表、信号发生器的夹子存在很大的不稳定因素,稍微动一下就会对波形产生较大影响,因此可能在实验中会产生较大的误差。
2、在用示波器观察输出电压的波形时,缩顶与削顶现象,及最大不失真电压的出现,会由于视差原因而有所不准。
3、在计算理论值时,三极管放大倍数取100倍,r be 取100Ω,而这个值并不一定是三极管的实际值,所以理论值也存在一定范围内的浮动。
实验4:测量输入电阻和输出电阻R=5.1k Ω Ri=Vi/(Vs-Vi)R=3.83k Ω R L =2k Ω =3.35k Ω实验5:测量上限频率和下限频率 ( R L =∞、R L =2 k Ω)f L =158.5KHzf H =31Hz实验名称: 三极管共射极放大电路 姓名: 学号:实验6:研究静态工作点对输出波形的影响( R L =∞)L oo o RV VR ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1'P.6集电极偏置电流的大小对放大电路输出失真的影响:由理论分析与实验结果可知,I CQ偏大会导致vo出现饱和失真,形状为“削顶”失真;偏小会导致截止失真,形状为“缩顶”失真。
I CQ正常,当加大输入信号时,vo同时出现饱和与截止失真。
六、思考与讨论1、在测试放大电路的输出电压幅度、输入电阻、输出电阻时,能否用示波器来测电压幅度?为什么选择交流毫伏表?答:可以用示波器来测量,但是误差较大,不宜使用。
由于仪器调试、频率、接触不良等原因,示波器产生的波形可能是不稳定的,不方便读数。
且示波器显示的是峰值,不是有效值,读出后需除以根号2。
相比之下,交流毫伏表测得的是有效值,且精度较高,所以选择交流毫伏表。
2、既然交流毫伏表的精度高,为什么测静态工作点选择万用表,而不是毫伏表?答:交流毫伏表测交流电压,静态工作点为直流电压,所以用万用表测。
3、静态工作电流I CQ为什么需通过测量V C或V Re间接得到?答:由于I CQ很小,因此万用表直流电压档内阻会对电路产生较大影响,导致误差。
而电压较大,因此通过测量V C间接测I CQ。
4、万用表内阻对电压测量有什么影响?如何测量V B EQ和V C EQ?答:万用表内阻如果不够大,会干扰电路的静态工作点。
测量时V B EQ和V C EQ,分别用万用表测出V BQ、V CQ、V EQ,V B EQ=V BQ-V EQ,V C EQ =V CQ-V EQ。
5、在测量输入电阻时,为什么不能直接测R s两端的压降?答:因为Rs两端没有电路的公共接地点,若用一端接地的毫伏表测量,会干扰信号,以致造成测量误差。
6、在测试A v、R i和R o时,怎样选择输入信号的大小和频率?答:从信号发生器输出1kHz的正弦波,使V i=10mV有效值。
7、在测上限和下限频率时,又如何选择输入信号的大小?为什么使输出电压为1V?答:调节输入信号大小使输出电压为1V,由于Av随输入信号频率变化下降到0.707Avm时所对应P.7 的频率定义为上下限频率,即输出电压1V随频率下降到0.707V,选择1V比较方便观察毫伏表读数。
实验名称:三极管共射极放大电路姓名:学号:8、截止失真和饱和失真在形状上有什么区别?答:截止失真是缩顶,饱和失真是削顶。
9、静态工作点在什么情况下,分别出现截止失真和饱和失真?答:静态工作点偏高,出现饱和失真。
偏低出现截止失真。
七、心得与体会通过这次实验,我对三极管共射放大电路有了更直观的了解,清楚了理论学习中的一些误区,也学到了一些新的测量方法及注意事项,比如用毫伏表测量电压时,若两端点有一端没有接地,就要换间接测量的方式,以免测量误差较大。
计算理论值时,并不局限于不甚准确的用默认值来计算,更可以用仿真进行更为精确的计算。
而且我了解到预习实验对做实验的重要性,如果实验前没有对整个实验过程有所了解的话,实验想必不会很顺利。