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实验二 晶体管共射极单管放大器

实践目标

1．学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。

2. 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻输出电阻及最大不失真输出电压的测试

3．熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

实验原理

图2—l为射极偏置放大电路(分压式工作点稳定电路)实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，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Ui后，在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反，幅值被放大了的输出信号Uo，从而实现了电压放大。

在图2-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时(一般5一10倍)，则它的静态工作点可用下式估算

电压放大倍数Au

输入电阻     
Ri=Rb1∥Rb2∥R’I

输出电阻      Ro≈RC

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，消除干扰与自激振荡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

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Ui＝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Ic以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要调出UE即可用IC≈IE=UE/RE算出IC(也可根据IC＝（UCC-UC）/RC，由UC确定IC)，同时也能算出UBE＝UB—UE，UCE＝UC—UE。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报电流IC(或UCE)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UO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UO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Ui，检查输出电压UO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UCC、RC、RB(RB1、BB2)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RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，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Av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Ui，在输出电压UO不失真的情况下，用交流毫伏表测出Ui和UO的有效值Ui和UO，则

          AV = UO / Ui

2)输入电阻Ri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，用交流毫伏表列出UO和Ui，则根据输入电阻的定义可得

测量时应注意:

①由于电阻两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出U0和Ui，然后按UR＝Uo-Ui求出UR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Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1—2KΩ。

3)输出电阻RO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RL的输出电压Uo和接入负载后的输出电压UL，根据

 UL = [ RL / (RO + RL) ] UO
即可求出Ro         RO =[ (UO / UL) - 1] RL
在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

4)最大不失真输出电压UOPP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RW(改变静态工作点)，用示波器观察Uo，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Uo(有效值)，则动态范围等于/2Uo。或用示波器直接读出UOPP

5)放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数Av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，Avm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  ／2倍，即0.707Avm所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带

                      fBW  = fH  –  fL

放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Av。为此，可采用前述测AV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。

6)干扰和自激振荡的消除

参考实验附录

三、实验设备与器件

1．+12V直流电源        2．函数信号发生器

3．双踪示波器          4．交流毫伏表

5．直流电压表          6．直流毫安表

7．频率计             8．万用电表

9．晶体三极管3DG6×1(β＝50一100)或9013×1(管脚排列如图2—6、2-7所示)  10.电阻器、电容器若干

四、实验内容

实验电路如图2—l所示。各电子仪器可按实验一中图1—1所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，若使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。

1．测量静态工作点

接通电源前，先将Rw调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。

接通+12V电源、调节Rw，使Ic=2.0mA(即UE＝2.0V)，用直流电压表测量UB、UE、Uc及用万用电表测量RB2值。记入表2—1。

2．测量电压放大倍数

在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号Ui，调节函数信号发生器的输出旋钮使Ui=10mV，同时用示波器观察放大器输出电压Uo的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的Uo值，并用双踪示波器观察Uo和Ui的相位关系，记入表2—2。

3．观察静态工作点对电压放大倍数的影响

置RC＝2．4KΩ，RL＝∝，Ui适量，调节RW，用示波器监视输出电压波形，在UO不失真的条件下，测量数组Ic和Uo值，记入表2—3。

测量Ic时，要先将信号源输出旋钮旋至零(即使Ui＝0)。

4．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置Rc＝2.4 KΩ，RL＝2.4KΩ，Ui＝0，调节RW使IC＝2.0mA，测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压Uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RL，使波形出现失真，绘出Uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表2-4中。每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

5．测量最大不失真输出电压

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4 KΩ，按照实验原理4)中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器RW，用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值，记入表2-5。

*6．测量输入电阻和输出电阻

置Rc＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，Ic＝2.OmA。输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压Uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出U0，Ui和UL记入表2-6。

保持U0不变，断开RL，测量输出电压UO，记入表2-6。

*7．测量幅频特性曲线

取IC＝2.OmA，Rc＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。保持输入信号Ui(或UO)的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压Uo，记入表2—7。

为了频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。

说明：本实验内容较多，其中6、7可作为选作内容。

五、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Rc，RL及静态工作点对放大器电压放大格数、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。

预习要求

1.阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。假设：3DG6
的β＝100，RB1＝20KΩ，RB2＝60 KΩ，RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。估算放大器的静态工作点，电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻Ro.

2.阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。

3.能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE?  为什么实验中要采用测UB、UE，再间接算出UBE的方法?

4.怎样测量RB2阻值?

5.当调节偏置电RB2，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化?

6.改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响?改变外接电阻RL对输出电阻Ro有否影响?

7.在测试AV，Ri和Ro时怎样选择输入信号的大小和频率?

为什么信号频率一般选1KHz，而不选100KHz或更高?

8.测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪器的接地端不再连在一起)，将会出现什么问题?