模电实验一(单管放大)讲义

实验一 晶体管共射极单管放大器

一、实验目的

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方法。 3．熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验原理

图2－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。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u0，从而实现了电压放大。

图2－1 共射极单管放大器实验电路

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5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算 UB?RB1UCC

RB1?RB2 UB?UBE

IE?RE?IC UCE＝UCC－IC（RC＋RE） 电压放大倍数

A??βRC // RL

Vrbe输入电阻 Ri＝RB1 // RB2 // rbe 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

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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 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UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用

U?UC IC?IE?UE算出IC（也可根据IC?CC，由UC确定IC），同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE

RCRE＝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极电流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输入电压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。

(a) (b)

图2－2 静态工作点对uO波形失真的影响

改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）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。

图2－3 电路参数对静态工作点的影响

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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?U0

Ui2) 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， 用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得

Ri?UiUiUi??R URUS?UiIiR

图2－4 输入、输出电阻测量电路

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 UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR＝US－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 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据

RL UL?UO

RO?RL即可求出

3

RO?(UO?1)RL

UL 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22U0。或用示波器直接读出UOPP来。

图 2－5 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

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AU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，Aum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1/2倍，即0.707Aum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

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

3DG 9011(NPN) 3CG 9012(PNP) 9013(NPN)

图 2－6 幅频特性曲线 图2－7晶体三极管管脚排列 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

4

7．频率计 8．万用电表

9．晶体三极管3DG6×1(β＝50～100)或9011×1 （管脚排列如图2－7所示） 10. 电阻器、电容器若干 四、实验内容

实验电路如图2－1所示。为防止干扰，各仪器的接地端必须连在一起。

图2－1 共射极单管放大器实验电路

1．调试静态工作点

接通直流电源前，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。

表2-1 IC＝2mA

测 量 值 UB（V） UE（V） 计 算 值 UC（V） RB2（KΩ） UBE（V） UCE（V） IC（mA） 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uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui?10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO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。

表2－2 Ic＝2.0mA Ui＝ mV RC（KΩ） RL(KΩ) 2.4 2.4 ∞ 2.4 Uo(V) AV 观察记录一组uO和u1波形 3．测量输入电阻和输出电阻

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，IC＝2.0mA。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US，Ui和UL记入表2-3。

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保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-3。

表2-3 Ic＝2mA Rc＝2.4KΩ RL＝2.4KΩ

US (mv) Ui (mv) Ri（KΩ） 测量值 计算值 U（ U（ LV）OV） R0（KΩ） 测量值 计算值 4．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RC＝2.4KΩ，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u0 足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0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。

表2－4 RC＝2.4KΩ RL＝∞ Ui＝ mV IC(mA) UCE(V) 2.0 五、实验总结

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。 六、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＝60KΩ，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．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．当调节偏置电阻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？

u0波形 失真情况 管子工作状态 6

保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-3。

表2-3 Ic＝2mA Rc＝2.4KΩ RL＝2.4KΩ

US (mv) Ui (mv) Ri（KΩ） 测量值 计算值 U（ U（ LV）OV） R0（KΩ） 测量值 计算值 4．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RC＝2.4KΩ，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u0 足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0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。

表2－4 RC＝2.4KΩ RL＝∞ Ui＝ mV IC(mA) UCE(V) 2.0 五、实验总结

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。 六、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＝60KΩ，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．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．当调节偏置电阻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？

u0波形 失真情况 管子工作状态 6

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