2021年西安交通大学电实验报告

模拟电子技术试验
实验报告
西安交通大学电信学院计算机11班
姓名: 司默涵
电话:
学号:
试验日期: 4月12日
汇报完成日期: 4月日
试验 2.1 晶体管单级放大器
预习汇报
一、试验目
1、测量放大器静态工作点和放大倍数
2、观察静态工作点对放大器输出波形影响
3、测量输入电阻、输出电阻
4、测量放大电路幅频特征
二、试验原理
1、测量晶体管β
因为晶体管生产中存在分散性, 每个同学手中管子参数可能不一致, 所以, 利用多种方法测量或者估量晶体管β, 是试验前必需进行。

取得晶体管β, 常见仪器有: 晶体管图示议、万用表。

2、依据晶体管β, 合理选择电源电压和集电极电阻
在这一部分, 很多选择并不是唯一。

电源电压能够选择为＋12V, 经过调整直流稳压电源实现。

选择R c＝2kΩ。

3、估算R W和R B
依据电源电压, 先使静态工作点位于直流负载线中点, 则:
V, mA
又依据, 能够得到, 而, 能够估算出
kΩ
将R W＋R B估算值用R WB表示, 假如β为100, 则此值为377kΩ。

此时, 能够根据下述方法选择电位器R W和电阻R B。

确定R W＋R B最小值, 也就是R B值, 此值应该比达成饱和状态基极电阻还小, 以确保调整R W为0时, 晶体管肯定进入了饱和状态。

通常选择。

比如当β＝100, 能够选择R B=100kΩ。

确定R W＋R B最大值, 此值通常选择为式(2.1.1)计算取得R WB2～5倍。

以确保当R W调到最大时, 使得晶体管最大程度地靠近截止区。

所以, 能够选择R W为(7.54～18.85)×βkΩ。

比如当β＝100, 能够选择R W为1MΩ~2MΩ。

电位器标称值通常局限在1、 2、 5三档, 比如1kΩ、2kΩ、5kΩ。

4、确定其它参数
电容器C1、 C2关键作用是隔直和信号耦合, 同时, 还在客观上造成了本放大电路不能放大低频信号。

标准上讲, 这两个电容器越大, 其低频性能越好。

通常选择10μF～47μF。

R L能够选择2kΩ左右。

三、元器件选择和电路搭接
1、元器件选择
名称规格数量
三极管9013 一只
电位器105 一只
电解电容10μF 2只
电阻100kΩ1只
电阻2kΩ2只
2、电路搭接
四、试验内容和步骤
1．静态工作点调整和测量
对于一个晶体管放大电路, 依据设计目不一样, 静态工作点选择也有不一样标准。

通常来说, 在没有特殊要求情况下, 静态工作点选择, 从理论上说, 就是使其处于交流负载线中点, 也就是让输出信号能够达成最大程度不失真。

所以, 在本试验中, 静态工作点调整, 就是用示波器观察输出, 让输出信号达成最大程度不失真。

当根据上述要求搭接好电路, 在输入端引入正弦信号, 用示波器观察输出。

静态工作点具体调整步骤如表2.1.1所表示:
表2.1.1 静态工作点调整现象动作归纳
现象出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现无失真
动作减小R W增大R W减小输入信号加大输入信号
依据示波器上观察到现象, 做出不一样调整动作, 反复进行。

当加大输入信号, 两种失真同时出现, 减小输入信号, 两种失真同时消失时, 能够认为此时静态工作点恰好处于交流负载线中点, 就是最好静态工作点。

去掉输入信号, 测量此时U CQ, 就得到了静态工作点。

2．电压放大倍数测量
放大电路电压放大倍数测量, 必需在输出信号没有显著失真情况下进行。

测量方法能够分为粗略测量和精细测量两种。

能够依据测量要求选择测量方法。

粗略测量: 直接用示波器测量。

使用双踪示波器两个通道, 同时测量输入信号幅值和输出信号幅值, 二者相除就是电压放大倍数。

或者使用单踪示波器, 分别测量也可。

需要注意是, 这种测量, 在输出信号失真情况下, 是毫无意义。

测量时, 必需根据上述失真判定方法, 亲密观察输出信号失真情况。

精细测量: 用晶体管毫伏表测量。

在确保输出信号没有失真情况下, 直接用晶体管毫伏表, 分别测量输入信号和输出信号有效值, 直接相除也是电压放大倍数。

注意, 这种测量, 要求在测量同时, 一直用示波器监视输出信号, 输出失真或者没有监测, 测量都无效。

3．输入电阻测量
依据输入电阻定义, 根据图2.1.4所表示电路测量。

选择R1与估量输入电阻近似。

将一定频率源信号加入us两端, 用晶体管毫伏表分别测量us和ui 处电压有效值Us、Ui。

则
(2.1.2)
4．输出电阻测量
依据输出电阻定义, 根据图2.1.5所表示电路测量。

断开开关S, 在输入端加入一定频率正弦信号, 观察输出信号, 在不失真情况下, 用晶体管毫伏表测量输出电压, 记为U o∞。

闭合开关S, 输入信号不变, 用晶体管毫伏表测量输出电压, 记为U oL,则输出电阻为:
(2.1.3)
5．频率特征测量
本试验提供电路, 存在耦合电容C1、 C2。

这两个电容对低频信号都有阻断作用。

在试验前, 我们就应该知道, 在一个相当宽频率范围内, 本放大器电压放大倍数基础不变, 我们称之为中频放大倍数。

而且, 伴随输入信号频率降低, 本放大器电压放大倍数也在降低。

当不停降低输入信号频率, 使得电压放大倍数为中频放大倍数0.707倍时, 统计此时输入信号频率, 即为该电路下限截止频率f L。

依据对应方法增加输入信号频率, 还能够找到上限截止频率f H。

不过因为本电路f H较大, 对设备要求较高, 此次试验只进行下限截止频率测量。

中频电压放大倍数测量: 对本电路进行估算, 能够知道其下限截止频率大约在百赫兹左右, 所以, 能够选择10倍于f L值作为输入信号频率起点, 然后依次以1, 2, 5倍数增加频率, 分别测量其放大倍数, 当从测量值上看不出频率改变引发电压放大倍数改变时, 说明输入信号频率已经进入中频段, 此时电压放大倍数即为中频电压放大倍数。

下限截止频率测量: 为了提升测量效率, 通常将测量过程分为两步, 首先粗测, 保持输入信号幅度不变, 调整其频率, 在示波器上观察输出信号幅度, 当其为中频输出幅度0.7—0.8倍时, 进入细测, 细调输入信号频率, 用晶体管毫伏表分别测量输入、输出信号有效值, 计算电压放大倍数为中频放大倍数0.707倍时, 统计此时输入信号频率（能够用频率计、信号源频率显示或者示波器目测取得）, 即为下限截止频率。

实际上, 对于一个已知是一阶高通放大电路, 你只要利用自己认为适宜方法, 调整输入信号频率, 使得该频率下, 电压放大倍数是中频电压放大倍数0.707倍, 这个频率就是下限截止频率。

而对于一个不能完全肯定其频率特征电路, 通常要结合粗测和细测, 描绘出电路幅频特征和相频特征。

本试验仅要求测量电路下限截止频率。

注意, 对频率特征测量, 应该在有负载情况下进行。

五、数据估算
试验 2.1 晶体管单级放大器
总结汇报
一、 电路设计、 搭接过程
1、 原理图:
2、 电路搭接:
3、 设计、 搭接过程 ①测量晶体管β值
利用万用表hfe 档, 插入晶体管, 读取晶体管β值, 并加上修正常数20即可。

②电路设计、 搭接
参考原题图2.1.1进行电路搭接。

二、 统计、 分析静态工作点调整过程
1、 调整过程
利用万用表直流档20V 测量晶体管集电极（C ）与地之间电压, 调整电位器, 令读数为6.00伏。

此时认为CQ U =6.0V, CQ I =3mA 。

静态工作点位于交流负载线中点。

2、 分析
下面介绍书上给出调整方法。

对于一个晶体管放大电路, 依据设计目不一样, 静态工作点选择也有不一样标准。

通常来说, 在没有特殊要求情况下, 静态工作点选择, 从理论上说, 就是使其处于交流负载线中点, 也就是让输出信号能够达成最大程度不失真。

所以, 在本试验中, 静态工作点调整, 就是用示波器观察输出, 让输出信号达成最大程度不失真。

当根据上述要求搭接好电路, 在输入端引入正弦信号, 用示波器观察输出。

静态工作点具体调整步骤如表2.1.1所表示:
表2.1.1 静态工作点调整现象动作归纳
现象出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现无失真
动作减小R W增大R W减小输入信号加大输入信号
依据示波器上观察到现象, 做出不一样调整动作, 反复进行。

当加大输入信号, 两种失真同时出现, 减小输入信号, 两种失真同时消失时, 能够认为此时静态工作点恰好处于交流负载线中点, 就是最好静态工作点。

去掉输入信号, 测量此时U CQ, 就得到了静态工作点。

但这种方法是难以实现。

所以利用之前调整, 在精度不高要求下能够满足试验要求。

三、放大倍数测量过程
1、测量过程
用晶体管毫伏表测量。

在确保输出信号没有失真情况下, 直接用晶体管毫伏表, 分别测量输
入信号（Ui）和输出信号（Uo）有效值, 直接相除也是电压放大倍数。

这种测量, 要求在测量同时, 一直用示波器监视输出信号, 输出失真或者没有监测, 测量都
无效。

用晶体管毫伏表测量。

在确保输出信号没有失真情况下, 直接用晶体管毫伏表, 分别
测量输入信号和输出信号有效值, 直接相除也是电压放大倍数。

注意, 这种测量, 要求在测
量同时, 一直用示波器监视输出信号, 输出失真或者没有监测, 测量都无效。

测得数据见“原始数据统计”。

2、误差计算
A=-102.6
之前估算
u
A=-100.7
实测
u
误差w=1.9%
3、误差分析
误差关键起源于晶体管β值。

β值随静态工作点改变而改变, 而本试验中, β使用万用表测
量, 不能选择其静态工作点, 其测量值是由万用表内部提供。

所以存在较大误差是正常。

详
见心得体会。

四、输入电阻测量过程
1、测量过程
选择R1与估量输入电阻近似。

将一定频率源信号加入us两端, 用晶体管毫伏表分别测量us和ui 处电压有效值Us、Ui。

则
(2.1.2)
试验中, 选择R1=2kΩ
测得数据见“原始数据统计”。

2、误差计算
R=2.3kΩ
之前估算
i
R=2.52kΩ
实测
i
误差w=8.7%
3、误差分析
由数据可见, 实测输入电阻大于估量输入电阻。

测量输入电阻时, f=1000Hz,测量输入电阻中应包含电容C1容抗、导线阻值等阻抗在内, 造
成实测输入电阻较高。

五、输出电阻测量过程
1、测量过程
依据输出电阻定义, 根据图2.1.5所表示电路测量。

断开开关S, 在输入端加入一定频率正弦信号, 观察输出信号, 在不失真情况下, 用晶体管毫伏表测量输出电压, 记为U o∞。

闭合开关S, 输入信号不变, 用晶体管毫伏表测量输出电压, 记为U oL,则输出电阻为:
(2.1.3)
测得数据见“原始数据统计”。

2、误差计算
R=2.0kΩ
之前估算
o
R=1.97kΩ
实测
o
误差w=3.0%
3、误差分析
输出电阻误差较小, 在电阻许可误差范围内。

六、上、下限截止频率测量过程
1、测量过程
①下限截止频率测量: 为了提升测量效率, 通常将测量过程分为两步, 首先粗测, 保持输
入信号幅度不变, 调整其频率（频率减小）, 在示波器上观察输出信号幅度, 当其为中频输
出幅度0.7—0.8倍时, 进入细测, 细调输入信号频率, 用晶体管毫伏表分别测量输入、 输出信号有效值, 计算电压放大倍数为中频放大倍数0.707倍时, 统计此时输入信号频率（能够用频率计、 信号源频率显示或者示波器目测取得）, 即为下限截止频率。

②上限截止频率测量: 为了提升测量效率, 通常将测量过程分为两步, 首先粗测, 保持输入信号幅度不变, 调整其频率（频率增大）, 在示波器上观察输出信号幅度, 当其为中频输出幅度0.7—0.8倍时, 进入细测, 细调输入信号频率, 用晶体管毫伏表分别测量输入、 输出信号有效值, 计算电压放大倍数为中频放大倍数0.707倍时, 统计此时输入信号频率（能够用频率计、 信号源频率显示或者示波器目测取得）, 即为上限截止频率。

测得数据见“原始数据统计”。

2、 误差计算 之前估算f L =8.78Hz 实测f L =9.98Hz 误差w=12.0% 实测f H =4.6*5
10Hz
3、 误差分析
① 在调整频率使得电压放大倍数为之前0.707倍时, 难以做到数值正确, 通常取
0.7-0,71之间某值。

② 在测量此时信号频率时, 发觉频率波动较大。

这首先因为信号源本身频率不稳定; 其次
因为测量电路并不稳定。

所以, 测得上、 下限截止频率都是近似值。

七、 动态范围测量过程
1、 测量过程
利用万用表电压档测量CEQ U =6.034V, 利用万用表电流档测得CQ I =2.874mA, 进而计算得
//CQ C L I R R （）=2.874V 。

所以, =2min{//}=5.748OPP CEQ CQ
C L V U I R R V ，（） 测得数据见“原始数据统计”。

2、 误差计算 之前估算OPP V =6.0V 实测OPP V =5.748V
误差w=4.3% 2、 误差分析
测量动态范围时, 应该不存在系统误差之外误差引入。

八、 对单管放大电路新认识
①首先, 单管放大电路是“简便”。

以晶体管为关键, 易于搭建电路、分析电路。

而且电
路结构清楚, 实现功效也很强大（此次试验中电压放大100倍左右）。

②其次, 我们应看到单管放大电路另一面, 即它不稳定性。

这一点在测量上下限截止频率时
能够更显著体会出, 只能得到一个近似值。

另外, 晶体管对改变较敏感, 轻易发生截止、饱
和失真。

③最终, 单管放大电路轻易级联, 能够利用多级单管放大电路得到很大电压放大倍数。

九、心得体会和提议
①调整静态动作点时, 实际采取方法只是粗调, 书上给出方法较为麻烦, 但精度更高。

②测量电压放大倍数时, 误差来自万用表测量β值存在较大误差。

经过学习指导书, 了解
到利用晶体管图示仪, 能够选择合理静态工作点, 测得合理β值。

具体分析以下。

晶体管在不一样静态工作点处, 含有不一样值。

从晶体管图示仪上, 能够清楚地看到图2.1.3所表示图形, 也就是教科书上描述晶体管输出特征曲线。

从图中能够看出, 伴随I等增量增加（每次增加10A）, u~i曲线上移速度是不等量, 开始小, 中间大, 最终又小。

这么就造成Q点处要大于Q'点。

在图示仪上读取方法是: 依据电路参数能够估算出静态工作点, 进而在晶体管图示仪上, 能够找到这个点Q, 如图2.1.3所表示。

而且找到相邻两条曲线（I=30A和I=30A）, 依靠图示仪屏幕刻度, 读取I和I, 依据下式能够计算出
显然, 利用晶体管图示仪测量, 能够依据静态工作点选择合理测量位置, 其误差通常仅为视觉读数误差。

而数字万用表则不一样了, 因为数字万用表在测量晶体管时, 不能选择静态工作点,
其测量值取自万用表内部提供, 固定静态工作点处, 比如就是图2.1.3中Q'点, 而不是用户要求静态工作点处。

从图中也能够看出, 这两点处, 存在较大差异, 是正常。

所以, 依据晶体管随静态工作点显著改变这个特点, 数字万用表测量值, 通常情况下仅能作为参考, 可信度很低。

在条件许可情况下, 应该尽可能使用晶体管图示仪测量晶体管。

我们必需知道, 晶体管在不一样静态工作点处, 含有不一样值。

③测量截止频率时, 频率波动较大。

造成上下限截止频率误差较大。

且上限截止频率较难
进行粗调。

提议事先给出上限截止频率参考值。

④知识起源于实践, 最终要应用于实践。

进行试验使我对放大电路了解更深入了。

试验过
程是“知行合一”这个词最鲜明注脚。

十、陈说试验结果（以20世纪科学家身份）
我于1945年4月12日进行了一次相关晶体管试验, 事前我并没有料想到我会得到如此激感
人心试验结果, 能够说, 这次试验结果将直接改变历史进程和社会发展现实状况。

如上图所表示搭接电路, 调试完成后（调试使得晶体管工作在放大状态、且静态工作点位
于交流负载线中点。

这是为了使得输出不发生失真。

这是在实际应用中需要注意问题。

此处
不展开叙述。

读者如有爱好, 可致电在下交流）, 在输入端加一个交流小信号, 其频率f＝
1000Hz, Uopp＝0.01V。

下面我利用晶体管毫伏表测量输入幅度和输出幅度。

发觉输出电压竟然是是输入电压100
A来描述这个放大关系。

倍, 这是一个多么激感人心结果! 我用
u
另外, 我还发觉, 这种放大倍数并不一定是恒定。

它伴随频率改变而改变。

不过, 在一个相
A相对恒定, 我称之为“中频区”。

当频率减小, 至10Hz左右时, 发觉
当长频率范围内,
u
放大倍数降为原来0.7倍左右, 继续减小频率, 放大倍数快速下降。

我称这个频率为“下限
10Hz左右时, 一样使得放大倍数变为原来0.7倍,
截止频率”。

一样, 当增大频率至4.6*5
继续增大频率, 放大倍数快速下降。

我称这个频率为“上限截止频率”。

这是在实际应用中
需要注意问题之一。

这仅仅是单级放大电路试验数据。

能够设想, 假如我们将多级放大电路级联, 则各级电路放大倍数将得到近似相乘关系, 这将得到一个很大放大倍数。

我将在两周后尝试这个试验。

请诸君关注我试验结果汇报。

下面, 我想谈谈这个电路实际应用。

“以小博大”是这个电路最突出特点。

仅仅输入一个很小信号, 得到输出却是很大。

在自动控制方面, 我们能够用很小电压去控制高压, 这使得工作人员能够处于更安全环境。

在影音处理方面, 能够将声音信号作为输入, 放大后, 能够作为扩音器使用。

小小晶体管, 将拥有改变世界力量。

能够预见, 伴伴随这份结果成熟和实际应用, 无数崭新产业立即诞生!。