单管放大电路实验报告—王剑晓

单管放大电路实验陈述之袁州冬雪创作
电03 王剑晓
2010010929
单管放大电路陈述
一、实验目标
(1)掌握放大电路直流工作点的调整与丈量方法；
(2)掌握放大电路主要性能指标的丈量方法；
(3)懂得直流工作点对放大电路动态特性的影响；
(4)掌握发射极负反馈电阻对放大电路动态特性的影响；
(5)掌握信号源内阻RS对放大电路频带（上下截止频率）
的影响；
二、实验电路与实验原理
实验电路如讲义P77所示.
图中可变电阻RW是为调节晶体管静态工作点而设置
的.
（1）静态工作点的估算与调整；
将图中基极偏置电路VCC、RB1、RB2用戴维南定理等
效成电压源，得到直畅通路，如下图1.2所示.其开
路电压VBB和内阻RB分别为：
VBB= RB2/( RB1+RB2)* VCC;
RB= RB1// RB2;
所以由输入特性可得：
VBB= RBIBQ+UBEQ+(RE1+ RE2)(1+Β) IBQ;
即：IBQ=（VBB- UBEQ）/[Β(RE1+ RE2)+ RB];
因此，由晶体管特性可知：
ICQ=ΒIBQ；
由输出回路知：
VCC= RC ICQ + UCEQ+(RE1+ RE2) IEQ;
整理得：
UCEQ= VCC-(RE1+ RE2+ RC) ICQ；
分析：当Rw变更（以下以增大为例）时，RB1增大，
RB增大，IBQ减小；ICQ减小；UCEQ增大，但需要防
止出现顶部失真；若Rw减小变更相反，需要思索底
部失真（截止失真）；
（2）放大电路的电压增益、输入电阻和输出电阻
做出电路的交流微变等效模子：
则：
电压增益Ai=UO/Ui=-ß（RC// RL）/rbe;
输入电阻Ri=RB1//RB2//rbe；
输出电阻RO= RC;
其中rbe=rbb’+(1+ß)UT/ IEQ,体现了直流工作点
对动态特性的影响；
分析：当RC、RL选定后，电压增益主要决议于rbe，
受到IEQ，即直流工作点的影响.由上面临直流工作
点的分析可知，Rw变更（以下以增大为例）时ICQ
减小，那末rbe增大，电压增益Ai减小，输入电阻
Ri增大，输出电阻RO基本不变，与直流无关；
如果将发射极旁路电容CE改为与RE2并联，RE1成
为交流负反馈电阻，电路的动态参数分别变成
电压增益Ai=UO/Ui=-ß（RC// RL）/[rbe+(1+ß)
RE1];
输入电阻Ri=RB1//RB2/[rbe+(1+ß) RE1]；
输出电阻RO= RC;
分析：此时电压增益Ai减小（RE1影响了放大倍数），
此时如果有rbe<<(1+ß) RE1，则Ai=（RC//RL）/RE1，
实现了稳定；输入电阻Ri增大（使得更多的输入信
号被放大），输出电阻RO基本不变；
Rw变更（以下以增大为例）时ICQ减小，那末rbe
增大，电压增益Ai仍然减小，输入电阻Ri增大，输
出电阻RO基本不变，与直流无关；
（3）放大电路电压增益的幅频特性和频带
放大电路一般含有电抗，使得电路对分歧频率的信号
具有分歧的放大才能，即电压增益是频率的函数.电
压增益的大小与频率的函数关系即是幅频特性.
需要注意的是：丈量放大电路的动态指标必须在波形
不失真的条件下停止，因此输入信号不克不及太大，
实验中一般使用示波器监视输出信号的波形.
三、实验内容与扩大内容
（1）工作点的调整；
调节Rw，分别使ICQ=1mA和2mA，丈量VCEQ的值；
（2）工作点对放大电路的动态特性的影响；
在ICQ=1mA和2mA时，丈量电压放大倍数、幅频特性
（只测上下截止频率）、输入电阻、输出电阻.
其中输入正弦电压信号Vi的幅度为5mV，频率为
1kHz.
（3）射极负反馈电阻对动态特性的影响；（扩大内容）如果将发射极旁路电容CE改为与RE2并联，RE1成
为交流负反馈电阻，在ICQ=1mA时，丈量电压放大倍
数、幅频特性（只测上下截止频率）、输入电阻、输
出电阻，总结射极负反馈电阻对电路动态特性的影
响；
四、注意事项：
（1）实验中要将直流电源、信号源、示波器等电子仪器和实验线路接地，以免引起干扰；
（2）电路性能指标的测试要在输出电压波形不失真和没有分明干扰的情况下停止；
五、仿真（仿真陈述请见文档“仿真陈述”）
1）仿真电路图
见《电子电路实验》p77图3.1“单管共发射极放大电路”.其中RS＝0，为实验室所用信号发生器的内阻.与器件盒中的器件参数相匹配.
2）Multisim 7中的元件选择
三极管选用实际元件，型号为MRF9011L，将模子参数中的β（即BF）改为212；其它元件都选用虚拟器件.
2）仿真内容
a. 静态工作点
在ICQ=1mA和2mA时，丈量VCEQ的值，并记录RB1的值.
RB1可选用Multisim中的“Virtual Linear Potentiometer”元件.
b. 动态特性仿真
在ICQ=1mA和2mA时，丈量电压放大倍数和幅频特性.
其中输入正弦电压信号Vi的幅度为5mV，频率为1kHz.六、仿真心得：
1）在仿真停止过程中，应坚持RW的值不变；
2）RW的量程要为100kΩ；
3）新接入万用表后，对电流和电压是有影响的，也就是会发生误差；
4）看清楚要对谁丈量，提前做好丈量准备，以免丈量时出现遗漏或错误；
（一）预习陈述
1、预习计算
晶体管的主要参数为：B=260，VBE=0.7V，rbb’=10欧，fT=300MHz,Cb’c=1pF,计算实验地那路的主要性能指标，以备与实验测试成果停止分析比较.
（1）首先计算直流状态下的ICQ、UCEQ以及此时的Rw：IBQ=(VBB- UBEQ)/(RB+(I+ß)(RE1+ RE2))
UCEQ =VCC-ICQ(RC+ RE1+ RE2) ICQ=1mA时，IBQ= ICQ/ ß=1/260mA; 带入，解得RB1=77.170kΩ;
此时，
ICQ=2mA时，IBQ= ICQ/ ß=2/260mA; 带入，解得RB1=41.357kΩ;
此时，
（2）其次，计算各交流量：电压放大倍数AU、输入电阻Ri、输出电阻RO：
<1>ICQ=1mA时, RB1=77.170KΩ；
此时rbe=rbb’+UT/ IBQ=0.010+26*0.26=6.86 KΩ；
电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC//
RL)/rbe=-75.94;
输入电阻Ri= RB1// RB2//rbe=4.44 kΩ;
输出电阻RO=RC=3.3 kΩ;
<2>ICQ=2mA时, RB1=41.357KΩ；
此时rbe=rbb’+UT/ IBQ=0.01+26*0.26/2=3.39
KΩ；
电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC// RL)/rbe=-153.666;
输入电阻Ri= RB1// RB2//rbe=2.59 kΩ;
输出电阻RO=RC=3.3 kΩ;
2、主要实验步调
a)实验数据表格
b)
（1）丈量ß：
（2）丈量直流工作点：用万用表丈量集电极对地电压使之为
8.4V（ICQ=1mA时，UC=12V-3.6V=8.4V）和4.8V（ICQ=2mA
时，UC=12V-3.6V*2=4.8V）；记录下此时的Rw；并丈量UCEQ；
（3）丈量动态特性：
电压放大倍数：将输入电压、输出电压分别加在示波器两输入端，调节Rw的值分别为上步调中记录的值，丈量Ui、UO 的峰值，相比后得到AU；
丈量输入电阻Ri：在输入端串联R1=3.6kΩ，调节Rw的值分别为上步调中记录的值，丈量输出电压Uo、Uo’；由公式Ri=Uo’/(Uo-Uo’)即可计算Ri；
丈量输出电阻RO: 在输出端串联R2=4.7kΩ，调节Rw的值分别为上步调中记录的值，丈量输出电压Uo、Uo’；由公式RO=（UOC/UOC’-1）* R2即可计算RO；
丈量频带：调节Rw的值分别为上步调中记录的值，坚持输入电压为近似5mV不变，分别向上、向下调节函数信号发生器的频率，丈量输出电压的幅值使之为5mV* AU/√2，读取此时的频率，记录.
（二）终结陈述
1、实验数据记录、处理及分析
1）数据记录、处理
（1）丈量β值
实验中操纵学习机和示波器测得MRF9011L的输出特性曲线，测得，小与实际值的260.
（2）丈量直流工作点
ICQmA Rw/ΩUCEQ/V
1
2
（3）丈量计算电压放大倍数
ICQ/mA Rw/ΩUi/V UO/V AU
1
2
（4）丈量计算输入电阻Ri
ICQ/mA Uo/V（断开R1）Uo’/V（接入R1）Ri=Uo’/(Uo-Uo’)/Ω
1
2
（5
ICQ/mA开路时UOC/V接通时UOC’/V RO/V
1
2
（6
ICQ/mA Uo/V Uo/√2 /V上限fH/Hz下限fL/Hz
1
2
（7）提高要求——有负反馈的情况（只测当ICQ=1.0mA的ICQ/mA UCEQ/V UO/V UI/V AU RO/ΩRI/ΩfH/Hz fL/Hz
1
注：该提高要求是由王剑晓同学在讲堂上完成，但由于当时
未能完成全部的数据处理，因此未经任教师批准，只将部分处理好的数据以及原始数据交给助教教师过目.
2）数据分析
通过实际估算与仿真成果，我们来停止实验成果的对比分析.
（1）实际计算
根据丈量成果，ß=212
首先计算直流状态下的ICQ、UCEQ以及此时的Rw
IBQ=(VBB- UBEQ)/(RB+(I+ß)(RE1+ RE2))
UCEQ =VCC-ICQ(RC+ RE1+ RE2)
ICQ=1mA时，IBQ= ICQ/ ß=1/212mA; 带入解得RB1=79.74kΩ;
此时，UCEQ=7.50V.
ICQ=2mA时，IBQ= ICQ/ ß=2/212mA; 带入解得RB1=43.07kΩ;
此时，UCEQ=3.00V.
其次，计算各交流量：电压放大倍数AU、输入电阻Ri、输出电阻RO：
ICQ=1mA时, RB1=79.74KΩ；
此时rbe=rbb’+UT/ IBQ=10+26*212=5.52 KΩ；
电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC// RL)/rbe=-76.95;
输入电阻Ri= RB1// RB2//rbe=3.84 kΩ;
输出电阻RO=RC=3.3 kΩ;
ICQ=2mA时, RB1=43.07KΩ；
此时rbe=rbb’+UT/ IBQ=10+26*212/2=2.77 KΩ；
电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC// RL)/rbe=-153.34;
输入电阻Ri= RB1// RB2//rbe=2.22 kΩ;
输出电阻RO=RC=3.3kΩ;
提高要求：（ICQ=1mA）
此时RB1=79.74KΩ，rbe=5.52 KΩ；
输入电阻Ri= RB1// RB2//（rbe+（1+ ß）*RE1）=10.00KΩ；
输出电阻RO=RC=3.3 kΩ;
（2）实际值、仿真值、实验值的对比表格如下
大多数实验数据相比仿真值比相对实际值更相近，说明实际电路较实际更复杂，其各量的影响因素更多.
3)下面临仿真、实验所造成的误差停止分析：
所需参数的求解公式：
①电压放大倍数为：AU=UO/Ui=-ß(RC// RL)/rbe;
②输入电阻Ri= RB1// RB2//rbe;
③输出电阻RO=RC；
（1）实际值的误差：
由于实际计算时的等效模子是中频等效模子，忽略了耦
合电容和极间电容的影响，因而造成实际计算的误差.由于CE使RE1+ RE2的等效值变大.
VBB= RB2/( RB1+RB2)* VCC;
VBB基本不变；
RB= RB1// RB2; RB
基本不变；
IBQ=（VBB- UBEQ）/[β(R E1+ RE2)+ RB];
IBQ减小；
ICQ=β IBQ；
ICQ减小；
UCEQ= VCC-(RE1+ RE2+ RC) ICQ；
UCEQ不定；
注意：上述分析忽略了C1\C2和极间电容的影响，虽然误差
小了一些，但是详细来讲仍是不准确的.
（2）实际值与仿真值：在误差允许范围内，仿真的输入输
出电阻普遍小于实际值，而电压放大倍数偏小.
原因：由于并联在电阻两头的极间电容的影响，造成输入电
流偏大，输入电阻Ri将偏小，输出电阻RO也将偏小，同时
由于耦合电容组成高通网络，使得电压放大倍数AU将偏小.（3）实际值与实验值：在误差允许范围内，实验中的输入
电阻值比实际值偏大，但是输出电阻和电压放大倍数偏小.
原因：输入电阻偏大，有着多方面的原因.存在系统误差与
偶尔误差.同时由于耦合电容和旁路电容的存在将导致输入电流偏小，所以输入电阻偏大.电压放大倍数偏小的原因同上；
下面分析输出电阻偏小的能够原因：能够由于晶体管的极间电阻rce相对于Rc和RL相差不大，不克不及忽略；如果忽略，则相当于少了一个并联的电阻，故实际值相对比较的大.比较有负反馈和无负反馈电阻时的幅频特性，可见无反馈情况下的频带宽度BW小于有反馈时的频带宽度.根据负反馈的特性，增益下降的同时应该有频带展宽，即有负反馈时的BW 应远大于无负反馈时的BW.可见实验结论与实际有差距.经分析，其原因能够是由于示波器的×10档探头的截止频率约为2-3MHz左右，因此由于探头的频率限制，能够造成误差.（4）仿真值与实验值：相比实际值，实验值与仿真值更为
接近，但是由于实验中很多未知因素的影响使得实验值与仿
真值还有一定的误差.
原因：由于详细实验中的分布电容和耦合电容与仿真工具中
的器件参数分歧，再思索上温度和实验室环境的影响以及操
纵中的误差，导致 fL偏大，同样极间电容、丈量工具的限
制等因素也影响着fH，导致其偏小.
综上所述，实验值、实际值和仿真值都存在一定的误差.
总结误差发生的原因：
（1）实验仪器的误差
测上限截止频率时，会受到示波器中电容等外部元件的影响，而且由于示波器分辨率的问题导致数据不准确，此外频率信号发生器也会给电路带来影响；用数字万用表测电阻以
及静态工作点时，也会带入仪器误差；
（2）三极管参数的误差
由于实际晶体管和仿真及计算所用的器件参数不完全一致，性能不克不及替代，特别是估算动态电阻时，因此在静态电流的状态下，实验值与实际的不同较大；
（3）实际电路中电容的影响
实验电路中所用的旁路电容有22uF，仿真时用10uF的电容，故在一定程度上也会减小上限截止频率.
（三）实验总结
1）思考题
（1）丈量放大电路输人电阻时，若串联电阻的阻值比其输入电阻大得多或小的多，对丈量成果会有什么影响？请对
丈量误差停止简单的分析.
答：输入电阻丈量公式为
当Rs<<Ri时，V’-Vi很小，而电压丈量的相对误差基本不变，因此(V’-Vi)基本不变，从而造成(V’-Vi)/ (V’-Vi)变大，丈量成果的相对误差较大.
当Rs>>Ri时，Vi很小，而电压丈量的相对误差基本不变，因此Vi基本不变，从而造成Vi/Vi变大，同样丈量成果的相对误差较大.
（2）在图3.1所示的电路图中，一般是改变上偏置电阻RB1来调节工作点，为什么？改变下偏置电阻RB2来调节工作点可以吗？调节Rc呢？为什么？
答：调节工作点要求能同时调节IBQ、ICQ和VCEQ.
如果改变下偏置电阻RB2，可以改变基极电位，从而改变IBQ，以至影响ICQ和VCEQ，但是改变RB2能够没有改变RB1方便.如果改变下偏置电阻RC，基极电位不变，IBQ、ICQ均不变，只有VCEQ改变，因此不适合调节静态工作点.
2)实验总结
1、在调节寻找静态工作点时，操纵万用表的电压档检测两头的电压，得到合适的电流.
2、在丈量输入电阻时也将电压输出到示波器停止丈量，准确度更高，不包含直流分量；
3、丈量单管放大电路的上限截止频率时，注意使用表笔的
挡；
4、通常通过调节来设置静态工作点，静态参数也会影响动态.
3）实验收获与心得
通过本次实验，我更深入地懂得了单管共射放大电路的静态和动态特性，学会了丈量、调节静态工作点和动态特性有关参数（增益、输入电阻、幅频特性）的实验和仿真方法，并和实际计算相验证，加强了对实际知识的掌握.在仿真时熟悉了Multisim软件的使用环境，认识到预习计算和仿真对实验的重要性和指导意义，并学会搭实际电路检查电路的联接和排查错误.。