三极管共射极放大电路实验报告

实验报告
课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 张冶沁 成绩：__________________ 实验名称： 三极管共射极放大电路 实验类型： 电路实验 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.学习共射放大电路的设计方法与调试技术；
2.掌握放大器静态工作点的测量与调整方法，了解在不同偏置条件下静态工作点对放大器性能的影响；
3.学习放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及频率特性等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、函数信号发生器的使用。

二、实验内容和原理
1.静态工作点的调整与测量
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
5.测量输出电阻
6.测量上限频率和下限频率
7.研究静态工作点对输出波形的影响
三、主要仪器设备
示波器、信号发生器、万用表 共射电路实验板
四、操作方法和实验步骤
1.静态工作点的测量和调试 实验步骤：
（1）按所设计的放大器的元件连接电路，根据电路原理图仔细检查电路的完整性。

（2）开启直流稳压电源，用万用表检测15V 工作电压，确认后，关闭电源。

（3）将放大器电路板的工作电源端与15V 直流稳压电源接通。

然后，开启电源。

此时，放大器处于工作状态。

（4）调节偏置电位器，使放大电路的静态工作点满足设计要求I CQ ＝6mA 。

为方便起见，测量I CQ 时，一般采用测量电阻R C 两端的压降V Rc ，然后根据I CQ =V Rc ／Rc 计算出I CQ 。

（5）测量晶体管共射极放大电路的静态工作点，并将测量值、仿真值、理论估算值记录在下表中进行比较。

2.测量电压放大倍数(R L =∞、R L =1k Ω)
专业： 姓名：
学号： 日期： 地点：
学生序号6
实验步骤：
（1）从函数信号发生器输出1kHz的正弦波，加到电路板上的Us端。

（2）用示波器检查放大电路输出端是否有放大的正弦波且无失真。

（3）用示波器测量输入Ui电压，调节函数信号发生器幅度，使电路输入Ui= 10mV(有效值)。

（4）负载开路，用示波器测出输出电压Uo有效值，求出开路放大倍数。

（5）负载接上1kΩ，再次测Uo，求出带载放大倍数。

3.测量最大不失真输出电压(R L=∞、R L=1kΩ)
（1）负载开路，逐渐增大输入信号幅度，直至输出刚出现失真。

（2）用示波器测出此时的输出电压有效值，即为最大不失真输出电压Vomax。

（3）负载接上1kΩ，再次测Vomax。

4.测量输入电阻Ri(R L=1kΩ)
测量原理：
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Vs和Vi，则
实验步骤：
（1）从函数信号发生器输出正弦波，加到电路板上的Us端。

（2）用示波器测出Us 和Ui电压。

（3）求出输入电阻。

5.测量输出电阻R O
测量原理：
放大电路的输出电阻可用增益改变法来测量，保持信号源幅度不变，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）从函数信号发生器输出正弦波（幅度和频率?），加到共射放大电路的输入端。

（2）断开负载，用示波器测出输出电压V o'。

（3）接上负载，用示波器测出输出电压Vo。

（4）计算输出电阻Ro
6. 测量上限频率和下限频率(R L=∞、R L=1 kΩ)
1)从函数信号发生器输出1kHz的正弦波，加到放大电路输入端。

2)用交流毫伏表测输出电压，调节输入信号幅度，使输出Vo=1V。

（取1V有什么好处？）
3)保持输入信号幅度不变，降低信号频率，使输出幅度下降至0.707V o时（用什么测？）得到下限频率f L。

4)保持输入信号幅度不变，增大信号频率，使输出幅度下降至0.707 V o时得到上限频率f H
7. 研究静态工作点对输出波形的影响( R L=∞)
1)负载开路，输入1kHz、幅度合适的正弦信号，用示波器监视输出电压。

2)调节电位器R Wb，使静态电流I CQ增大到足够大，测量并记录集电极静态电流。

（I CQ用什么测？如何测？）
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，测量刚出现失真时的最大不失真输出电压。

4)减小输入信号，使电路回到正常的放大状态（输出电压无失真）。

5)调节电位器R Wb，使静态I CQ下降到足够小，测量并记录集电极静态电流。

6)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，测量刚出现失真时的最大不失真输出电压。

五、实验数据记录和处理
V B/V V E/V V C/V I CQ/mA 理论值 5.258 4.558 9 6
仿真值 5.271 4.558 9 6
实测值 5.15 4.54 8.99 6
测试条件
实测值
理论值A V仿真值A V V S/mV V i/mV V O/V A V
R L=∞35 10 0.978 97.8 92.34 90.604 R L=1kΩ35 10 0.493 49.3 46.17 46.340 3.测量最大不失真输出电压
先出现缩顶失真先出现削底失真
同时出现缩顶和削底失真
测试条件
实测值理论值仿真值
V OMAX（有效值）V OMAX（峰值）V OMAX（峰值）V OMAX（峰值）
R L=∞ 2.29V 3.06V 3.75V 3.69V R L=1kΩ 2.78V 3.79V 4.27V 4.16V
4.测量输入电阻R i
输入电阻（实测值）理论值仿真值V S/mV V i/mV R i R i R i
35 10 2040Ω1334Ω1393Ω
O
输出电阻（实测值）理论值仿真值V O’/V V O/V R i R O R O 0.978 0.493 984Ω1000Ω1000Ω
测试条件
实测值仿真值
f L f H f L f H
R L=∞91.5Hz 29.7kHz 172.12Hz 34.58MHz R L=1kΩ92.1Hz 51.9kHz 175.47Hz 63.30MHz
7.研究静态工作点对输出波形的影响
I CQ先出现V OMAX正/负半周形状
7.68mA 饱和977mV 负削底
2.55mA 截止 1.51V 正缩顶
六、实验结果与分析
共射放大电路的静态工作点在实验中随可变电阻R b1的阻值而改变，实验中和仿真均调整电位器使I CQ=6mA，而且理论值根据仿真的参数计算，实际上并不合理，因为仿真使用的三极管规格和实验不同，理论计算的值更适用于仿真结果，实验结果仅能用作参考。

电压放大倍数的实验值、理论值和仿真值都较为接近，由共射放大电路的放大倍数表达式
其中r be已确定，R L’为等效负载，当负载增大时放大倍数也会增大，但本实验电路中最大的负载电阻为R C=1kΩ,外接R L=1kΩ时，等效负载为500Ω，因此开路的放大倍数应该为接1kΩ负载时的两倍，实验中开路放大倍数为97.8倍，负载1kΩ的放大倍数为49.3倍，97.8/49.3=1.98，非常符合预期。

最大不失真输出电压实际上在示波器难以测量，因为通过人眼判断正弦波形是否失真偏于主观，往往无法准确判定在某静态工作点下波形失真的临界输出电压，且当负载不同时，截止失真和饱和失真出现的先后可能不同，故实验中测得的数据仅作娱乐。

另外还保存了几种失真在不同位置出现的图片，也可以在仿真中进行观察。

输入电阻和输出电阻的理论值和仿真值非常吻合，但输入电阻的实验值差距较大，可能的原因是输入电压V S经过一个5.1kΩ的电阻R S分压，另一部分V i作为放大电路的输入信号，但实验中的V S和V i没有反复测量，可能在操作过程中已经变化，由输入电阻的计算公式如下：
而R比较大，可见V S和V i的数量级相同，而且为比值形式，所以它们取值的较小变化对结果也会有
较大影响，实验中应更加注重这两个数据的测量准确性。

通频带宽的测量，实验结果比仿真带宽更窄，也是三极管特性不同的原因，而且实验中由于结电容效应更加显著，通频带宽也会变窄。

对于不同静态工作点的输出特性，可以看出下图中当I CQ较小时，负载线斜率大小较小，正弦波形更靠近截止方向；当I CQ增大时，负载线斜率变大，正弦波更靠近饱和方向。

因此实验中I CQ=2mA时先出现了截止失真，I CQ=7mA时先出现了饱和失真。

七、讨论、心得
本次实验有较多心得，主要是巩固了理论课的知识，前面用到的很多理论计算都不太容易，但最后跟仿真都符合得很好，但另一方面我认为本实验的仿真对实验没有太大的对比价值，因为三极管元件型号不同，且电位器位置也未必和实验一样，测算的数据自然也有很多不同。

但某些测量值存在较大的偏差，为了解释这些偏差需要了解电路里一些在实际实验中可能显著的现象比如结电容效应等，也加深了我对电路元件特性的认识。

另外，在老师所给实验PDF的第8页中，放大倍数的公式里不应该出现(1+β)R b2的项，而r be的计算公式中按照前面的约定，300应该改为200。

（1）试分析电路中的Re2、Rb1、Cb起什么作用？
答：R e2作为发射极电阻，起到了很好的负反馈作用，当由于某些外部原因（如温度改变）引起电路内部参数变化，假设I C增大，相当于I E增大，则射极电阻R e2两端电压也增大，由于V CC不变，所以V BE 减小，从而I C减小，使电流稳定；
R b1在电路中起到了保护电位器的作用，当电位器调节到0时，I C可能比较大烧坏管子，R b1可以限流；
C b实现了低频信号隔离作用，输入信号中的直流成分无法通过电容，因此不会影响三极管的静态工作点，而交流信号可以通过电容并被放大。

（2）当静态工作电流I CQ通过测量V E或V C来间接地得到时，分析万用表内阻对测量误差的影响。

答：查手册得万用表在20V量程下内阻为10MΩ，比被测的R C=1kΩ大4个数量级，由电表误差公式
代入数据得ΔU=6×10-4V，基本上可以忽略；
（3）各仪器的接地端不再连在一起，示波器上的波形将发生什么变化？
答：会造成示波器不同频道的参考零电势点不同，于是波形会出现数值方向上的平移，形状没有影响。

（4）在测试各项参数时，为什么要用示波器监视输出波形不失真？
答：若波形发生失真，表明三极管并未工作在线性放大区，所有的理论公式便不再适用。

（5）与负载开路相比，接上负载对放大电路的上下限频率有什么影响？在测上限和下限频率时，如何择输入信号的大小？为什么使输出电压为1V?
答：接上负载后，电路的等效负载变小，时间常数变小，因为上限截止频率由高频时间常数中最大的一个决定，因此放大倍数降低了，而上限频率会变大，通频带宽也更大，但下限频率基本不受影响。

且实验中测得数据计算得：
29.7kHz×97.8≈51.9kHz×49.3
符合通频率带宽积的公式。

在接负载或开路的情况下，已知放大倍数，估算并调节输入信号幅值使得输出幅值不失真且不能太小，然后满足为方便观察的值即可。

输出为1V时，到截止频率时的输出应该恰好变为0.707V，方便观察示数；但实际上若先设置输出为1.414V，截止频率便恰好为1V也很方便，我认为只要示数便于观察都是可取的。

（6）用示波器同时观察放大电路输入、输出波形的相位关系时，示波器上有关按钮应置什么位置？
答：将放大电路的输入和输出端分别接到示波器两个通道并共地，此时要保持水平控制按钮位于原位，两个波形的显示选项中不启用反相等改变相位的功能，可适当调节垂直控制使两个波形的幅值利于观察。

（7）在测量输入电阻时，为什么不能直接测Rs两端的压降？
答：因为R S两端没有和电路共地的点，若用一端接地的电表测量，会干扰电路信号，造成误差。

（8）如何判断放大器的截止和饱和失真？当出现这些失真时应如何调整静态工作点？
答：对共射放大电路而言，当输出信号波谷被削平时即为饱和失真，应使静态工作点左移（I CQ减小）；当输出信号波峰曲率半径变大时即为截止失真，应使静态工作点右移（I CQ增大）。

（9）在共射放大电路的静态工作点测量时，测得VCEQ＜0.5V，说明三极管已处于饱和状态；若VCEQ≈
+VCC（电源电压），则说明三极管已处于截止状态；若VBEQ>2V，估计该晶体管已被击穿。

（10）共射电路实验中所用的耦合电容是电解电容。

在共射放大电路实验我们选用的D882是NPN管对吗？描述怎样从外观判别e、b、c三个管脚。

答：D882是NPN管，对于NPN三极管，箭头指向的为e管脚，发出箭头的为b管脚，第三个为c管脚。

（11）仿真电路时，若将VSIN元件的属性设置为：DC=10mV；AC=20mV；VOFF=30mV，VAMPL＝40mV，FREQ=1KHz。

则在进行静态工作点计算时，采用的电压值是10mV稳压值；进行交流扫描分析时，采用的电压值是20mV 有效值；进行瞬态分析时，采用的电压值是30mV峰值。

Pspice仿真
本实验内容较丰富，实验室中示波器功能和操作时间有限，于是在仿真中再现了一些有意思的图像静态工作点及后续仿真的接线图如下：
输出特性曲线：
负载为1kΩ时的通频带宽：
负载开路时的通频带宽：
I CQ=6mA时，负载1kΩ的输出电压峰值对输入电压的关系：
负载开路的输出电压峰值对输入电压的关系：
当I CQ=6mA时，负载开路，输出信号随输入信号的增大逐渐出现饱和失真：。