实验三 三极管放大电路设计

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路实验第 3 次实验实验名称：三极管放大电路设计院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班姓名：梅王智汇学号：61012215实验室: 101 实验组别：同组人员：实验时间：2014年 5 月 4 日评定成绩：审阅教师：实验三 三极管放大电路设计一、实验目的1. 掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；2. 了解三极管、场效应管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法； 3. 了解负反馈对放大电路特性的影响。

4. 掌握多级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；5. 掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源 、交流毫伏表、函数发生器的使用技能训练。

二、预习思考：1. 器件资料：上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：2. 偏置电路：图3-3中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流I C 以实现稳定直流工作点的作用的，如果R 1、R 2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？答：该偏置电路是分压偏置电路，利用R1，R2对电源电压进行了分压，保证了基极电压稳定为：212BQ CC R U V R R =+。

这样就为电路提供了稳定的工作点。

就是当环境温度升高时，I CQ ≈I EQ 增加，U EQ =I EQ R E 增大，由于U BQ 的基本固定，U BEQ =U BQ -U EQ 减小,又使I EQ 减小，抑制I CQ 增加，通过这样的自动调节就稳定了静态工作点。

如果R1，R2取值过大，以至于接近输入电阻R i ，就会导致流入基极的电流不可忽略，工作点不稳定。

3. 电压增益：(I) 对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。

答：为了提高增益，需要调节参数， 共发射极组态电路增益为： (//)C L beR R A r β=-共基级组态电路增益为： ()//beC L R R A r β=共集电极组态电路增益为：()()1'1'beL L R A r R ββ+=++ 注意到通过调大共发射极组态电路的R C 与负载R L 可以获得更大的放大倍数增益，但是在调节R C 的时候会增大其输出电阻，故应当适当调节。

也可以通过引入正反馈的办法来提高电压增益，但是这会影响电路工作的稳定性，一般只用于整形和波形发生电路。

(II) 实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问能否用万用表或示波器，为什么？答：不可以。

输入电压信号非常小，为5MV 左右，在示波器中显示出来的具有很大的干扰谐波，测量值也会跳动非常厉害。

万用表，测量的误差也非常大。

所以用交流毫伏表是最好的选择。

4. 输入阻抗：1) 放大器的输入电阻R i 反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为R S ，试画出图3-3中放大电路的输入等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释： R i = R S 放大器从信号源获取较大电压R i << R S 放大器从信号源吸取较大电流 R i >> R S 放大器从信号源获取最大功率答：根据2()S i i SU P R R R =+，可知R i = R S 时，放大器可获得最大功率。

当R i << R S 时，由于总的阻抗比较小，故可获较大电流。

当R i >> R S 时，由分压原理，放大器可获得较大电压。

输入等效电路如下：2) 图3-1是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻R S 的取值不能太大也不能太小。

图3-1 放大器输入阻抗测量原理图答：若R s 太小，则U s ≈U i ，会导致电流过大，若R s 太大，则U i 会很小。

所以为了保证器件的直流工作点，保证器件正常工作，所以R s 不能太大也不能太小3) 对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图3-3中放大电路的输入阻抗。

答：答： 由于该电路为共发射极放大电路输入阻抗12////be Ri R R r =由于()()'261be bb EQmA r r I β=++基本不变，所以可以适当提高R 1与R 2的阻值。

或者计入电压串联负反馈，也可以增大输入电阻。

5. 输出阻抗：1) 放大器输出电阻R O 的大小反映了它带负载的能力，试分析图3-3中放大电路的输出阻抗受那些参数的影响，设负载为R L ，画出输出等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释。

R O = R L 负载从放大器获取较大电压 R O << R L 负载从放大器吸取较大电流 R O >> R L 负载从放大器获取最大功率答：由2()oL o LU P R R R =+可知，当R O = R L 时，负载从放大器获取最大功率；当R O << R L时，由分压原理，负载从放大器获取较大电压；当R O >> R L时，由于总电阻较小，负载从放大器吸取较大电流。

输出等效电路：2)图3-2是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻R L的取值不能太大也不能太小。

图3-2 放大器输出阻抗测量原理图答：输出电流'0LUIR R =+输出电压'LLU R UR R=+要保证输出电流与输出电压都不能太小，负载电阻不能太大也不能太小。

3)对于小信号电压放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以减小图3-3中放大电路的输出阻抗。

答：对于共发射极放大电路。

其输出电阻是RC。

所以要减小电路的输出阻抗，减小RC 即可。

或者加入电压串联负反馈也可减小输出阻抗。

6.计算图3-3中各元件参数的理论值，其中已知：V CC=12V，U i=5mV，R L=3KΩ，R S=1KΩ，T为9013指标要求：A u>50，R i>1 KΩ，R O<3KΩ，f L<100Hz，f H>100kHz（建议I C取2mA）用Multisim软件对电路进行仿真实验，仿真结果填写在预习报告中。

1)仿真原理图2)参数选择计算输入电阻12////i be R R R r =，又26200(1)be Er I β=++， 其中I E 取2mA ，所以r be 约为2k Ω，这样只要R B =R 1//R 2>1k Ω，那么就可以满足Ri>1k Ω 输出电阻R o <R C ,所以要符合R o <3k Ω，所以R C 取3k Ω在此实验中，电容应当取得大一些，这样才能够使得下限频率低一些，均选用了100μF 。

3) 仿真结果增益A u =U o /U i ≈126符合要求 通过波特仪观察幅频曲线，下限频率为33.4Hz上线频率为64.492Hz ，符合要求。

7. 对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大，下限频率足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以增加图3-3中放大电路的上限频率，那些方法可以降低其下限频率。

答：上限频率()''112////H bb s B b e M f r R R r C π=+⎡⎤⎣⎦，其中C M 为密勒电容，若要增大上限频率，可同比例增大R B ，即同比例增大R 1与R 2。

其中CM 为密勒电容。

所以为了增大上限截止频率，可以同比例地增大R1与R2. 下限频率 ()()121103C r R f be S L ⋅+⋅≥π~，()()221103C R R f L C L ⋅+⋅≥π~，()EbeS E L C r R R f ⋅++⋅≥)//(~βπ12131所以为了减小下限频率，可以适当增大C 1、C 2、C E 。

8. 负反馈对放大器性能的影响答：1. 负反馈会减小电路的放大倍数。

2. 负反馈可以提高电路的稳定性。

3. 负反馈可以扩展通频带。

4. 负反馈可以减小非线性失真（反馈环内）。

5. 负反馈对于输入输出电阻也有一定影响。

6. 负反馈可抑制干扰与噪声。

9. 设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器，已知：V CC =12V ，U i =5mV ，R L =1K Ω，T 为9013要求满足以下指标：| A u |>100，R i >1 K Ω，R O <100Ω 1) 仿真原理图2) 参数选择计算a) 输入电阻由共源放大级决定，R i =R 2+R 3//R 4>1M Ω；b) 输出电阻由共集放大级决定，281114//////1be o o r R R R R R β+=+，其中R o2≈R 9，计算可得，R o ≈80Ωc) 第一级共源放大级的增益A u1=-g m (R 6//R i2) ，R i2为第二级放大电路的输入电阻，R i2=R 7//R 10//r be ≈2.2k Ω，A u1≈-1.29；第二级共射放大级的增益A u2=-β(R 9//R i3)/r be ，R i3为第三级放大电路的输入电阻，R i3=R 8//R 11//[r be +(1+β)(R 14//R 16)]≈13.2kΩ，A u2≈-190；第三级共集放大级的增益()()()()1416314161//1//u be R R A r R R ββ+=++≈0.98； 故整个放大器的增益A u =A u1A u2A u3=240；3) 仿真结果注：由于仿真实验中选用场效应管与三极管与实际做实验的三极管的型号不一致，故导致放大倍数有较大差距，但仍可反映本电路三级放大的主要特点。

CH1-输入CH2-U oCH3-U o1CH4-U o2三、实验内容1. 基本要求：图3-3 射极偏置电路1)研究静态工作点变化对放大器性能的影响(1)调整R W，使静态集电极电流I CQ=2mA，测量静态时晶体管集电极—发射极之间电压U CEQ。

记入表3-3中。

(2)在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压U S 使Ui=5mV，测量并记录U S、U O和U O’（负载开路时的输出电压）的值并填于表3-1中。

注意：用双踪示波器监视U O及Ui的波形时，必须确保在U O基本不失真时读数。

(3)根据测量结果计算放大器的A u、Ri、Ro。

表3-1 静态工作点变化对放大器性能的影响静态工作点电流I CQ(mA)1 2测量值测量值理论值误差输入端接地U BQ(V) 1.62 2.62 2.60 0.8% U CQ(V) 8.85 5.93 6.00 1.2% U EQ(V) 1.02 2.00 2.00 0输入信号U i=5mV U S(mV) 5.15 5.15 5.14 0.2% U O(V) 0.322 0.504 0.525 4% U O’ (V)0.656 0.992 1.05 5.5%计算值U BEQ0.6 0.62 0.6 3.3% U CEQ7.83 3.93 4.00 1.8% A u64.4 100.8 105 4% Ri/kΩ 1.6 1.6 1.8 11% R O/kΩ 2.9 3.1 3 3.3%实验结果分析：由测量值与理论值的比较，发现大多数测量值与理论值误差在5%以内，基本吻合； 输入电阻的误差达到了11%由输入电阻 s ii S irU R U U =-通过分析可知误差主要来自于以下几点原因1. 当U s 与U i 差量相当小时，只要r s 测量稍有误差，对于输入电阻的测量影响就会相当大，而实验选用的r s 的误差为5%金环电阻，故对输入电阻的测量影响较大； 2. U s 与U i 均为小信号，交流毫伏表的分度值为0.1mV/div 测量本身就有误差； 3. 计算所得输入电阻为估算得到，亦有一定误差； 4. 三极管本身具有离散性，参数选择上有误差。