电工学实验材料

实验二 单管电压放大电路

【实验目的】

1. 掌握单管电压放大电路静态工作点、电压放大倍数的测量方法;

2. 观察放大器产生失真的各种现象，并学会解决的方法;

3. 进一步掌握双踪示波器、函数信号发生器、晶体管毫伏表、数字万用表的使用。

【相关知识要点】

1. 单管电压放大器是众多电子设备最基本的组成部分。对一个电压放大器的基本要求是，除了希望得到一定大小的电压放大倍数外，还要求放大后的波形不失真。放大器的作用是使其输出的能量按照输入信号变化的规律而变化。输出的能量来自于直流电源，放大器本身并不能将输入信号的能量放大。

2. 单管电压放大器的放大倍数A u 由下式决定:

be

L i o u r R u u A '

-==β (2.3.1)

式中 L

R '＝C R ∥L R (2.3.2) )

()

(26)

1(200mA I mV r E be β++= (2.3.3)

由式(2.3.1)可知,u A 与L

R '成正比,空载时L R ＝∞, L R '＝C R 为最大值,故u A 最大。带负载后,较C R 小,u A 也随之减小,L R 愈小,u A 也愈小。

由式（2.3.3）可知，当β值足够大时，

)

()(26)

1(mA I mV E β+》200Ω

)()

(26mA I mV R A E L

u '≈

(2.3.4)

由此式可知，此时u A 近似与β值无关，静态电流E I 的大小对放大倍数却有很大影响。 3.由于晶体管是一个非线性元件,如果静态电流设置过低,易产生截止失真。反之,如果静态电流设置过高,则易产生饱和失真。只有当静态工作点设置得合适,使之工作在其特性曲线的线性区时,才不容易产生非线性失真。为此,必须

给放大器选择合适的静态工作点。

对于小信号放大电路来说,由于输出交流信号的幅度很小,静态工作点可以有较大的变化范围,只要保证输出信号不失真就可以了。这时如果希望减小管子的功耗和噪声,静态电流可以选小一些,如果希望提高电压放大倍数,则静态

电流可适当增大一些。

若输入信号幅度较大，由于晶体管特性的非线性（主要是晶体管输入特性的非线性），输出电压波形将有一定程度的失真。图2.3.1示出了由于输入特性的非线性引起失真的情况。

图2.3.1 输入特性非线性引起的失真

本实验采用图2.3.2所示的分压式偏置放大电路(电阻R s 、R F 本次实验不用),改变R P 之值,即可调节静态工作点。电路板上的R 1、R 2网络使输入电路与信号源匹配并可以有效地削弱由输入端引线引入的干扰信号，使放大器能正常工作。

u 0

+

图2.3.2 单管电压放大电路板

【预习与思考】

1. 图

2.

3.2中，发射极的旁路电容C E 所起的作用是什么?

2. 什么叫静态工作点? 测量时应注意什么问题? 测量放大器静态工作点应该用交流电表还是直流电表?

3. 输出波形不失真的条件是什么?

4. 在本实验中,如在示波器上观察到如图2.3.3所示的波形, 哪种波形是截止失 真?哪种波形是饱和失真?各自应如何调节R P 才能使之不失真?

(a)

(b)

图2.3.3 失真波形图

5. 输入信号频率的取值范围对输出信号有何影响?

6. 测量u i 、u o 时，应使用晶体管毫伏表还是数字万用表的交流档? 为什么?

7. 放大器的电压放大倍数与哪些因素有关?

【注意事项】

1. 为了防止短路及避免引入干扰信号，接线时应注意将各仪器的接地端及实验电路的接地端连接

在一起。

2. 晶体管毫伏表在使用之前应预热并调零，晶体管毫伏表在低量程时（小于100mV），如果测试笔开路，外界干扰信号将使指针大幅度偏转，甚至打弯。因此，在暂时不使用时应将量程开关置于大于3V处，待测试端接入电路后，再切换到合适的量程。

3. 测量静态工作点时应断开输入信号。

【实验内容】

1. 仪器的准备及实验电路的连接

各仪器置于待用状态：毫伏表调零；示波器调出双路扫描线；函数信号发生器由“50Ω”处输出（暂不接入电路），输出波形选“正弦波”, 频率调节到1kHz~100kHz范围,“输出幅度衰减”按下“20dB”键, 逆时针调节输出调节旋钮“AMPL”,使输出为零。

按图2.3.2所示，将发射极与旁路电容C E连接，直流稳压电源12V接入电路。

2. 测量不失真无负载时的静态工作点及放大倍数

(1) 调节静态工作点：适当调节R

P ,使晶体管集电极电压U

C

＝5.5-6V左右，并测量出U B、U E记

入表2.3.1第一栏中。

(2) 将函数信号发生器的输出信号接入电路，调节函数信号发生器“AMPL”输出调节旋钮使u i=10mV，用双踪示波器同时观察输入、输出波形及其相位关系，将波形记入表2.3.1中。用毫伏表测量输出电压u o,将结果记入表2.3.2中。

3. 观察负载电阻R

L

对放大倍数的影响

将R

L

接入放大器输出端，保持u i=10mV，再测一次u o,将数据也记入表2.3.2中。

4. 观察信号过大产生的失真

保持U c 不变,逐渐增大输入信号u s,直到输出波形同时出现饱和与截止失真。将输出波形记入表2.3.1中。（断开输入信号）测量静态工作点记入表2.3.1第二栏中。

5. 观察静态工作点改变对输出波形的影响

(1)逐浙减小u s,待输出波形无失真时,减小R B1(R P右旋),观察饱和失真波形,将此波形及此时的静态工作点记入表2.3.1第三栏中。

(2)增大R B1(R P左旋),观察截止失真波形(由于晶体管特性曲线起始段非线性,在小信号放大范围内将看不到削顶,只是波形正半周变钝,此时可增大输入信号,使之出现削顶波形),将此失真波形及此时的静态工作点记入表2.3.1第四栏中。

【实验报告要求】

1. 整理实验数据,计算放大器不失真时的静态工作点及电压放大倍数。

2. 说明负载电阻对电压放大倍数A u的影响。影响A u的因素还有哪些?

3. 说明输出产生失真各种原因及现象，应如何解决?

【扩展实验】

1. 观察发射极交流旁路电容对电压放大倍数的影响

断开发射极交流旁路电容C E，测量输出电压，与接有电容C E时的输出电压值进行比较，说明发射极交流旁路电容对电压放大倍数有何影响?

2.放大器频率特性的测量

放大器频率特性反映了放大器对不同频率输入信号的放大能力。在某一频率范围内，电压放大倍数A u与频率无关，随着频率的降低或增高，电压放大倍数要减小，当A u下降为中频放大倍数的0.707倍时对应的频率分别称为下限截止频率和（f L）和上限截止频率（f H），并定义通频带f bw为：f bw =f H - f L。

测量方法：调节R P,使U

＝5.5-6V，逐渐增大函数信号发生器的输出电压,直至u i=10mV，即要保持

C

输入信号的幅度不变且输出波形不失真时，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，寻找中频范围。

3. 负反馈对通频带的影响

将输出端接至R F的悬空端即构成电压并联负反馈电路，按上述步骤再测频率特性，比较有何区别?

4. 观察负反馈对非线性失真的改善

取f＝1kHz，U c＝5.5~6V，断开R L与R F，逐渐增大输入信号电压。使输出信号波形出现正、负半周不对称但未发生“削顶”现象时，描下此波形并测量输出电压之值。然后引入电压并联负反馈, 增大信号电压, 保持输出电压值不变。观察此时输出信号波形的不对称程度是否有所改善。