电路与电子学基础 基本放大电路 实验报告

《电路与电子学基础》实验报告
实验名称基本放大电路电路
班级
学号
姓名
实验5 基本放大电路电路
实验5.1 NPN三极管分压偏置电路
一、实验目的
1.测量NPN管分压偏置电路的静态工作点。

2.估算电路的基极偏压Vb，并比较测量值与计算值。

3.估算发射极电流Ie和集电极电流Ic，并比较测量值与计算值。

4.估算集－射电压Vce，并比较测量值与计算值。

5.根据电流读数估算直流电流放大系数β。

6.测试分压偏置电路的稳定性。

二、实验器材
2N3904 NPN三极管 1个
20V直流电源 1个
直流电压表 2个
0～10mA直流电流表 2个
0～50µA直流电流表 1个
电阻 660Ω 1个
2KΩ 2个
10KΩ 1个
三、实验准备
NPN管分压式偏置电路如图5-1所示。

在晶体管的输出特性曲线上，直流负载线与横轴的交点为集电极电流等于零时的集－射电压Vceo=Vcc，与纵轴的交点为集－射电压等于零时的集电极电流Ico＝Vcc/(Rc+Re)。

图5-1 分压式偏置电路
放大器的静态工作点Q一般位于直流负载线的中点附近，由静态集电极电流Icq和静态集－射电压Vceq确定。

当流过上偏流电阻R1和下偏流电阻R2的电流远远大于基极电流时，基极偏压Vb由R2和R1的分压比确定
Vb＝R2Vcc/(R1+R2)
发射极电流Ie可用发射极电压Ve 除以发射极电阻Re求出，而Ve=Vb－Vbe,所以
Ie=(V b-V be)/R e
静态电集电极Icq近似等于发射极电流Ie
I cq=I e-I b≈I e
静态集－射电压Vceq可用克希霍夫电压定律计算，因此
Vcc=IcRc+Vceq+IeRe
因为Icq=Ie,所以
V ceq≈V cc-I cq(Rc+Re)
晶体管的直流电流放大系数β可用静态集电极电流与基极电流之比来计算
β＝I cq/I bq
四、实验步骤
1.在EWB平台上建立如图5-1所示的分压式偏置电路。

单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。

2.记录集电极电流Icq，发射极电流Ie，基极电流Ibq，集－射电压Vceq和基极电压Vb的测量值。

Icq=3.828mA
Ie=3.847mA
Ibq=18.88uA
Vceq=9.806V
Vb=3.296V
3.估算基极偏压Vb,并比较计算值与测量值。

Vb=R2Vcc/(R1+R2)=3.333V 近似相等
4.取Vbe的近似值为0.7V，估算发射极电流Ie和集电极电流Icq，并比较计算值和测量值。

Ie=（Vb-Vbe）/Re=(3.33-0.7)/0.66=3.989mA
测量值：Ie=3.847mA
近似相等
Icq=Ie*β/(β+1)=3.969mA
测量值：Icq=3.828mA
近似相等
5.由Icq估算集－射电压Vceq，并比较计算值和测量值。

Vceq=Vcc-Icq（Rc+Re）=10V
测量值 Vceq=9.806V
近似相等
6.由Icq和I bq估算电流放大系数β。

β=Icq/Ibq=202.75
7.单击晶体管T，下拉电路菜单CiRcuit选择模式命令Model，选中晶体管2N3904。

在出现的晶体管模式对话框中单击编辑按钮Edit，则可显示2N3904的参数表。

将表中的FoRwaRd CuRRent Gain Coefficient，即β，从原来的204改为100，然后单击接受按钮Accept，以便测试晶体管参数变化对分压式电路工作点的影响。

单击仿真电源开关，进行动态分析。

记录集电极电流Ic,基极电流Ib,和集-射电压Vce。

Ic=3.764mA
Ib=37.11uA
Vce=9.96V
8．比较Ic,I b和V ce的新旧值，分析β值变化对静态工作点的影响。

β值的减小
略微改变了静态工作点。

9．将β值改为原来的204，单击“接受”。

五、思考与分析
1．静态工作点设在直流负载线的中点附近有何好处？
能够具有较好的放大效果 减少失真。

2．静态工作点的估算值与测量值比较情况如何？
近似相等。

3．当晶体管的β值发生变化时，分压式偏置电路的静态工作点能稳定吗？
能够起到较好的稳定作用。

此题中，β变化了51%
但是，静态工作点只改变了1.57%
实验5.2 射极跟随器
一、实验目的
1．测量共极放大器(射极跟随器)基极和发射极的直流电压，并比较测量值与计算值。

2．测量射极跟随器的静态工作点在直流负载线上的位置。

3．测量射极跟随器的电压增益，并比较测量值与计算值。

4．测量射极跟随器的输入电阻，并比较测量值与计算值。

5．测量射极跟随器的输出电阻。

6．观察射极跟随起输出与输入电压波形之间的相位差。

二、实验器材
2N3904 NPN 三极管 1个 10V 直流电源 1个 电容器：1µF 1个，100µF 1个 示波器 1台 信号发生器 1台 数字万用表 1个 电阻：500Ω 1个，5k Ω 1个，10k Ω 1个， 20k Ω 2个，50k Ω 1个
三、实验准备
射集跟随器(共集放大电路)如图5-2所示，在三极管的输出特性中直流负载线与横轴的交点为集－射电压Vce 等于Vcc ，而与纵轴的交点为Vce 等于零时的集电极电流
E
CC
CO R V I
工作点Q 位于直流负载线上，由静态时的集电极电流Icq 和集－射电压Vceq 来确定。

共集放大电路的基极偏压Vb 可通过上下偏流电阻的分压比来计算。

当βR E >>R1时，
2
11R R V R V CC
b +=
发射集电流
E
e E be b e R V R V V I =-=
集电极电流
e b e c I I I I ≈-=
电压增益Av 为输出电压峰值Vop 与输入电压峰值Vip 之比
ip
op v V V A =
对于电压跟随器，电压增益可用下式计算
()()'
'11L
be L
v R r R A ββ+++= 其中：等效交流负载 L
E L R R R //'
= 三极管输入电阻 ()eq
be I r /261300β
++≈ 电压跟随器的输入电阻
()[]
'
211////L
be i R r R R R β++= 四、实验步骤
1．在电子工作平台上建立如图5-2所示的射集跟随器实验电路，信号发生器，数字万
用表和示波器按图设置。

2．单击仿真开关运行动态分析。

双击万用表图标，调出仪器虚拟面板，记录基极偏压V bq ，将万用表的测试杆移到节点V e ，测量并记录射集偏压V eq ,然后将测试杆移回到节点V b 。

Vbq=10.00V
Veq=9.4363V
3．根据R 1,R 2和电压值Vcc ，计算静态基极偏压V bq 。

2
11R R V R V CC
b +=
=20*20/（20+20）=10V
4．设V be 为0.7V ，估算静态射集偏压V eq 和电流I eq 。

Veq=Vb-Vbe=9.3V Ieq=Veq/Re=14.1mA
5．估算静态工作点Q ，即I bq ,I cq 和V ceq 。

Icq=Veq/Re=14.1mA Ibq=Icq/β=0.07mA Vceq=20-Icq*660=10.7V
6．将万用表的虚拟面板缩成图标，以免挡住示波器屏幕。

单击仿真开关进行动态分析。

记录峰值输入电压Vip 和输出电压Vop 并记录输出和输入波形之间的相位差。

图5-2 射极跟随器7．根据步骤6的读数计算射集跟随器的电压增益Av。

Av=979.5566/993.9610=0.9855
8．计算三极管的输入电阻Rbe和等效交流负载电阻RL，并计算射极跟随器的电压增益Av。

Rbe=300+（1+β）26/Ieq=4.006KΩ
RL=Re//Rl=500*660/(500+660)=284.5Ω
Av=（1+β）Rl/Rbe+(1+β)Rl=201*284.5/4006+201*284.5=0.935
9．在节点Vi和电容C1之间插入一个10kΩ的电阻。

将示波器的探头移到Vb节点。

单击仿真电源开关进行动态分析。

记录输入电压峰值Vip和基极电压峰值Vbp，必要时可调整示波器。

Vip=44.6159mV
Vbp=44.0987mV
10．根据步骤9的读数，计算输入电流峰值Iip，并用Vbp和Iip计算射极跟随器的输入电阻Ri。

Iip=Vbp/Rl’=1.6mA
Ri=Vbp*1.414/Iip=14KΩ
11．设电流放大系数β为200，计算三极管的输入电阻Rbe，并结合偏置电阻R1和R2计算射极跟随器的输入电阻Ri。

Rbe=R1//R2//R3*(1+β)+10=19.296kΩ
12．撤除插入的10kΩ电阻，并接入短路线，将电路恢复原貌。

把示波器探头移到输出端V0，并将负载电阻RL改为50kΩ。

单击仿真开关再次运行动态分析。

记录输出电压峰值Vop。

然后逐步减小RL的阻值，直至输出电压峰值降低到原先RL为50kΩ时的一半，则这时的RL值就等于射极跟随器的输出电阻R0。

Ro=Rl=3.5Ω
五、思考与分析
1．基极偏压V bq的测量值与计算值比较，情况如何？近似相等。

2．射极偏压V eq的测量值与计算值比较，情况如何？
近似相等。

3．静态工作点Q在直流负载线的中部附近吗？
基本可以认为在其中部。

4．射极跟随器电压增益Av的测量值与计算值比较，情况如何？Av大于1吗？
近似相等。

略小于1.
5．射极跟随器输入电阻Ri的测量值与计算值比较，情况如何？这个输入电阻是较大还是较小？
近似相等。

较大的。

6．实验测出的射极跟随器的输出电阻，是较大还是较小?
较小的。

7．射极跟随器输出与输入电压波形的相位差怎样？输出与输入电压是同相还是反相？
相位差为0度。

同相的。

8．射极跟随器在交流输入和输出电阻方面有何优点？这种电路的主要用途是什么？
较大的输入电阻。

较小的输出电阻。

放大电路的第一级或者最后一级。