1、東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 電子電路實(shí)踐 第 三 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 三極管放大電路設(shè)計(jì) 院 （系）： 吳健雄學(xué)院 專 業(yè)： 電類 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 610111 實(shí) 驗(yàn) 室: 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 年 月 日 評(píng)定成績： 審閱教師： 實(shí)驗(yàn)三 三極管放大電路設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握單級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)、工程估算、安裝和調(diào)試；2. 了解三極管、場效應(yīng)管各項(xiàng)基本器件參數(shù)、工作點(diǎn)、偏置電路、輸入阻抗、輸出阻抗、增益、幅頻特性等的基本概念以及測量方法；3. 了解負(fù)反饋對(duì)放大電路特性的影響。4. 掌握多級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)、工程估算、安裝和調(diào)試；5. 掌握基本的模擬電路的

2、故障檢查和排除方法，深化示波器、穩(wěn)壓電源 、交流毫伏表、函數(shù)發(fā)生器的使用技能訓(xùn)練。二、預(yù)習(xí)思考：1. 器件資料：上網(wǎng)查詢本實(shí)驗(yàn)所用的三極管9013的數(shù)據(jù)手冊，畫出三極管封裝示意圖，標(biāo)出每個(gè)管腳的名稱，將相關(guān)參數(shù)值填入下表：封裝示意圖：參數(shù)符號(hào)參數(shù)值參數(shù)意義及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該如何考慮VCBO Min 45V 集電極-基極擊穿電壓VCEO Min 25V 集電極-發(fā)射極擊穿電壓VEBO Min 5V 發(fā)射極-基極擊穿電壓ICM 500mAhFE下降一半時(shí)的集電極電流稱作ICMhFE 64-300 直流電壓增益VCE(sat) MAX 0.6V 集電極-發(fā)射極飽和壓降VBE MAX 1.4V 基極-發(fā)射極

3、正向電壓fT Min 150MHZ 特征頻率2. 偏置電路：圖3-3中偏置電路的名稱是什么？簡單解釋是如何自動(dòng)調(diào)節(jié)晶體管的電流IC以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定直流工作點(diǎn)的作用的，如果R1、R2取得過大能否再起到穩(wěn)定直流工作點(diǎn)的作用，為什么？答：該偏置電路是分壓偏置電路 在該電路中R1，R2對(duì)電源電壓進(jìn)行了分壓，這就保證了基極電壓穩(wěn)定為：。這樣就為電路提供了穩(wěn)定的工作點(diǎn)。具體來說，就是當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，ICQ增加，電阻RE上的壓降加大，由于UB的固定，所以加到發(fā)射結(jié)上的電壓減小，IBQ減小，從而使ICQ減小，通過這樣的自動(dòng)調(diào)節(jié)就穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。如果R1，R2取值過大，就會(huì)導(dǎo)致流入基極的電流不可忽略，工作點(diǎn)不穩(wěn)定

4、。3. 電壓增益：(I) 對(duì)于一個(gè)低頻電壓放大器，一般希望電壓增益足夠大，根據(jù)您所學(xué)的理論知識(shí)，分析有哪些方法可以提高電壓增益，分析這些方法各自優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出最佳實(shí)現(xiàn)方案。答： 在基本組態(tài)放大電路中，共發(fā)射極放大電路電壓增益高但是高頻特性查；共基極放大電路電壓增益高、高頻特性好但是輸入阻抗低、共集電極放大電路輸出阻抗低，高頻特性好但是電壓增益接近1。所以最好的辦法就是使用組合放大電路。具體怎樣組合，還是要以具體要求而定。 為了提高增益，需要調(diào)節(jié)參數(shù)，以共發(fā)射極電路為例： 共發(fā)射極組態(tài)電路的增益為： 所以可以通過增大RC與RL的方法來增加電路的增益。(II) 實(shí)驗(yàn)中測量電壓增益的時(shí)候用到交流毫伏

5、表，試問能否用萬用表或示波器，為什么？答：不可以。本實(shí)驗(yàn)中的電壓信號(hào)都非常小，大都在5MV左右，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣小的信號(hào)在示波器中很難顯示出來。而對(duì)于萬用表來說，測量的誤差也是非常大。所以用交流毫伏表是最好的選擇。4. 輸入阻抗：1) 放大器的輸入電阻Ri反映了放大器本身消耗輸人信號(hào)源功率的大小，設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為RS，試畫出圖3-3中放大電路的輸入等效電路圖，通過連線回答下面的問題，并做簡單解釋： Ri = RS放大器從信號(hào)源獲取較大電壓Ri RS放大器從信號(hào)源獲取最大功率答：當(dāng)Ri = RS，由于，由電路知識(shí)可知兩電阻相等時(shí)可以獲得最大的功率當(dāng)Ri RS，輸入阻抗較大，此時(shí)分得電壓較大。

6、 輸入等效電路圖如下： 2) 圖3-1是實(shí)際工程中測量放大器輸入阻抗的原理圖，試根據(jù)該圖簡單分析為什么串接電阻RS的取值不能太大也不能太小。 圖3-1 放大器輸入阻抗測量原理圖 答：若Rs太小，則UsUi，若Rs太大，則Ui會(huì)很小。所以為了保證器件的直流工作點(diǎn)，保證器件正常工作，所以Rs不能太大也不能太小。3) 對(duì)于小信號(hào)放大器來說一般希望輸入阻抗足夠高，根據(jù)您所學(xué)的理論知識(shí)，分析有哪些方法可以提高圖3-3中放大電路的輸入阻抗。答： 對(duì)于不同組態(tài)的放大電路提高輸入阻抗的方法各有不同 對(duì)于3-3圖中的共發(fā)射極放大電路來說，輸入阻抗的表達(dá)式為： 由于rbe是改變不了的，所以可以適當(dāng)提高R1與R2的

7、阻值。 另外，加入電壓跟隨器也是不錯(cuò)的選擇。5. 輸出阻抗：1) 放大器輸出電阻RO的大小反映了它帶負(fù)載的能力，試分析圖3-3中放大電路的輸出阻抗受那些參數(shù)的影響，設(shè)負(fù)載為RL，畫出輸出等效電路圖，通過連線回答下面的問題，并做簡單解釋。 RO = RL負(fù)載從放大器獲取較大電壓 RO RL負(fù)載從放大器獲取最大功率答：RO = RL，由于，由電路知識(shí)可知兩電阻相等時(shí)可以獲得最大的功率。RO RL，輸出阻抗較大，此時(shí)分得電壓較大。 輸出等效電路圖與第四題中的等效電路圖是類似。2) 圖3-2是實(shí)際工程中測量放大器輸出阻抗的原理圖，試根據(jù)該圖簡單分析為什么電阻RL的取值不能太大也不能太小。圖3-2 放大

8、器輸出阻抗測量原理圖答： 所以要保證輸出電流與輸出電壓都不能太小，所以負(fù)載電阻不能太大也不能太小。3) 對(duì)于小信號(hào)電壓放大器來說一般希望輸出阻抗足夠小，根據(jù)您所學(xué)的理論知識(shí)，分析有哪些方法可以減小圖3-3中放大電路的輸出阻抗。答： 3-3中的放大電路是共發(fā)射極放大電路。其輸出電阻是RC。所以要減小電路的輸出阻抗，減小RC即可。6. 計(jì)算圖3-3中各元件參數(shù)的理論值，其中已知：VCC=12V，Ui=5mV，RL=3K，RS=1K， T為9013指標(biāo)要求：Au50，Ri1 K，RO3K，fL100kHz（建議IC取2mA）用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果填寫在預(yù)習(xí)報(bào)告中。注：在老

9、師給的題目中Rs取50，而這里Rs是1k，所以不明白應(yīng)當(dāng)取哪一個(gè)值，于是在仿真與實(shí)驗(yàn)中取的是501) 仿真原理圖2) 參數(shù)選擇計(jì)算 ，又， 其中IE取2mA，所以rbe約為1.5K，這樣只要RB1k，那么就可以滿足Ri1k R0=RC,所以要符合RO100，Ri1 K，RO100，Ri1M，RO100。寫出具體設(shè)計(jì)過程，計(jì)算電路參數(shù)以及Au、Ri和RO 的理論值。設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在放大器輸入端輸入頻率為f=1kHz的正弦信號(hào)，調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出電壓US 使Ui=5mV，用示波器雙蹤顯示Ui、Uo的波形，在輸出波形不失真的情況下，記錄波形，測量US、UO和UO（負(fù)載開路時(shí)輸出電壓）并計(jì)入表3-

10、4中。根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算放大器的Au、Ri、Ro，與理論值比較。表3-4 多級(jí)放大器技術(shù)指標(biāo)測量測量值理論值誤差輸入信號(hào)Ui=5mVUS(mV)5.065.040.39%UO1(mV) 5.87.421.6%UO2(V)0.6260.8828.7%UO(V)0.6240.8324.8%UO (V)0.6240.83825.5%計(jì)算值A(chǔ)u124.817628.9%Ri/k833116024.4%RO/k096.3100%（1） 設(shè)計(jì)過程首先，對(duì)于多級(jí)放大電路來說，耦合方式有組織容耦合、變壓器耦合、直接耦合三種方式，其中阻容耦合有著保持各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)，所以在設(shè)計(jì)中采用了這一方式。其次，

11、題目中要求輸入阻抗大于1M。此多級(jí)放大電路第一級(jí)是共源放大電路，其輸入電阻為： 所以為了達(dá)到這個(gè)要求，直接講RG接為1M歐。然后，要求輸出電阻小于100歐。最后一級(jí)是共集電極放大電路，其輸出電阻的計(jì)算式為： 其中rs應(yīng)當(dāng)為前一級(jí)，即共發(fā)射極放大電路的輸出電阻。由此湊出了96.3歐的輸出電阻。 然后，就是增益了。題目中要求增益大于100，而共集電極放大電路的增益幾乎為1，共源放大電路的增益也不大，所以主要靠共發(fā)射極放大電路來提高增益。對(duì)于共發(fā)射極放大電路，增益的表達(dá)式為： 其中 由此湊出了176的增益。 這樣，就完成了電路的設(shè)計(jì)。但是，在實(shí)際調(diào)試過程中，遇到了波形失真，增益不夠等等各種各樣的問題

12、，所以會(huì)實(shí)時(shí)地調(diào)整電路的參數(shù)，讓電路符合題目要求。所以，實(shí)際使用的電路與設(shè)計(jì)好的電路是有一些不同的，這也是實(shí)際值與理論值有一定差距的原因之一。 （2）雙蹤顯示輸入輸出波形圖：輸出輸入（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析： 可以說，從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來看，是非常不盡如人意的。單單看放大器的輸出，無論是從增益來說還是從波形來說還是從輸入、輸出電阻來說都是比較出色的，都是很好的達(dá)到了題目的要求的，但是壞就壞在與理論值的誤差上。 這里的誤差其實(shí)是有原因可循的，分析主要有以下幾點(diǎn)：1. 第一點(diǎn)也是最主要的一點(diǎn)就是實(shí)際電路與設(shè)計(jì)電路的不同。由于在實(shí)際調(diào)試過程中設(shè)計(jì)的電路無論是增益還是波形都打不到要求，而且極其不穩(wěn)定。所以就直接在

13、實(shí)際搭接的電路上進(jìn)行調(diào)試。到了最終驗(yàn)收時(shí)，整個(gè)電路已經(jīng)有了不小的改動(dòng)。但是，驗(yàn)收完畢后就立即拆除了電路，而忘記記錄最終版本的電路參數(shù)，所以就造成了實(shí)際測量與理論值計(jì)算的電路不是一個(gè)電路，這很顯然會(huì)使得實(shí)測數(shù)據(jù)與理論值數(shù)據(jù)之間的誤差。（對(duì)于這個(gè)失誤，在此向老師道歉，請求諒解）。2. 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，誤差主要來源于第一級(jí)放大，后面兩級(jí)是比較準(zhǔn)確的。第一級(jí)的放大沒有能夠達(dá)到理想的增益。對(duì)于電路本身，有誤差也是在所難免的。比如靜態(tài)工作點(diǎn)的不穩(wěn)定，比如值的誤差等等都會(huì)造成測量的誤差。3. 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，誤差主要來源于第一級(jí)放大，后面兩級(jí)是比較準(zhǔn)確的。第一級(jí)的放大沒有能夠達(dá)到理想的增益。4. 對(duì)

14、于輸出電阻測量的巨大誤差，應(yīng)當(dāng)歸結(jié)于儀器的精度。由于輸出電阻相對(duì)于負(fù)載是非常小的，所以有負(fù)載與沒負(fù)載的情況下輸出電壓的差值是非常小的。而測量時(shí)是用示波器進(jìn)行測量的，示波器對(duì)于小信號(hào)的測量本身就存在一定的誤差，這就造成了有負(fù)載與沒負(fù)載的情況下輸出電壓的測量值是相同的，于是測得的輸出電阻為0。（4）總結(jié)多級(jí)放大器的設(shè)計(jì)方法 經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)多級(jí)放大器的設(shè)計(jì)方法：1. 設(shè)計(jì)放大器時(shí)，首先要選擇耦合的方式：阻容耦合可以使各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立；變壓器耦合不僅可以使各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，也能夠使后級(jí)負(fù)載得到最大功率；直接耦合可以使電路簡單。所以要根據(jù)具體的電路功能要求來選擇耦合方式。2. 其次，是選擇各種組態(tài)的放大電路。在基本組態(tài)放大電路中，共發(fā)射極放大電路電壓增益高但是高頻特性查；共基極放大電路電壓增益高、高頻特性好但是輸入阻抗低、共集電極放大電路輸出阻抗低，高頻特性好但是電壓增益接近1。所以在設(shè)計(jì)組合放大電路時(shí)，要根據(jù)具體的電路功能要求來組合不同組態(tài)的放大電路，發(fā)揮每一種電路的長處。 2）采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，分析負(fù)反饋對(duì)輸入電阻、輸出電阻及放大倍數(shù)的影響。無反饋負(fù)反饋輸入信號(hào)Ui=5mVUS(mV)5.175.1UO1(mV) 5.8mv1.17UO2(V)0.6