分壓式偏置放大電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)及分析研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

摘

要：放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)研究是模擬電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以配合理論學(xué)習(xí)，能夠?yàn)楹罄m(xù)模擬電路的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。文章討論了分壓式偏置放大電路的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，詳細(xì)分析了電路參數(shù)改變對(duì)電路性能的影響，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：放大電路;實(shí)驗(yàn)教學(xué);設(shè)計(jì)與分析

1.背景及意義

電工電子實(shí)驗(yàn)作為電工電子技術(shù)的重要組成部分，能夠培養(yǎng)學(xué)生理論運(yùn)用、實(shí)踐動(dòng)手和綜合分析能力。研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，合理的構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行有效的教學(xué)引導(dǎo)，有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)理論建立直觀認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、鞏固理論知識(shí)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)教師而言，掌握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、教學(xué)和分析方法，便于理順教學(xué)思路、梳理重難點(diǎn)，便于根據(jù)學(xué)情合理的調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，便于預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及其解決方案，從而提高教學(xué)質(zhì)量。分壓式偏置放大電路具有較為穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，在多級(jí)放大電路通常作為中間級(jí)，此電路在放大電路的理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中都具有典型性。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)思路

為達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，按照循序漸進(jìn)、由簡(jiǎn)到難的原則，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)，主要分為以下三個(gè)部分：

2.1元器件的測(cè)試

利用萬(wàn)用表核驗(yàn)元器件的好壞及其精準(zhǔn)度。發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)告，采取更換設(shè)備或者現(xiàn)場(chǎng)維修等方式進(jìn)行處理。過(guò)程中，要提示學(xué)生要注意萬(wàn)用表的檔位切換。

2.2靜態(tài)分析與測(cè)量

理論學(xué)習(xí)中，分壓式偏置放大電路的靜態(tài)分析，是已知電路工作在放大狀態(tài)，并已知晶體管放大倍數(shù)β的情況下展開的。而實(shí)驗(yàn)中，與理論學(xué)習(xí)有所區(qū)別，主要原因就是需要判斷電路是否工作在放大狀態(tài)，β值也需要測(cè)算。為使電路工作在放大狀態(tài)，需要先進(jìn)行估算，確定范圍，而后調(diào)節(jié)電位器，使得電路符合放大要求。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)時(shí)需要講清此區(qū)別。

2.2.1晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)的確定方法

通過(guò)晶體管放大電路的輸出特性曲線（交流負(fù)載線與直流負(fù)載線），可以分析出，當(dāng)左右時(shí)，放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)處在比較理想的放大狀態(tài)，不容易出現(xiàn)失真。據(jù)此，可估算出集電極電流與發(fā)射極電流：

2.3動(dòng)態(tài)分析與測(cè)量方法

重點(diǎn)分析改變參數(shù)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響。按上圖接線，R1、R2為分壓衰減電路（衰減100倍）。

2.3.1靜態(tài)工作點(diǎn)不變情況下電路的分析方法

電路中，是否接入旁路電容CE，是否接入負(fù)載，對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)是無(wú)影響的，但會(huì)影響到動(dòng)態(tài)指標(biāo)。輸入信號(hào)幅值增大，對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)也無(wú)影響，但是可能會(huì)出現(xiàn)非線性失真。

①電路中接入旁路電容CE（與RE并聯(lián)，圖中未標(biāo)出）和負(fù)載。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的幅值到合適位置（0.5V～1.2V），確保電路處在良好放大狀態(tài)，測(cè)量此狀態(tài)下的Vi和VO，從而計(jì)算出。將實(shí)測(cè)計(jì)算值與理論估算值，進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。而后斷開負(fù)載，重復(fù)上述過(guò)程。此時(shí)理論估算值變?yōu)?。通過(guò)分析對(duì)比，可得結(jié)論：不帶負(fù)載時(shí)電壓放大倍數(shù)要比帶負(fù)載時(shí)大。

②輸入信號(hào)不變，斷開旁路電容CE，不接負(fù)載。測(cè)量Vi和VO，并計(jì)算出，此時(shí)放大倍數(shù)理論值為，進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。將步驟②與步驟①數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，可得結(jié)論：不帶旁路電容時(shí)電壓放大倍數(shù)要比帶旁路電容時(shí)小。

③保持電路不變，調(diào)大信號(hào)發(fā)生器的幅值，直至觀察到輸出波形出現(xiàn)截止失真（削頂）與飽和效果（削底）。此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)處在適中位置，但由于輸入信號(hào)幅值過(guò)大，導(dǎo)致交流電壓負(fù)半軸與直流電壓疊加后，uBE小于死區(qū)電壓，發(fā)射結(jié)反偏，晶體管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，放大電路截止失真，輸出波形上半周失真;同理，交流電壓正半軸與直流電壓疊加后，放大電路飽和失真，輸出波形的下半周失真?？傻媒Y(jié)論：輸入信號(hào)幅值過(guò)大，可引起非線性失真。

2.3.2靜態(tài)工作點(diǎn)改變情況下電路的分析方法

改變，都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的改變，甚至可使得電路因靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)低進(jìn)入截止，或者靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)高進(jìn)入飽和狀態(tài)。在圖1基礎(chǔ)上接入旁路電容，不接負(fù)載，改變電位器Rp，觀察輸出波形情況。可觀察到Rp過(guò)大時(shí)，出現(xiàn)截止失真;Rp過(guò)小時(shí)，出現(xiàn)飽和失真?？傻媒Y(jié)論：Rp增大，靜態(tài)工作點(diǎn)下移;Rp減小，靜態(tài)工作點(diǎn)上移。

②電路不變，調(diào)節(jié)Rp使得VE=3V，而后同時(shí)改變射極電阻、集電極電阻，確保，測(cè)算出此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)與電壓放大倍數(shù)，并與2.3.1步驟①中相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)比?？傻媒Y(jié)論：當(dāng)、均增大時(shí)，集電極電流減小，靜態(tài)工作點(diǎn)下移，由于增加而減小，而增大，故電壓放大倍數(shù)將會(huì)減小。相反、同時(shí)減小時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)上移，電壓放大倍數(shù)增加。但，、過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電路進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致電路進(jìn)入飽和狀態(tài)。

3.結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教師要不斷理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵