2022年模拟电路实验——三极管放大电路 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 模拟试验三 三极管及其放大电路一试验目的1对晶体三极管 3DG6 、 9013、场效应管 3DJ6G进行实物识别,明白它们的命名方法和主要技术指标；2学习用数字万用表、模拟万用表对三极管进行测试的方法；3用图 3-10 供应的电路,对三极管的 值进行测试；4学习共射、共集电极*、共基极放大电路静态工作点的测量与调整,以及参数选取方法,讨论静态工作点对放大电路动态性能的影响；5学习放大电路动态参数电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压的测量方法；6. 调剂 CE 电路相关参数,用示波器观测输出波形,对饱和失真和截止失真的情形进行讨论；7用 Multisim 软件完成对共射极、共集电极、共基极放大电路性能的分析,学习放大电路静态工作点的测试及调整方法,观看测定电路参数变化对放大电路的静态工作点、电压放大倍数及输出电压波形的影响；加深对共射极、共集电极、共基极基本放大电路放大特性的懂得；二学问要点1半导体三极管半导体三极管是组成放大电路的核心器件,是集成电路的组成元件,在电路中主要用于电流放大、开关掌握或与其他元器件组成特别电路等；半导体三极管的种类较多,按制造材料不同有硅管、锗管、 砷化镓管、 磷化镓管等； 按极性不同有NPN型和 PNP 型；按工作频率不同有低频管、高频管及超高频管等；按用途不同有一般管、高频管、开关管、复合管等；其功耗大于 1W 的属于大功率管,小于 1W 的属于小功率管；半导体三极管的参数主要有电流放大倍数 、极间反向电流 I CEO、极限参数如最高工作电压 VCEM、集电极最大工作电流 ICM 、最高结温 TjM 、集电极最大功耗 PCM以及频率特性参数等；有关三极管命名、类型以及参数等可查阅相关器件手册；下面给出几种常用三极管的参数举例如表 3-01 所示：表 3-01 几种常用三极管的参数参数PCMmW I CMmAVBRCBOVI CBO AhFEfTMHz极性3DG100D 100 20 40 1 4 150 NPN 3DG200A 100 20 15 25270 NPN CS9013H 400 500 25 144 NPN CS9012H 600 500 25 PDMmW144 150 PNP 参数VPVI DSSgmmA/VrGS fM3DJ6G -9 1 100 10830 N 沟道2半导体三极管的识别与检测半导体三极管的类型有NPN 型和 PNP 型两种；可依据管子外壳标注的型号来判别是NPN 型,仍是 PNP型；在半导体三极管型号命名中,其次部分字母A、C 表示 PNP 型管； B、D 表示 NPN 型管；而 A 、B 表示锗材料； C、D 表示硅材料； 另外,目前市场上广泛使用的 90119018 系列高频小功率 9012、9015 为 PNP 型,其余为 NPN 型；半导体三极管的型号和命名方法,与半导体二极管的型号及命名方法相同,详见康华 光第四版 P44 页附录或者参考有关手册；1三极管的电极和类型判别 1 直观辨识法；半导体三极管有基极B 、集电极 C和发射极 E三个电极,如图3-11 所示,常用三极管电极排列有E-B-C 、B-C-E 、C-B-E 、 E-C-B 等多种形式；1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 特点辨识法； 如图 3-01 所示,有些三极管用结构特点标识来表示某一电极；如高频小功率管3DGl2 、3DG6 的外壳有一小凸起标识,该凸起标识旁引脚为发射极；金属封装低频大功率管 3DD301 、3AD6C 的外壳为集电极等；图 3-11 三极管结构特点标识极性3 万用表欧姆档判别法如图 3-12 所示,选用指针式万用表欧姆档 R× lk 档；第一判定基极 b 方法：用万用表黑表笔碰触某一极,再用红表笔依次碰触另外两个电极,并测得两电极间阻值；假设两次测得电阻均很小 为 PN 结正向电阻值 ,就黑表笔对应为基极且此管为 NPN 型；或者两次测得电阻值均很大 为 PN 结反向电阻值 ,但交换表笔后再用黑笔去碰触另两极,也测量两次,假设两次阻值也很小,就原黑表笔对应为管子基极,且此管为PNP 型；留意：指针式万用表欧姆档时,黑表笔就为正极,红表笔为负极；这与ab数字式万用表不同；图 3-12 万用表欧姆档判别法其次,判别集电极和发射极；其基本原理是把三极管接成基本放大电路,利用测量管子的电流放大倍数值 的大小,来判定集电极和发射极；以 NPN 管为例说明,如图 3-12b 所示,基极确定后,不管基极,用万用表两表笔分别接另两电极,用100k 的电阻一端接基极,电阻的另一端接万用表黑表笔,假设表针偏转角度较大,就黑表笔对应为集电极,红表笔对应为发射极；也可用手捏住基极与黑表笔但不能使两者相碰,以人体电阻代替l00k 电阻的作用 对于 PNP 型,手捏红表笔与基极；上面这种方法,实质上是把三极管接成了正向偏置状态,假设极性正确,就集电极有较大电流；2硅管、锗管的判别 依据硅材料 PN 结正向电阻较锗材料大的特点,可用万用表欧姆 R× 1k 档测定,假设测得 PN 结正向阻值约为 3l0k ,就为硅材料管；假设测得正向阻值约为 50 1k ,就为锗材料管；或测量发射结 集电结 反向电阻值,假设测得反向阻值约为 500k ,就为硅材料管；假设测得反向阻值约为 100k ,就为锗材料管；3三极管场效应管放大电路共射极放大电路既有电流放大作用,又有电压放大作用,故常用于小信号的放大；转变电路的静态工2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 作点,可调剂电路的电压放大倍数；而电路工作点的调整,主要是通过转变电路参数 Rb、Rc来实现； 负载电阻 RL 的变化不影响电路的静态工作点,只转变电路的电压放大倍数；该电路信号从基极输入,从集电极输出；输入电阻与相同材料的二极管正向偏置电阻相当,输出电阻较高,适用于多级放大电路的中间级；共集电极放大电路信号由晶体管基极输入,发射极输出； 由于其电压放大倍数Av 接近于 l,输出电压具有随输入电压变化的特性,故又称为射极跟随器；该电路输入电阻高,输出电阻低,适用于多级放大电路 的输入级、输出级,仍可以作为中间阻抗变换级；共基极放大电路信号由晶体管发射极输入,集电极输出；其电流放大倍数 Ai 接近于 1 但恒小于 1,又 叫电流跟随器 ,电压放大倍数 Av 共射极放大器相同,且输入电压与输出电压同相；其输入电阻低,只有共 射放大电路的 l1+ 倍,输出电阻高,输入端与输出端之间没有密勒电容,电路频率特性好,适用于宽 带放大电路；下面以图 3-13 基本共射放大电路为例进行说明；1放大电路静态工作点的测量和调试 由于电子元件性能的分散性很大,在 制作晶体三极管放大电路时,离不开测量 和调试技术；在完成设计和装配之后,仍 必需测量和调试放大电路的静态工作点及 各项指标；一个优质的放大电路,一个最 终的产品,肯定是理论运算与试验调试相 结合的产物；因此,除了熟识放大电路的 理论设计外,仍必需把握必要的测量和调 试技术；放大电路的测量和调试主要包括放大电路静态工作点的测量和调试、放大电路图 3-13 基本共射放大电路固定偏置式各项动态指标的测量和调试、排除放大电路的干扰和自激等；在进行测试之前,务必先检查 三极管的好坏,并确定具体的 值；1静态工作点 Q 的测量放大电路静态工作点的测量是在不加输入信号即 VI=0的情形下进行的；静态工作点的测量是指三极管直流电压 VBEQ、VCEQ 和电流 I CQ 的测量；应选用合适的直流电压表和直流毫安表,分别测量三极管直流电压VBEQ、VCEQ 和 I CQ；为了防止更换接线,采纳电压测量法来换算电流；例如, 只要测出实际的Rb、RC 的阻值, 即可由IBQVCCVBEQ；ICQIBQ；或ICQVCCVCEQRbRc提示：在测量各电极的电位时最好选用内阻较高的万用表,否就必需考虑到万用表内阻对被测电路的影响；2静态工作点的调整测量静态工作点 I CQ 和 VCEQ 的目的是明白静态工作点的设置是否合适；假设测出 VCEQ <0.5 V ,就说明三极管已进入饱和状态；假如 VCEVCC,就说明三极管工作在截止状态；对于一个放大双极性信号 沟通信号 的放大电路来说,这两种情形下的静态偏置都不能使电路正常工作,需要对静态工作点进行调整；如果是显现测量值与选定的静态工作点不一样,也需要对静态工作点进行调整；否就,放大后的信号将显现严峻的非线性失真和错误；通常, VCC 、Rc 都已事先选定,当需要调整工作点时,一般都是通过转变偏置电阻 Rb 来实现；应当留意的是假如偏置电阻 Rb 选用的是电位器,在调整静态工作点时,假设不慎将电位器阻值调整过小 或过大 ,就会使 IC 过大而烧坏管子,所以应当用一只固定电阻与电位器串联使用；图 3-18 电路中是用 Rb1和电位器 Rb2 串联构成 Rb；3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2放大电路的动态指标测试放大电路的主要指标有电压放大倍数 Av、输入电阻 Ri、输出电阻 Ro,以及最大不失真输出电压 VOmax等；在进行动态测试时,各电子仪器与被测电路的连接如图 3-14 所示；试验电路就如后面的图 3-18 所示；图 3-14 试验电路与各测试仪器的连接提示：为防止干扰,各仪器的公共接地端与被测电路的公共接地端应连在一起；同时,信号源、毫伏表和示波器的信号线通常都采纳屏蔽线,而直流电源 1电压放大倍数 Av的测量VCC 的正、负电源线可只需一般导线即可；输入信号选用1KHz 、约 5 mV 的正弦沟通信号,用示波器观看放大电路输出电压VO 的波形,在输出信号没有明显失真的情形下,用毫伏表测得VO 和 VI,于是可得AVVO；VI2 最大不失真输出电压的测量放大电路的线性工作范畴与三极管的静态工作点位置有关；当ICQ 偏小时,放大电路简单产生截止失真；而 I CQ 偏大时,就简单产生饱和失真；需要指出的是,当 波形下端显现“ 削底”,如 图 3-15a 所示；而当 I CQ 减小时, VO 波形将显现截 止失真,如图 3-15b 所I CQ 增大时, VO 波形的饱和失真比较明显,示,波形上端显现“ 削顶”；abc当放大电路的静态工作点调 图 3-15 静态工作点对输出电压 Vo 波形的影响整在三极管线性工作范畴的 a VO 易显现饱和失真 b VO 易显现截止失真中心位置时,假设输入信号 c VO 波形上下半周同时显现失真VI 过大, VO 的波形也会显现失真,上下同时显现“ 削顶” 和“ 削顶” 失真,如图 3-15c 所示；此时,用毫伏表测出 VO 的幅度,即为放大电路的最大不失真输出电压 Vomax； 3 输入电阻 Ri 的测量输入电阻的测量电路如图 3-16 所示；图 3-16 测量输入电阻的电路放大电路的输入电阻：R iV iIi在放大电路的输入端串联一只阻值已知的电阻RS可取 510 ,见图 3-16 所示, 通过毫伏表分别测出 4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - RS 两端对地电压,求得RS 上的压降 Vs-Vi,就：I VSV/RS所以有R iViVV iViVV iV iR SRS 两端没有电路的公共接地点；假设用一端接地IiSSR SRS 上的压降,是由于通过测量 VS 和 Vi 来间接地求出的毫伏表测量,会引入干扰信号,以致造成测量误差； 4 输出电阻的测量放大电路的输出端可看成有源二端网络；如图 3-17 所示；图 3-17 测量输出电阻的电路用毫伏表测出不接 RL 时的空载电压 Vo 和接负载 RL 后的输出电压 Vo,即可间接地推算 RO 的大小：R o V o ' V o V o '1 R L；V o / R L V o 5 放大电路频率特性的测量放大电路频率特性是指放大电路的电压放大倍数 Av,与输入信号频率之间的关系；AvAv；时所对应的频率定义为下限频率 Lf 和上限频率 f H,通频带为 f BW f H f L；上、下限频率可用以下方法测量：先调剂输入信号 Vi 使 Vi 频率为 1kHz；调剂 V i 幅度,使输出电压 Vo幅度为 1V ；保持 Vi 幅度不变,增大信号 Vi 的频率, Vo 幅度随着下降,当 Vo 下降到 0.707 V 时,对应的信号额率为上限频率 f H；保持 Vi 幅度不变,降低 Vi 频率,同样使 Vo 幅度下降到 0.707 V 时,对应的信号频率为下限频率 Lf ；6观看截止失真、饱和失真两种失真现象测量电路如图 3-18 所示,在 I CQ= mA ,RL=情形下,增大输入信号,使输出电压保持没有失真,然后调剂电位器Rb2 阻值,转变电路的静态工作点,使电路分别产生较为明显的截止失真与饱和失真,测出产生失真后相应的集电极静态电流；做好相应的试验记录；图 3-18 共射放大电路举例5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-19 共射放大电路对应的三个仿真电路图6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-20 共集电极放大电路举例三试验内容据；1查阅手册并测试晶体三极管 3DG100D 、CS9013、场效应管 3DJ6G 的参数,记录所查和所测数2用晶体三极管 3DG100D 或 CS9013 组成如图 3-21 所示单管共射极放大电路,通过转变电位器 R2,使得 VCE 为 4V ,测量此时VCEQ、VBEQ、Rb 的值,运算放大电路的静态工作点Q 对应的三个参数值；3在以下两种情形下,测量放大电路的电压放大倍数和最大 Av不失真输出电压 VOMAX ；1RL=R4=开路 RL=R4= 10k；建议：最初使用 1KHz、5mV的正弦信号作为输入信号进行测试；然后转变输入信号的幅值,使用双踪显示方式同时显示 VI 与VO,进行监视,尽量挑选较大幅度的正弦信号作为放大器的 VI,在保证 VO 波形不失真的条件下 图 3-21 单管共射极放大电路进行测量；假设 VO波形失真,所测动态参数就毫无意义；表 3-09 静态数据记录表VCE V实测值RbK VCEQV实测运算值I CQmAVBEVIBQ A表 3-10 测 AV 的记录表VimV实测值Vo mV理论估算值实测运算值AVAV4 观看饱和失真和截止失真,并测出相应的集电极静态电流；5 测量放大电路的输入电阻Ri 和输出电阻Ro；7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - *6 依据图 3-10 设计 BJT 的 测试电路,确定电路中全部元器件和输入电压的参数值,并对测试结果 进行比较和误差分析；图 3-10 BJT 的 值测试电路图*7 测量图 3-18 放大电路带负载时的上限频率 f H 和下限频率 Lf ；*8 试验电路如图 3-20 所示,要求仿真并实物实现电路,运算并实测电路的输入电阻和输出电阻；四摸索题1Rb为什么要由一个电位器和一个固定电阻串联组成？ 2电解电容两端的静态电压方向与它的极性应当有何关系？ 3假如仪器和试验线路不共地会显现什么情形？通过试验说明；五试验报告1依据试验预备的要求完成设计作业一份,并估算放大电路的性能指标；2记录试验中测得的有关静态工作点和电路的Au、 Vomax、 Ri 和 Ro 的数据； 3仔细记录和整理测试数据,按要求填入表格并画出输入、输出对应的波形图； 4对测试结果进行理论分析,找出产生误差的缘由； 5具体记录组装、调试过程中发生的故障或问题,进行故障分析,并说明排除故障的过程和方法； 6写出对本次试验的心得体会,以及改良试验方法的建议；提示：1组装电路时,不要弯曲三极管的三个电极,应当将它们垂直地插入面包板孔内；2先分别组装好电路,经检查无误后,再打开电源开关；3测试静态工作点时,应关闭信号源；4本试验接点多,元器件多,组装时肯定要确保接触良好,否就,会因接触不良,显现错误或造成电路故障；8 名师归纳总结 - 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