晶体管放大器的设计与调测实验报告学生1通信电子TDSCDMA技术_通信电子-电子设计.pdf

班级：姓名：学号：实验名称：晶体管放大器的设计和调测 一、实验目的 二、实验仪器 仪器设备名称 型号 用途 编号 直流稳压电源 万用表 函数信号发生器 示波器 晶体管毫伏表 三、实验电路的设计 A、设计指标要求：设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器，输入、输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流。已知条件：电源电压为12V，外接负载为 2K，信号源内阻为 50，最低工作频率为 100HZ。所用三极管为 8050（rbb=300，hfe=200）,220K电位器一个。设计指标要求：电压放大倍数大于 50，输入电阻大于 2K。B、电路设计过程 1、定电路图：根据设计指标要求，定实验电路的原理图如图一所示：图一 实验电路原理图 2、确定静态工作点电流 ICQ：根据设计指标对 Ri2K的要求来确定静态工作点 ICQ。Ri=rbeRB1RB2 在初选 ICQ时，可以近似认为 Ri=rbe2K，则由上式可确定 ICQ ，取=，则：rbe=，IBQ=ICQ/=。3、确定偏置电阻 RB1、RB2的值：为了兼顾实验四，取 UBQ=I1 取 RB1为 （R）固定电阻与 220K电位器（RP）串联以便于调节静态工作点。4、确定 RE、RC的值：根据设计指标对电压放大倍数的要求确定 RC的值：UORLRCRPRERB2RSRCBCECCUCCI1RB1)()(26)()(26)1(mAImVrmAImVrrCQbbEQbbbeCQBEBQEIUUR50LbeURrABQBQBQBIUIUR101221BBQBQCCBRUUUR源万用表函数信号发生器示波器晶体管毫伏表三实验电路的设计设计指标要求设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器输入输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流已知条件电源电压为外接负载为信号源路图根据设计指标要求定实验电路的原理图如图一所示图一实验电路原理图确定静态工作点电流根据设计指标对的要求来确定静态工作点在初选时可以近似认为则由上式可确定取则确定偏置电阻的值为了兼顾实验四取取为固定电阻容取值取经过计算各元器件参数选取如下三极管为验算将所取上述元件值代入有关公式计算可得以为基准进行验算可见所设计电路中三极管处于放大状态放大器的交流参数能够达到设计指标的要求不需要修改设计若验算结果为三极则 R L=RCRL ，而 RL=2K，因此 RC ，取 RC=。5、确定各电容取值：取 CB=，CC=，CE=。经过计算，各元器件参数选取如下：RB2=R=RP=RE=RC=RL=CB=CE=CC=三极管为 8050 6、验算：将所取上述元件值代入有关公式计算可得（以 ICQ为基准进行验算）：UBQ=UEQ=UCQ=ICQ=AU=Ri rbe=可见所设计电路中三极管处于放大状态，放大器的交流参数能够达到设计指标的要求，不需要修改设计。若验算结果为三极管没有处于放大状态或放大器的交流参数不能达到设计指标的要求，则需要修改设计，即重复设计步骤 1-6 进行重新设计和验算，直到所设计的电路中三极管处于放大状态，放大器的交流参数能够达到设计指标的要求为止。四、实验步骤 1、将直流稳压电源、示波器、晶体管毫伏表的电源打开，预热仪器。注意晶体管毫伏表在接通电源之前应将其测量量程调节到 3V以上档位，以免开机打表。2、用万用表欧姆档判断三极管的 B、E、C极（判断方法见教材 P18-P19），按设计好的电路图连接电路，检查无误，用万用表欧姆档检查 UCC端对“地”是否短路，若不短路，则在万用表直流电压档的监测下，调节直流稳压电源使其输出为 12V，然后接入电路。3、将放大器输入端对地短路，将双踪示波器的一个通道接在放大器的输出端观测有无干扰或自激，若无干扰和自激，则用万用表直流电压档监测 UEQ，调整 RB1（通过调节 RP实现），使 ICQ（ICQ=UEQ/RE）为所设计的值。（在ICQ调整好之后进行的放大倍数 AU、输入Ri、输出电阻RO的测量过程中，RP不能再变动）。用万用表测量此时晶体管的偏置电压和电流：UEQ、UCQ、UBEQ、UCEQ和 IC Q，判断三极管是否处于放大状态，若是，则进行下一步的测量，若三极管没有121)31()(21)103()(21)103(beSSSLELCLCbeSLBrRRRfCRRfCrRfC源万用表函数信号发生器示波器晶体管毫伏表三实验电路的设计设计指标要求设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器输入输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流已知条件电源电压为外接负载为信号源路图根据设计指标要求定实验电路的原理图如图一所示图一实验电路原理图确定静态工作点电流根据设计指标对的要求来确定静态工作点在初选时可以近似认为则由上式可确定取则确定偏置电阻的值为了兼顾实验四取取为固定电阻容取值取经过计算各元器件参数选取如下三极管为验算将所取上述元件值代入有关公式计算可得以为基准进行验算可见所设计电路中三极管处于放大状态放大器的交流参数能够达到设计指标的要求不需要修改设计若验算结果为三极处于放大状态，则查找原因，调整电路，使三极管处于放大状态，然后进行下一步的测量。4、给放大器输入频率为 f=1kHz，有效值 5mV的正弦信号，将双踪示波器的一个通道接在放大器的输入端，另一个通道接在放大器的输出端，同时观测输入输出信号波形，在输出信号无干扰、自激和失真的情况下，用毫伏表测量输入（Ui）、输出信号（Uo）的有效值或用示波器测量入（Uipp）、输出信号（Uopp）的峰峰值，则 AU=UO/Ui或 AU=Uopp/Uipp并进行数据记录，同时用坐标纸记录输入输出波形（注意输入输出信号的相位关系）。5、用伏安法测量放大器的输入电阻 Ri：在放大器的输入端串接一辅助电阻（辅助电阻 R的取值宜与输入电阻同一数量级，由于理论计算所设计的放大器的 rbe=，故取R=）给放大器输入频率为 f=1kHz，有效值 5mV的正弦信号，将双踪示波器的一个通道接在放大器的输入端，另一个通道接在放大器的输出端，同时观测输入输出信号波形，在输出信号无干扰、自激和失真的情况下，用晶体管毫伏表分别测 R两端对地的交流电压 U1与U2，则根据输入电阻的定义 RUUUIURiii212 6、用伏安法测量放大器的输出电阻 RO：给放大器输入频率为 f=1kHz，大小合适（以示波器监测输出信号无失真为标准）的正弦信号，在示波器监测输出信号无干扰、自激和失真的情况下进行 RO的测试。测试时，首先在不接负载 RL的情况下，用毫伏表测得输出电压 UO1，然后在接上 RL的情况下，用毫伏表测得输出电压 UO2，通过下式便可计算出被测放大电路的输出电阻 RO：LOOORUUR121毫伏表信 号源被测放大器示波器U1U2RRLIRIi源万用表函数信号发生器示波器晶体管毫伏表三实验电路的设计设计指标要求设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器输入输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流已知条件电源电压为外接负载为信号源路图根据设计指标要求定实验电路的原理图如图一所示图一实验电路原理图确定静态工作点电流根据设计指标对的要求来确定静态工作点在初选时可以近似认为则由上式可确定取则确定偏置电阻的值为了兼顾实验四取取为固定电阻容取值取经过计算各元器件参数选取如下三极管为验算将所取上述元件值代入有关公式计算可得以为基准进行验算可见所设计电路中三极管处于放大状态放大器的交流参数能够达到设计指标的要求不需要修改设计若验算结果为三极 7、将测得的放大倍数 AU、输入 Ri、输出电阻 RO与设计指标的要求相比较，若符合指标要求，就进行下一步的测量，否则，回到步骤 3，改变元件参数，重新调整静态工作点和进行放大倍数 AU、输入 Ri、输出电阻 RO的测量，直到 AU、Ri、RO符合指标要求为止，再进行下一步的测量。8 从前述测量数据可见，AU、Ri、RO符合指标要求，则将放大器的输入端对地交流短路，用万用表测量并记录此时晶体管的偏置电压和电流：UBQ、UEQ、UCQ、UBEQ、UCEQ和 IC Q。UBQ=UEQ=UCQ=UBEQ=UCEQ=IC Q=9、研究大信号激励下信号源内阻对波形失真的影响：在所设计的放大器的输入端串接一个电阻 R以模拟信号源内阻。保持放大器输入信号为频率 f=20kHz，有效值 30mV的正弦波信号不变，用示波器分别观测信号源输出波形和放大器输出波形，比较两波形的区别并将两波形用坐标纸记录下来。取 R=0和 R=51K 各做一次。10、观察截止、饱和失真：所设计的电路加上频率 f=20kHz，大小合适（几十 mV）的正弦波信号，调节 RP的大小，使输出波形产生各种失真，测量和记录相应的 RB1、URE、ICQ和输出波形图在表一中。11*、用示波器测量放大器的最大动态范围 UOPPmax：给所设计的电路加上频率 f=20kHz 的正弦波信号，将示波器接在被测放大器的输出端，监测输出波形，调节信号源使被测电路的输入信号逐渐增大，直到被测放大器输出出现明显的限幅失真（限幅），若此时输出信号上下不对称的限幅失真，则可调节偏置电位器 RP，使输出波形不出现限幅失真，再继续增大输入信号，直到再出现不对称的限幅失真，则再调节 RP消除失真，如此反复调节，直到得到最大不失真输出，即再增大输入信号，输出波形将上下同时发生限幅失真，用示波器测出被测放大器此时输出正弦波的峰峰值，即为动态范围的大小其。此时器件已进入了强非线性区（即饱和或截止区），用示波器测出被测放大器此时输出正弦波的峰峰值，即为动态范围的大小 12、经过调测，符合设计指标要求的电路如图一所示，各元器件参数如下：RB2=R=RP=RE=RC=毫伏表信号源被测放大器示波器RLRoUoK源万用表函数信号发生器示波器晶体管毫伏表三实验电路的设计设计指标要求设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器输入输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流已知条件电源电压为外接负载为信号源路图根据设计指标要求定实验电路的原理图如图一所示图一实验电路原理图确定静态工作点电流根据设计指标对的要求来确定静态工作点在初选时可以近似认为则由上式可确定取则确定偏置电阻的值为了兼顾实验四取取为固定电阻容取值取经过计算各元器件参数选取如下三极管为验算将所取上述元件值代入有关公式计算可得以为基准进行验算可见所设计电路中三极管处于放大状态放大器的交流参数能够达到设计指标的要求不需要修改设计若验算结果为三极RL=CB=CE=CC=三 极 管 为8050 元件 的值在调测中由设计时的 改变为 ，改变的原因是：四、注意事项、电路接插要规范、牢靠，电路原理图与实物电路要能联系起来，电解电容的极性、三极管的 B、E、C极不能弄错。、一定要给电路加上直流供电，分清楚所要测量的参数哪些是交流参数和哪些是直流参数。、观察失真和测量放大器的最大动态范围一定要在大信号输入情况下进行。、为了兼顾实验四，UBQ的取值不能过高。五、实验数据记录与处理：1、静态参数：UBQ=UEQ=UCQ=UBEQ=UCEQ=IC Q=2、交流参数：放大倍数测量：Ui=Uo=AU=UO/U i=或 Uipp=Uopp=AU=Uopp/Uipp=输入电阻测量：U1=U2=R=Ri=输出电阻测量：UO1=UO2=RL=RO=最大动态范围：UOPPmax=3、表一:RB1 URE ICQ 输出波形 饱和还是截止失真 源万用表函数信号发生器示波器晶体管毫伏表三实验电路的设计设计指标要求设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器输入输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流已知条件电源电压为外接负载为信号源路图根据设计指标要求定实验电路的原理图如图一所示图一实验电路原理图确定静态工作点电流根据设计指标对的要求来确定静态工作点在初选时可以近似认为则由上式可确定取则确定偏置电阻的值为了兼顾实验四取取为固定电阻容取值取经过计算各元器件参数选取如下三极管为验算将所取上述元件值代入有关公式计算可得以为基准进行验算可见所设计电路中三极管处于放大状态放大器的交流参数能够达到设计指标的要求不需要修改设计若验算结果为三极 无失真 饱和失真 截止失真 4、大信号激励下信号源内阻对波形失真的影响：Ui=30mV，R=0时信号源输出和放大器输出信号波形图：Ui=30mV，R=51K时信号源输出和放大器输出信号波形图：六、实验结论和讨论 源万用表函数信号发生器示波器晶体管毫伏表三实验电路的设计设计指标要求设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器输入输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流已知条件电源电压为外接负载为信号源路图根据设计指标要求定实验电路的原理图如图一所示图一实验电路原理图确定静态工作点电流根据设计指标对的要求来确定静态工作点在初选时可以近似认为则由上式可确定取则确定偏置电阻的值为了兼顾实验四取取为固定电阻容取值取经过计算各元器件参数选取如下三极管为验算将所取上述元件值代入有关公式计算可得以为基准进行验算可见所设计电路中三极管处于放大状态放大器的交流参数能够达到设计指标的要求不需要修改设计若验算结果为三极 七、实验中出现的问题与解决方法及实验心得体会 八、思考题回答 1、本实验中，若用万用表测量工作在放大状态的晶体管的 UBE，但不将电压表直接接在 B、E之间测量，而是分别测得 UB和 UE，然后计算得 UBE之值，请对测量结果进行分析。答：2、调整静态工作点时，RB1要用一固定电阻与电位器串联，而不能直接用电位器，为什么 答：源万用表函数信号发生器示波器晶体管毫伏表三实验电路的设计设计指标要求设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器输入输出端分别用电容和信号源及外接负载电阻隔直流已知条件电源电压为外接负载为信号源路图根据设计指标要求定实验电路的原理图如图一所示图一实验电路原理图确定静态工作点电流根据设计指标对的要求来确定静态工作点在初选时可以近似认为则由上式可确定取则确定偏置电阻的值为了兼顾实验四取取为固定电阻容取值取经过计算各元器件参数选取如下三极管为验算将所取上述元件值代入有关公式计算可得以为基准进行验算可见所设计电路中三极管处于放大状态放大器的交流参数能够达到设计指标的要求不需要修改设计若验算结果为三极