电子电路实做实验.doc

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1、电子电路实验讲义（单级低频放大器）一、 实验目的1. 熟悉单级共发放大器的工程估算，掌握单级放大器静态工作点的调整与测试方法。2. 熟悉电路参数变化对静态工作点的影响；熟悉静态工作点对放大器性能的影响。3. 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及幅频特性的测试方法。4. 掌握放大器动态范围的调整方法及最大输出动态范围的测试方法。二、 实验仪表及器材1. 数字存储示波器2. 双路直流稳压电源3. 函数信号发生器4. 数字万用表三、实验电路图图1-1 单级低频放大器四、知识准备1. 复习单管共发射极放大器的相关理论知识。2. 根据理论知识对实验电路的静态工作点、电压增益、输入电阻、输出电阻进

2、行工程估算。五、实验原理1. 偏置电路形式的选择放大器的静态工作点和电流可由简单偏置电路和分压式偏置电流负反馈电路提供。简单偏置电路结构简单，但静态工作点易受环境温度或其它条件变化（例如更换管子）的影响而明显偏移，从而使输出波形可能产生失真；而分压式偏置电流负反馈电路具有自动调节和稳定静态工作点的能力同，其静态工作点在环境温度或其它条件变化（例如更换管子）时能基本保持不变，因而得到了广泛的应用。实验电路采用如图1-1所示的分压式偏置电流负反馈电路提供静态工作点。2. 静态工作点的选择与调整放大器的基本任务是不失真的放大信号。要使放大器能够正常工作，必须设置合理的静态工作点。为了获得最大不失真的

3、输出电压，静态工作点应该选择在输出特性曲线上交流负载线的中点；若静态工作点选得过高，就会引起饱和失真；或静态工作点选得过低，就会产生截止失真。对于小信号而言，由于输出交流信号幅度很小，非线性失真不是主要问题；因此静态工作点不一定要选在交流负载线的中点，而可根据设计要求选择。例如，希望放大器耗电小、噪声低或输入阻抗高，静态工作点可选低一些；希望放大器增益高，静态工作点可适当选高一些等等。测量静态工作点的目的是了解三极管的静态工作点是否合适，如果不合适则必须对其进行调整；调整静态工作点通常是通过改变基极上偏置电阻来实现。本实验是通过调整电位器Rw来达到调整静态工作点的目的。3. 静态指标测量3.1

4、指标定义放大器的静态指标是指放大器在只有直流工作电源工作的情况下的各项指标，通常是指放大器的静态工作点。放大器的静态工作点是指当放大器的交流输入端接地时，流过三极管的直流电流ICQ、IEQ及三极管极间直流电压VCEQ、VBEQ，其下标带有Q的参数即表示为静态工作点参数。3.2测量原理（1）直流电压的测量放大器静态工作点中直流电压的测量就是测出三极管各电极对地的直流电压VBQ、VEQ、VCQ，从而计算得到VCEQ和VBEQ，如式（2.1）所示。VCEQ=VCQ-VEQ VBEQ=VBQ-VEQ（2. 1）（2）直流电流的测量放大器静态工作点中直流电流的测量可采用直接测量法和间接测量法进行测量。通

5、常采用间接测量法测量，即通过测量各电极所接电阻的两端电压差，再运用欧姆定律换算得到直流电流，如式（2.2）所示；这样既可以避免变动电路，同时操作也简单。IEQ=VEQ/Re ICQ=(Vcc-VCQ)/Rc（2.2）注意的是，在利用式（2.2）时，如果某一电极不带有电阻，则可利用式（2.3）进行转换测量。IEQICQ（2.3）（3）仪表设备（a）直流稳压电源：用以向放大电路提供直流工作电源，以提供放大电路工作所需能量。（b）数字万用表：用以测量对地直流电压或两点间直流电压。（4）测量方法（a）正确搭接实验电路，确保电路电源接入处和电路地之间没有短路故障发生。（b）正确引入实验电路所需工作电源。

6、注意正电源的接法是：稳压电源的“+”连接线接电路的正电源，稳压电源的“-”连接线接电路的地。负电源的接法是：稳压电源的“+”连接线接电路的地，稳压电源的“-”连接线接电路的负电源。确定电源接法正确以后才能通电进行实验。仪表的连接如图1-2所示。（c）正确调节实验电路工作所需电源。（d）对地直流电压的测试时，将万用表的“COM”测试表笔接在电路的地，将“V”测试表笔接在电路的测试点，即可从万用表上直接读出测试值。如VCQ测试时，将万用表的“COM”测试表笔接在电路的地，将“V”测试表笔接在电路的三极管的集电极。（e）两点间直流电压的测试时，将将万用表的“COM”测试表笔接在低电位，将“V”测试表

7、笔接在高电位，即可从万用表上直接读出测试值。如VCEQ测试时，将万用表的“COM”测试表笔接在电路的三极管发射极，将“V”测试表笔接在电路的三极管的集电极。（f）完成数据测试、记录与处理。4. 动态指标测量之电压放大倍数的测量4.1电压放大倍数的定义电压放大倍数Auu是衡量放大电路电压放大能力的重要指标，其值定义为输出电压Uo与输入电压Ui之比，如式（2.4）所示。Auu=Uo/Ui（2.4）4.2 测量原理根据电压放大倍数定义，在输入为正弦信号的情况下，只需测量出输入信号和输出信号的电压值（有效值Uirms和Uorms、峰值Uip和Uop、峰峰值Uipp和Uopp）,即可根据式（2.5）计算

8、出电压放大倍数。Auu=Uorms/Uirms= Uopp/Uipp= Uop/Uip（2.5）测量电压放大倍数时应用示波器观察输出信号的波形；只有在输出信号的波形不失真的条件下，测试数据才有意义。4.3 仪表设备（1）直流稳压电源：用以向放大电路提供直流工作电源，以提供放大电路工作所需能量。（2）函数信号发生器：用以向放大电路提供实验所需的交流信号。（3）数字存储示波器：用以直观地观察输入信号及输出信号的波形，并定量地测出信号及信号间的各种参数值，完成动态指标的测试。（4）各仪表的连接示意图如图1-2所示。4.4 测量方法（1）按实验任务要求调节好静态工作点。（2）按图1-2连接好各仪表设备

9、。（3）按实验要求用函数信号发生器调节好实验所需的交流输入信号。（4）用示波器观察输入和输出信号。在输出信号的波形不失真的情况下，按式（2.5）中的要求从示波器显示的波形上完成数据测试、记录与处理。 (a) 静态指标测试时 (b)动态指标测试时图1-2 测试仪表连接示意图5. 动态指标测量之输入电阻的测量5.1输入电阻的定义输入电阻Ri是从电路输入端Ui向电路内部看进去的等效电阻。它的大小表示放大电路从信号源或前级放大电路索取电流的多少。输入电阻越大，索取前级电流越小，对前级的影响就越小。放大电路的输入电阻的大小要根据需要而设计。输入电阻定义为输入电压有效值与输入电流有效值之比，如式（2.6）

10、所示。Ri=Ui/Ii（2.6）5.2测量原理（1）在输入端测量由于输入电流Ii很小，难于测量；因此在实际测量时，可在信号源Us和电路的输入端Ui之间串接一个电阻R，将微小的输入电流Ii转换成电压进行测量；若满足电路的输入电阻远小于测量仪表的内阻，就可采用在输入端测量的方法。如图1-3所示，在忽略信号源内阻的情况下，将开头K打开，即在信号源与电路输入端之间串接一个电阻R，将电流的测量转换为电压的测量，如式（2.7）所示。Ii=(Us-Ui)/R（2.7）而输入电阻Ri由则式（2.8）计算得到。Ri=Ui/Ii= RUi/(Us-Ui)（2.8）（2）在输出端测量若不满足电路的输入电阻远小于测量

11、仪表的内阻，就可采用在输出端测量的方法。如图1-3所示，在忽略信号源内阻且保持输入信号不变的前提下，有（a）将开关将K闭合，输入交流信号，则输出信号如式（2.9）所示。 Uo1= AuuUi1= AuuUs（2.9）（b）将开关将K打开，即即在信号源与电路输入端之间串接一个电阻R。输入交流信号，则输出信号如式（2.10）所示。Uo2= AuuUi2= AuuUs Ri/(Ri+R)（2.10）联解式（2.9）和式（2.10），可计算出Ri，如式（2.11）所示。Ri= RUo2/(Uo1-Uo2)（2.11）不论采取何种测量方法，测量输入电阻时应用示波器观察输出信号的波形；只有在输出信号的波形

12、不失真的条件下，测试数据才有意义。可以证明，不论采取何种测量方法，电阻R接入前后测量值的变化量等于输入信号的一半时，测量误差最小；同时电阻R的准确度直接影响测量的准确度；电阻R不宜取得过大，否则易引入干扰；也不宜取得过小，否则易引起较大的测量误差。因此，电阻R应选择精密的电阻，同时选取R和Ri一个数量级，且RRi，以减小测量误差。本实验采取在输出端测量的方法。图1-4 输出电阻测量原理图 图1-3 输入电阻测量原理图5.3仪表设备（1）直流稳压电源：用以向放大电路提供直流工作电源，以提供放大电路工作所需能量。（2）函数信号发生器：用以向放大电路提供实验所需的交流信号。（3）数字存储示波器：用以

13、直观地观察输入信号及输出信号的波形，并定量地测出信号及信号间的各种参数值，完成动态指标的测试。（4）各仪表的连接示意图如图1-2所示。5.4测量方法（1）按实验任务要求调节好静态工作点。（2）按图1-2连接好各仪表设备。（3）接要求用函数信号发生器调节好实验所需的交流输入信号。（4）用示波器观察输入和输出信号，在输出信号的波形不失真的情况下，在开关K闭合和打开的两种情况下从示波器显示的波形上测试出Uo1和Uo2，再计算出输入电阻Ri，完成数据测试、记录与处理。6. 动态指标测量之输出电阻的测量6.1输出电阻的定义输出电阻Ro是从电路输出端Uo向电路内部看进去的等效内阻。它的大小表示放大电路带负

14、载的能力大小；输出电阻越小，带负载的能力越强。放大电路输出电阻的大小要根据负载需要而设计。6.2测量原理输出电阻的测量采用图1-4所示的测试方法。（1）将开关K打开，此时放大电路空载，其输出值如式（2.12）所示。Uo=Uo（2.12）（2）将开关K闭合，此时放大电路有载，其输出值如式（2.13）所示。UoL=UoRL/(Ro+RL)（2.13）联解式（2.12）和式（2.13），可计算出Ro，如式（2.14）所示。Ro= RL(Uo-UoL)/UoL（2.14）测量输入电阻时应用示波器观察输出信号的波形；只有在输出信号的波形不失真的条件下，测试数据才有意义。可以证明，电阻RL接入前后测量值的

15、变化量等于空载输出信号的一半时，测量误差最小；同时电阻RL的准确度直接影响测量的准确度；因此，电阻RL应选择精密的电阻，同时选取RL和Ro一个数量级，且RRi，以减小测量误差。6.3仪表设备（1）直流稳压电源：用以向放大电路提供直流工作电源，以提供放大电路工作所需能量。（2）函数信号发生器：用以向放大电路提供实验所需的交流信号。（3）数字存储示波器：用以直观地观察输入信号及输出信号的波形，并定量地测出信号及信号间的各种参数值，完成动态指标的测试。（4）各仪表的连接示意图如图1-2所示。6.4测量方法（1）按实验任务要求调节好静态工作点。（2）按图1-2连接好各仪表设备。（3）接要求用函数信号发

16、生器调节好实验所需的交流输入信号。（4）用示波器观察输入和输出信号，在输出信号的波形不失真的情况下，在开关K闭合和打开的两种情况下从示波器显示的波形上测试出Uo和UoL，再计算出输出电阻Ro，完成数据测试、记录与处理。7. 动态指标测量之幅频特性的测量7.1幅频特性的定义图1-5 幅频特性曲线放大电路放大倍数的数值与输入信号频率之间的关系，称为幅频特性，而将由这种关系绘制成的曲线，称为幅频特性曲线。它用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。一般来说，在某一特定频率范围内，放大电路的放大倍数会保持不变，而当频率增加或减小时，放大倍数会减小。当频率减小时，定义电压放大倍数下降3dB时对应的频率为

17、下截止频率；当频率增加时，定义电压放大倍数下降3dB时对应的频率为上截止频率。低于下截止频率的频段称为低频段，而高于上截止频率的频段称为高频段，上下截止频率之间的频段称为中频段或通频带。幅频特性和通频带是电路的一项重要参数，它反映电路对不同频率的响应特性。典型的幅频特性曲线如图1-4所示。7.2测量原理根据幅频特性的定义，放大器的幅频特性有点测法与扫频法两种常用的测试方法。（1）扫频法：利用专门的仪表对幅频特性进行测试，特点是速度快，测试精度高，但成本较高。（2）点测法：有逐点测试法和三点法两种。（a）逐点测试法：给一个频率，测一个放大倍数。特点是测试精度高，但比较繁琐。（b）三点测试法：在中

18、频段、上截止频率和下截止频率各测一个放大倍数，用一个曲线将三点拟合成幅频曲线，主要用于要求精度不高且从简从快的情况。7.3仪表设备（1）直流稳压电源：用以向放大电路提供直流工作电源，以提供放大电路工作所需能量。（2）函数信号发生器：用以向放大电路提供实验所需的交流信号。（3）数字存储示波器：用以直观地观察输入信号及输出信号的波形，并定量地测出信号及信号间的各种参数值，完成动态指标的测试。（4）各仪表的连接示意图如图1-2所示。7.4测量方法（1）按实验任务要求调节好静态工作点。（2）按图1-2连接好各仪表设备。（3）接要求用函数信号发生器调节好实验所需的交流输入信号并保持不变。（4）用示波器观

19、察输入信号和输出信号，在输出信号的波形不失真的情况下，先测出中频段fo的输出值Uo，计算出0.707 Uo；然后不断增加（或减小）输入信号的频率，此时输出值会下降；找到使输出值为0.707 Uo值时对应的频率，即为上截止频率fH（或下截止频率fL），按式（2.15）计算出通频带BW0.7，绘制相应的幅频特性曲线，完成数据测试、记录与处理。在测试过程中应保持输入信号的幅度不变。BW0.7=fH-fL（2.15）六、实验内容及步骤1. 电路搭接按图1-1正确搭接电路；就应注意以下事项：（1）正确使用面包板，注意面包板的“横通”与“竖通”。（2）快速、正确选择实验所需元器件。（3）注意三极管的管脚、

20、电解电容的极性和电位器的正确接法。（4）注意不要使元件管脚相碰而造成短路故障发生。（5）搭接好的电路应尽量与电路原理图相一致。2.仪表设备的接入（1）电路通电前应检查电路电源接入处和电路地之间没有短路故障发生。（2）对各类仪表设备的连接线进行短路检测，以防止连接线的故障发生。（3）确保各类连接无误后方可通电实验。3. 静态指标测试（1）观察RW的变化对静态工作点的影响（a）将直流稳压电源调至12V，正确接入实验电路。（b）按表1.1的要求，测量出不同RW情况下电路的静态工作点，计算相应数据，判断三极管的工作状态。并将数据记录于表1.1中。表1.1 观察RW的变化对静态工作点的影响RW(k)测试

21、数据计算数据工作状态判断Vcc(V)VBQ(V)VEQ(V)VCQ(V)VBEQ(V)VCEQ(V)IEQ(mA)010020 （2）观察Rc的变化对静态工作点的影响（a）将直流稳压电源调至12V，正确接入实验电路。（b）按表1.2的要求，测量出不同Rc情况下电路的静态工作点，计算相应数据，判断三极管的工作状态。并将数据记录于表1.1中。4. 动态指标测试（1）电压放大倍数的测量（a）按图1.2所示正确接入各种仪表。表1.2 观察Rc的变化对静态工作点的影响RW(k)Rc(k)测试数据计算数据工作状态判断Vcc(V)VBQ(V)VEQ(V)VCQ(V)VBEQ(V)VCEQ(V)ICQ(mA)

22、20133.9 （b）输入正弦信号（频率为2KHz、uirms为2mV），用示波器观察输入信号ui与输出信号uo的波形。在输出信号的波形不失真的情况下，改变负载电阻RL，测量相应的输出电压uorms，计算电压放大倍数Auu，将相关数据记录于表1.3中，；观察并记录输入信号与输出信号的相位关系，绘制相应波形；完成测试后恢复电路。 表1.3 测量电压放大倍数RW(k)Rc(k)RL(k测试数据计算数据输入信号与输出信号的相位关系信号类型f(KHz)uirms(mV)uorms(mV)Auu203133.9（2）输入电阻的测量（a）按图1.2所示正确接入各种仪表。（b）取R为3k。输入正弦信号（频率

23、为2KHz、uirms为2mV）并保持不变，用示波器观察输入信号ui与输出信号uo的波形。在输出信号的波形不失真的情况下，测量R不接入时的输出值uo1和R接入时的输出值uo2，并利用式（2.11）计算输入电阻Ri,将相关数据记录于表1.4中。完成测试后恢复电路。 表1.4 测量输入电阻RW(k)Rc(k)R(k)测试数据计算数据信号类型f(KHz)uirms(mV)uo1rms(mV)uo2rms(mV)Ri(k)203-（3）输出电阻的测量（a）按图1.2所示正确接入各种仪表。（b）取RL为3k。输入正弦信号（频率为2KHz、uirms为2mV）并保持不变，用示波器观察输入信号ui与输出信号

24、uo的波形。在输出信号的波形不失真的情况下，测量RL不接入时的输出值uo和RL接入时的输出值uoL，并利用式（2.14）计算输出电阻Ro,将相关数据记录于表1.5中。完成测试后恢复电路。 表1.5 测量输出电阻RW(k)Rc(k)RL(k)测试数据计算数据信号类型f(KHz)uirms(mV)uorms(mV)uoLrms(mV)Ro(k)203-（4）幅频特性的测量（a）按图1.2所示正确接入各种仪表。（b）输入正弦信号（uirms为2mV并保持不变），用示波器观察输入信号ui与输出信号uo的波形。在输出信号的波形不失真的情况下，测量出输入信号频率fo为2KHz时的输出电压uorms，计算出

25、相应的电压放大倍数Auu以及0.707 uorms和0.707Auu；然后不断增加（或减小）输入信号的频率，找到输出值为0.707 uorms时对应的上截止频率fH（或下截止频率fL），计算出通频带BW0.7，将相关数据记录于表1.6中，绘制幅频特性曲线。完成测试后恢复电路。表1.6 测量幅频特性RW(k)Rc(k)RL(k)信号类型uirms(mV)uorms(mV)0.707uorms(mV)Auu0.707AuufL (Hz)fo(KHz)fH(KHz)BW0.7(KHz)2033七、思考与分析（1）若采用PNP型三极管，波形失真与NPN型三极管相比有什么不同？（2）若改变电容C1或C3的大小，电路的幅频特性将如何改变？（3）若采用PNP型三极管，实验电路中的电源及电容极性有什么改变？（4）将RW为20k时电路的各类测试数据与估算值相比较，分析误差产生的原因。（5）根据测试数据，总结Rc、RL、RW的变化对电路性能指标的影响。八、实验报告要求1整理相关实验数据，绘制相应波形或曲线。2对每一实验内容的实验数据进行分析和总结。3回答“思考与分析”的所有问题。4对实验提出合理化的建议和改进意见，写出实验心得。5独立完成实验报告。