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厦门大学模电实验四


实验四 单级放大电路
一、实验目的
1、学会在面包板上搭接电路的方法; 2、学习放大电路的调试方法; 3、掌握放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输出电阻和通频带测量方法; 4、研究负反馈对放大器性能的影响;了解射级输出器的基本性能; 5、了解静态工作点对输出波形的影响和负载对放大电路倍数的影响。

二、实验原理
(一)单级低频放大器的模型和性能 1、单级低频放大器的模型: 单级低频放大器能将频率从几十 Hz~几百 kHz 的低频信号进行不失真地放 大, 是放大器中最基本的放大器,单级低频放大器根据性能不同可分为基本放大 器和负反馈放大器。 从放大器的输出端取出信号电压(或电流)经过反馈网络得到反馈信号电压 (或电流) ,送回放大器的输入端称为反馈。若反馈信号的极性与原输入信号的 极性相反,则为负反馈。 根据输出端的取样信号(电压或电流)与送回输入端的连接方式(串联或并 联)的不同,一般可分为四种反馈类型——电压串联反馈、电流串联反馈、电压 并联反馈和电流并联反馈。 负反馈是改变放大器及其他电子系统特性的一种重要 手段。负反馈使放大器的净输入信号减小,因此放大器的增益下降;同时改善了 放大器的其他性能:提高了增益稳定性,展宽了通频带,减小了非线性失真,以 及改变了放大器的输入阻抗和输出阻抗。 负反馈对输入阻抗和输出阻抗的影响跟 反馈类型有关。 由于串联负反馈是在基本放大器的输入回路中串接了一个反馈电 压,因而提高了输入阻抗,而并联负反馈是在输入回路上并联了一个反馈电流, 从而降低了输入阻抗。 凡是电压负反馈都有保持输出电压稳定的趋势,与此恒压 相关的是输出阻抗减小; 凡是电流负反馈都有保持输出电流稳定的趋势,与此恒 流相关的是输出阻抗增大。 2、 单级电流串联负反馈放大器与基本放大器的性能 比较: 电路图 2 是分压式偏置的共射基本放大电路,它未引入交流负反馈。电路图 3 是在图 2 的基础上,去掉射极旁路电容 Ce,这样就引入了电流串联负反馈。

2、单级电流串联负反馈放大器与基本放大器的性能比较 3、射极输出器的性能: 射极输出器是单级电压串联负反馈电路,由于它的交流输出电压 VQ 全部反 馈回输入端,故其电压增益:

Avf =(1+β)RL’/rbe+(1+β)RL’≤1 输入电阻:Rif =Rb//[rbe+(1+β)RL’],式中 RL’=Rc//RL 输出电阻:Rof =Re//[(Rb//Rs)+rbe]/(1+β) 射极输出器由于电压放大倍数 Avf ≈1,故它具有电压跟随特性,且输入电阻 高,输出电阻低的特点,在多级放大电路中常作为隔离器,起阻抗变换作用。 (二)放大器参数及其测量方法 1、静态工作点的选择 放大器要不失真地放大信号,必须设置合适的静态工作点 Q。为获得最大不 失真输出电压, 静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线中点,若选得太高 就容易饱和失真,太低容易截止失真。 若放大器对小信号放大, 由于输出交流幅度很小, 非线性失真不是主要问题, 故 Q 点不一定要选在交流负载线中点,一般前置放大器的工作点都选的低一点, 降低功耗和噪声,并提高输入阻抗。 采用简单偏置的放大电路, 其静态工作点将随温度变化而变化,若采用电流 负反馈分压式偏置电路,具有自动稳定工作点的能力,获得广泛应用。 2、静态工作点测量与调试 根据定义,静态工作点是指放大器不输入信号且输入端短路(接电路 COM) 时, 三极管的电压和电流参数。 静态工作点只测量三极管三级对电路 COM 的直流 电压(VBQ、VEQ、VCQ) ,通过换算得出静态工作点的参数。 VBEQ=VBQ-VEQ ;VCEQ=VCQ-VEQ ;ICQ=VEQ / RE ; 3、单极放大电路的电压放大倍数 Av 低频放大器的电压放大倍数是指在输出不失真的条件下, 输出交流电压与输 入交流电压的比值: Av=Vo / Vi= -βRL’/ rbe ;式中:RL’=Rc//RL ,rbe = rbb +26(1+β)/ IEQ ; 4、放大倍数的测量 放大倍数按定义式进行测量,即输出交流电压与输入交流电压的比值。通常 采用示波器比较测量法(适用于非正弦电压)和交流电压表测量(适用于正弦电 压) 。 5、输入阻抗的测量 放大器输入阻抗为从输入端向放大器看进去的等效电阻,即:Ri=Vi / Ii; 该电阻为动态电阻,不能用万用表测量。为避免测量输入电路中电流,改为测电 压进行换算。 Ri=Vi / Ii=Vi/(Vs-Vi)R; 6、输出阻抗测量 放大器输出阻抗为从输出端向放大器看进去的等效电阻,即:Ro=Vo/Io;该 电阻为动态电阻,不能用万用表测量。 若输出回路不并接负载 RL,则输出测量值为:Vo∞;若输出回路并接负载 RL, 则输出测量值为:VoL,则: Ro=(Vo∞-VoL)/ Io=(Vo∞/VoL-1)RL; 7、放大器幅频特性 放大器幅频特性是指放大器的电压放大倍数与频率的关系曲线。在中频段, 电压放大倍数为最大值 Av=Avm。在低频段和高频段,由于上述各种因素的影响 不可忽略, 使电压放大倍数下降。 通常将电压放大倍数下降到中频段 Avm 的 0.707 倍时所对应的频率,称为放大器的上限频率 fH 和下限频率 fL,fH 与 fL 之差称为

放大器的通频带,即Δf0.7=fH-fL。 在保证输入 Vi 不变的情况下,改变输入信号频率(升高、下降) ,使输出 Vo 下降为中频时的 0.707 倍,则对应的频率即为 fH、fL。

三、实验仪器
1、示波器 1 台 2、函数信号发生器 1 台 3、直流稳压电源 1 台 4、数字万用表 1 台 5、多功能电路试验箱 1 台 6、交流毫伏表 1 台

四、实验内容
1、搭接实验电路,如右图 2、静态工作点的测量和调试: 要求 ICQ≈1.3mA; 静态工作 VEQ(V) VBQ(V) 点测量值

VCQ(V) ICQ(mA)

测量计算 VBEQ(V)

VCEQ(V)

41/2 数字 1.3 1.935 5.288 0.255 0.635 3.988 表(DCV) 3、基本放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测量 外加输入信号从放大器 Vs 端输入信号:频率 f=2kHz 的正弦信号,R=1k,使 Vip-p=30mV。在空载情况下,用示波器同时观察输入和输出波形(Vi 和 Vo) ,若 输出波形失真,应适当减小输入信号。 测量(41/2 数字表 ACV) 计算 Vs(mv) Vi(mv) 10.62 8.16 Vo 1.7868 VOL 0.9094 Av 219 AVL 111 Ri 3.3k Ro 4.9k

4、放大器上限、下限频率的测量 保持输入信号 Vp-p=30mV 不变,当 f=2kHz 时,用示波器观察并测量输出电 压 VOL。当频率从 2kHz 向高端增大时,使输出电压下降到 0.707VOL 时,记下此时 信号发生器的频率,即为上限频率 fH;同理,当频率向低端减小时,使输出电压 下降到 0.707VOL 时,记下此时信号发生器的频率,即为下限频率 fL;测量过程应 保持 Vi 不变和波形不失真。 fH fL B=fH-fL 196.8k 300 196.5k

5、电流串联负反馈放大器参数测量 将 Ce 去掉,R 改为 10k,使 Vip-p=300mV,重复实验 3 步骤。 测量(41/2 数字表 ACV) 计算 Vs(mv) Vi(mv) 107.14 58.10 Vo 0.2903 VOL(mV) 145.73 Av 5 AVL 3 Ri 11.9k Ro 5.1k

六、实验小结
1.做好课前预习,做起实验,果然比别人快很多了。 2、测量时,一定要正确选择量程,若预先不能知道所测数值的大概,就要从大 到小选择量 程。超程是,要立即选择大量程,避免烧坏测量仪器。 3、遇到问题时要从容,想方法解决问题,而不是马上问老师。实在不会,在去 请教老师。 4、学会在面包板上搭接电路的方法,学习放大电路的调试方法,掌握放大电路 的静态工作点、电压放大倍数、输出电阻和通频带测量方法,研究负反馈对放大 器性能的影响; 了解射级输出器的基本性能, 了解静态工作点对输出波形的影响 和负载对放大电路倍数的影响。


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