单管放大器

实验二 晶体管共射极单管放大器

一．实验目的

1．学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 2．掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3．熟悉常用电子仪器及电子技术实验台的使用。

二．实验原理

图2—1为电阻分压工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和Rb2

组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号uo，从而实现了电压放大。

图2—1

在图2—1电路中，当流过偏置电阻RB1 (Rb1和电位器Rp的阻值)和Rb2 的电流远大于

晶体管的基极电流IB时(一般5～10倍)，则它的静态工作点可用下式估算

Rb2

∙VCC

RB1+Rb2U-UBE

IE=B≈IC

RE

UB≈

UCE=UCC-IC(RC+RE)

电压放大倍数

AV=-β

RC//RL

rbe

输入电阻 ri =RB1//Rb2//rbe 输出电阻 ro ≈ Rc

由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计

和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。

放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1．放大器静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量

测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui =0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用IC ≈ IE= UE 算出IC(也可根据IC=

RE

UCC-UC，由U确定I)，同时也能算出U=U-U，U=U-U。为了减小误差，提高

CCBEBECECE

RC

测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底，如图2-2(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uo的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显)，如图2-2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的ui，检查输出电压uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。

(a) (b) (c)

图2—2

改变电路参数UCC、RC、RB(RB1、Rb2)都会引起静态工作点的变化，如图2-3所示。但通常多采用调节偏电阻RB1的方法来改变静态工作点，如减小RB1

，则可使静态工作点提高

等。

图2—3

最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 2．放大器动态指标测试

放大器动态指标测试有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。

1) 电压放大倍数AV的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值ui和uo，则

UAV=O

Ui

2)输入电阻的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图2-4电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出Us和Ui，则根据输入电阻的定义可得

ri=

UiUiUi

=∙R=∙R IiURUS-Ui

测量时应注意：

① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出Us和Ui，然后接UR=Us—Ui求出UR值。

② 电阻R的值不易取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与ri为同一数量级为好，本实验可取R=1 KΩ～2 KΩ。 3) 输出电阻的测量

按图2—4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压Uo和接入负载后的输出电压UL，根据

UL=

即可求出ro

RL

∙UO

rO+RL

UO

-1)∙RL UL

rO=(

在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

图2—4

4) 最大不失真输出电压Uopp的测试(最大动态范围)

如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RP(改变静态工作点)，用示波器观察uo，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出uo(有效值)，则动态范围等于22Uo。或用示波器直接读出Uopp来。 5) 放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV与输入信号频率f之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2—5所示，Avm为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带 fBW=fH－fL

放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV。为此，可采用前述测AV的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变。

图2—5 图2—6

三．实验设备与器件

1．万用表（自备）； 2．信号源； 3．示波器（自备）； 4．交流毫伏表； 5．直流电压表； 6．9011或9013。

四．实验内容

实验电路如图2—1所示。为防止干扰，各电子仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。 1．测量静态工作点

接通电源前，先将RP调到最大，信号源输出旋钮旋至零。接通+12V电源，调节RP使IC=2.0mA(即UE=3.0V)，用数字电压表测量UB、UE、UC及用万用表测量Rb2值。

记入表

2—1中。

2．测量电压放大倍数

在放大器输入端加入频率为1KHZ的正弦信号us，调节信号源的输出旋钮使Ui=15mV，同时用示波器观察放大器输出电压uo的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的Uo值，并用示波器同时观察uo和ui的相位关系，把结果记入表2—2中。

3．观察静态工作点对电压放大倍数的影响

置Rc=3KΩ，RL=∞，ui适当，调节RP，用示波器监视输出的电压波形，在uo不失真的条件下，测量数组Ic和

Uo值，记入表2—3中。 测量Ic时，要先将信号源输出旋钮旋至零(即使Ui=0)。 4．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RC=3KΩ，RL=3KΩ，ui=0，调节RP使IC=2.0mA（可通过测量UE来估算IC）测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RP，使波形出现失真，绘出uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，把结果计入表2—4中。每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

5．测量最大不失真输出电压

置RC=3KΩ，RL=3KΩ，按照实验原理(4)中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器RP，用示波器和交流毫伏表测量Uopp及Uo，记入表2—5中。

6．测量输入电阻和输出电阻

置RC=3KΩ，RL=3KΩ，IC=2.0mA。输入1KHZ正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出Us.Ui和UL记入表2—6中。

保持Us不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2—6中。

7．测量幅频特性曲线

取Ic=2.0mA，RC=3KΩ，RL=3KΩ。保持输入信号ui或us的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压Uo，记入表2—7中。

为了频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。

说明：本实验内容较多，读者可根据扩展板上给出的不同条件做进一步研究。其中6和7可作为选作内容。

五．实验报告

1．列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值相比较(取一组数据进行比较)，分析产生误差原因。

2．总结Rc，RL及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。 3．讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。 4．分析讨论在调试过程中出现的问题。

六．预习要求

1．阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。 假设：3DG6的β=100，RB1=20KΩ，RB2=60KΩ，RC=2.4KΩ，RL=2.4KΩ。 估算放大器的静态工作点，电压放大倍数AV，输入电阻ri和输出电阻ro。 2．了解放大器干扰和自激振荡消除的方法。

3．能否用数字电压表直接测量晶体管的UBE? 为什么实验中要采用测UB、UE，再间接算出UBE的方法? 4．怎样测量RB1阻值?

5．当调节偏置电阻RB1，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降

UCE怎样变化?

6．改变静态工作点对放大器的输入电阻ri有否影响? 改变外接电阻RL对输出电阻ro有否影响?

7．在测试Av，ri和ro时怎样选择输入信号的大小和频率? 为什么信号频率一般选1KHZ，而不选100KHZ或更高?

8．测试中，如果将信号源、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪器的接地端不再连在一起)，将会出现什么问题?

实验二 晶体管共射极单管放大器

一．实验目的

1．学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 2．掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3．熟悉常用电子仪器及电子技术实验台的使用。

二．实验原理

图2—1为电阻分压工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和Rb2

组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号uo，从而实现了电压放大。

图2—1

在图2—1电路中，当流过偏置电阻RB1 (Rb1和电位器Rp的阻值)和Rb2 的电流远大于

晶体管的基极电流IB时(一般5～10倍)，则它的静态工作点可用下式估算

Rb2

∙VCC

RB1+Rb2U-UBE

IE=B≈IC

RE

UB≈

UCE=UCC-IC(RC+RE)

电压放大倍数

AV=-β

RC//RL

rbe

输入电阻 ri =RB1//Rb2//rbe 输出电阻 ro ≈ Rc

由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计

和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。

放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1．放大器静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量

测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui =0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用IC ≈ IE= UE 算出IC(也可根据IC=

RE

UCC-UC，由U确定I)，同时也能算出U=U-U，U=U-U。为了减小误差，提高

CCBEBECECE

RC

测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底，如图2-2(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uo的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显)，如图2-2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的ui，检查输出电压uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。

(a) (b) (c)

图2—2

改变电路参数UCC、RC、RB(RB1、Rb2)都会引起静态工作点的变化，如图2-3所示。但通常多采用调节偏电阻RB1的方法来改变静态工作点，如减小RB1

，则可使静态工作点提高

等。

图2—3

最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 2．放大器动态指标测试

放大器动态指标测试有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。

1) 电压放大倍数AV的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值ui和uo，则

UAV=O

Ui

2)输入电阻的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图2-4电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出Us和Ui，则根据输入电阻的定义可得

ri=

UiUiUi

=∙R=∙R IiURUS-Ui

测量时应注意：

① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出Us和Ui，然后接UR=Us—Ui求出UR值。

② 电阻R的值不易取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与ri为同一数量级为好，本实验可取R=1 KΩ～2 KΩ。 3) 输出电阻的测量

按图2—4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压Uo和接入负载后的输出电压UL，根据

UL=

即可求出ro

RL

∙UO

rO+RL

UO

-1)∙RL UL

rO=(

在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

图2—4

4) 最大不失真输出电压Uopp的测试(最大动态范围)

如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RP(改变静态工作点)，用示波器观察uo，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出uo(有效值)，则动态范围等于22Uo。或用示波器直接读出Uopp来。 5) 放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV与输入信号频率f之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2—5所示，Avm为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带 fBW=fH－fL

放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV。为此，可采用前述测AV的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变。

图2—5 图2—6

三．实验设备与器件

1．万用表（自备）； 2．信号源； 3．示波器（自备）； 4．交流毫伏表； 5．直流电压表； 6．9011或9013。

四．实验内容

实验电路如图2—1所示。为防止干扰，各电子仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。 1．测量静态工作点

接通电源前，先将RP调到最大，信号源输出旋钮旋至零。接通+12V电源，调节RP使IC=2.0mA(即UE=3.0V)，用数字电压表测量UB、UE、UC及用万用表测量Rb2值。

记入表

2—1中。

2．测量电压放大倍数

在放大器输入端加入频率为1KHZ的正弦信号us，调节信号源的输出旋钮使Ui=15mV，同时用示波器观察放大器输出电压uo的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的Uo值，并用示波器同时观察uo和ui的相位关系，把结果记入表2—2中。

3．观察静态工作点对电压放大倍数的影响

置Rc=3KΩ，RL=∞，ui适当，调节RP，用示波器监视输出的电压波形，在uo不失真的条件下，测量数组Ic和

Uo值，记入表2—3中。 测量Ic时，要先将信号源输出旋钮旋至零(即使Ui=0)。 4．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RC=3KΩ，RL=3KΩ，ui=0，调节RP使IC=2.0mA（可通过测量UE来估算IC）测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RP，使波形出现失真，绘出uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，把结果计入表2—4中。每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

5．测量最大不失真输出电压

置RC=3KΩ，RL=3KΩ，按照实验原理(4)中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器RP，用示波器和交流毫伏表测量Uopp及Uo，记入表2—5中。

6．测量输入电阻和输出电阻

置RC=3KΩ，RL=3KΩ，IC=2.0mA。输入1KHZ正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出Us.Ui和UL记入表2—6中。

保持Us不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2—6中。

7．测量幅频特性曲线

取Ic=2.0mA，RC=3KΩ，RL=3KΩ。保持输入信号ui或us的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压Uo，记入表2—7中。

为了频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。

说明：本实验内容较多，读者可根据扩展板上给出的不同条件做进一步研究。其中6和7可作为选作内容。

五．实验报告

1．列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值相比较(取一组数据进行比较)，分析产生误差原因。

2．总结Rc，RL及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。 3．讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。 4．分析讨论在调试过程中出现的问题。

六．预习要求

1．阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。 假设：3DG6的β=100，RB1=20KΩ，RB2=60KΩ，RC=2.4KΩ，RL=2.4KΩ。 估算放大器的静态工作点，电压放大倍数AV，输入电阻ri和输出电阻ro。 2．了解放大器干扰和自激振荡消除的方法。

3．能否用数字电压表直接测量晶体管的UBE? 为什么实验中要采用测UB、UE，再间接算出UBE的方法? 4．怎样测量RB1阻值?

5．当调节偏置电阻RB1，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降

UCE怎样变化?

6．改变静态工作点对放大器的输入电阻ri有否影响? 改变外接电阻RL对输出电阻ro有否影响?

7．在测试Av，ri和ro时怎样选择输入信号的大小和频率? 为什么信号频率一般选1KHZ，而不选100KHZ或更高?

8．测试中，如果将信号源、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪器的接地端不再连在一起)，将会出现什么问题?