模电实验晶体管共射极单管放大器实验指导书

一、实验目的

1 了解晶体管及相关器件的基本特性； 2 熟悉常用仪器的使用方法；

3 掌握放大电路的主要指标和测试方法； 4 掌握放大电路指标与电路参数的相互关系。

二、实验仪器及器件

设备条件：万用表，示波器，函数发生器，直流稳压电源

实验器材 表2.1 器材名称 晶体管 电容 电位器 电阻 型号/参数 数量 9013 1 10uF 3 10K 1 100 2 导线 2K 5.1K 10K 100K 2 1 1 1 若干 三、 预习要求

1什么是静态工作点，如何测量静态工作点，如何调节静态工作点；

2电路放大倍数的定义和测量方法； 3输入电阻、输出电阻的测量方法； 4最大不失真输出电压的测量方法； 5 实验电路器件布局。

四、实验原理

基本放大电路有共射极、共基极、共集电极三种构成方式，本次实验采用共射极放大电路,如图1.1所示。三极管是一个电流控制电流源器件（即IC＝βIB），通过合理设置静态工作点，实现对交流电压信号的放大。放大电路的主要参数有电压放大倍数Av、输入电阻ri、输出电阻ro。

AvvoRL……………………………………….(1) virberirbe||Rb ……………………………………………….(2)

roRC ………………………………………………….(3)

RC||RL ，RbR2(R1//RW1)，RC为集电极电阻，RL为负载电阻。式（1）中：RL

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rbe300(1)26 ………………….(4) IE由式（1）（2）（4）可以看出： IB↑→IE↑→rbe↓→ri↓→AV↑ 由式（1）（3）可以看出：RC↑→rO↑→AV↑

RCro ,忽略偏置电路对输入电流的影响ri＝rbe 式在负载开路（RL＝∞）时： RL（1）可以写成：Avro

ri上式表明电路放大倍数Av与输出电阻ro成正比，与输入电阻ri成反比。

R1 10K RC C1 10uF 2K Vcc C2 Vo Vi Rw1 10K R2 100K 10uF C3 RE 100

10uF 图1.1 单管放大器共射极电路

五、实验内容 5.1 静态工作点的设置

1什么是静态工作点

静态工作点是指在电路输入信号为零时，电路中各支路电流和各节点的电压值。通常直流负载线与交流负载线的交点Q所对应的参数IBQ、ICQ、VCEQ是主要观测对象，如图1.2所示，在电路调试过程中，电路参数确定以后，对工作点起决定作用的是IB，测量比较方便的是VCE，通过调节RW1改变电流IB，通过测量VCE判断工作点是否合适。

2静态工作点的设置原则

在有负载的情况下，输入信号的变化使工作点沿交流负载线变化，从图1.2中VCE的变化规律可以看出：在不考虑三极管的饱和压降时，VCE向减小方向的变化幅度为VCEQ，向增大方向的变化幅度为ICQ×RL’,要获得最大的不失真输出幅度则:

VCEQ＝ICQ×RL’

由于VCEQ和ICQ满足直流负载线方程VCEQ＝VCC －ICQ×RC 代入上式得：

VCEQ＝VCC×RL/(RC+2RL)

上式表明：当RL=RC时：VCEQ＝VCC/3是获得电压最大不失真输出幅度。 当无负载时（RL＝∞）：VCEQ＝VCC/2是获得电压最大不失真输出幅度。

在电压输出幅度满足不失真的要求的条件下，减小ICQ可以适当提高输入电阻，电

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压放大倍数随之减小，反之，增大ICQ可以适当增大电压放大倍数，输入电阻随之减小。

图 1.2 静态工作点示意图

3 静态工作点的测量

用万用表可以测量直流电压，用示波器同样可以测量直流电压。万用表，有效位数多，测量精度高，示波器可以同时测量直流电压和交流电压，比万用表方便，能够满足测量精度要求。测量方法是：

⑴ 将示波器的输入端短路，调整垂直旋钮，将扫描轨迹设置在合适的位置，作为零电压线；

⑵ 将示波器探头接入被测式点（注意地线必需先连接好），记录扫描轨迹的偏移距离，读取示波器的垂直灵敏度；

⑶ 计算被测电压，比如：示波器的垂直灵敏度为每格1伏，垂直偏转为3格则：

直流电压＝垂直灵敏度×偏转格数＝3伏。

工作点调试和测量过程

⑴ 按图1.3所示连接电路。

⑵ 调节直流电源输出12伏电压，关闭电源输出开关。 ⑶ 连接实验电路到直流电源，打开电源输出开关。

⑷ 调节位器Rw1，观察电压VCE的变化范围，记录最大值和最小值，最后使VCE保持在你认为合适的位置并记录值的大小，将测量结果填如表5.1。

R1

10K RC 2K Vcc VC Rw1 10K R2 100K RE 100 图1.3 单管放大器直流电路

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GND

表5.1 静态工作点测量（电源电压＝12V） 最大值 集电极电压VCE 集电极电路IC（计算） VCEQ 最小值 分析说明：该电路能够正常工作的输出电压范围

5.2 电压放大倍数测量

交流放大电路如图1.4所示，电路中C1为输入耦合电容，C2为输出耦合电容，C3为交流旁路电容。在工作点调整好后，关闭电源，调节信号源输出频率为1KHz，输出幅度为100mV的正弦波，通过RS连接到放大电路输入端。

根据电压放大倍数的定义Av=Vo/Vi Vo 放大电路输出电压幅度，Vi 放大电路输入电压幅度。

R1 10K RS RC 2K C1 10uF Vcc C2 10uF Vo Vi Rw1 10K R2 100K 5.Vs C3 RE 100 10uF GND RL 2K 图1.4 单管放大器动态测试电路

⑴ 调节输入信号幅度，观测输出信号Vce的幅度变化，保持输出不失真。

⑵ 按表5.2的测试条件修改电路结构，同时测量并记录输入信号VS.、Vi的幅值和输出信号VO 、VC的幅值，比较VS和VO的相位关系。

⑶ 用示波器同时测量VC和VO，比较两者的差别。

⑷ 计算电路的放大倍数，说明电容CE对放大倍数的影响。 表5.2 放大倍数测量 （Vs＝ ） 测试条件 输入电压幅度 输出电压幅度 放大倍数 电压12伏（无电容CE） RL开路 RL＝2K 电压12伏（有电容CE） RL开路 RL＝2K 分析说明：电容对放大倍数的影响。 6

5.3 输入电阻与输出电阻的测量

1 测量原理

电阻的测量采用串联分压法，测量原理电路如图1.5所示。

在测量输入电阻时，将放大电路的输入端串接一个电阻RS，把放大电路的输入电阻看成是ri，RS为已知，测量电压V1和电压V2，计算出输入电阻ri；

（V1-V2）: RS = V2 : ri

则 ri=RS×V2 /（V1-V2）

在测量输出电阻时，将放大电路的输出端串接一个电阻RL，ro与RL构成串联电路，当RL开路时，在V2测量端测得出电压V1，RL接入时测出电压V2，RL为已知，计算出输出电阻ro；

(V1-V2) : ro = V2 : RL 则 ro=RL×(V1-V2) / V2

另一种测量操作方法是将RS（或RL）用电位器（可变电阻）替代，调节电位器使V2＝0.5V1 则ri＝RS（或ro＝RL），用万用表测量电位器值就是被测参数。

（a）输入电阻测量原理电路 （b）输出电阻测量原理电路

图1.5 输入电阻与输出电阻测量原理

2 测量步骤

测量放大电路的输入电阻

⑴ 通过理论计算，选择合适的RS的值，调节信号幅度使放大电路的输出不失真； ⑵ 测量V1和V2的幅值填入表5.3A中；分别测量有发射极旁路电容和无发射极旁路电容时的输入电阻值，通过计算说明发射极旁路电容对输入电阻的影响。 表5.3A 输入电阻测量 测量对象 输入电阻 输入电阻 测量条件 有射极旁路电容 无射极旁路电容 RS V1 V2 ri 分析说明：发射极旁路电容对输入电阻的影响。

测量放大电路的输出电阻

⑴ 通过理论计算，选择合适的RL的值，调节输入信号幅度保证输出不失真。 ⑵ 在RL开路时，测量电压输出幅度V1，填入表5.3B； ⑶ 在RL＝2K时，再次测量电压输出幅度V2，填入表5.3B. ⑷ 计算等效输出电阻ro

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表5.3B 输出电阻测量 测量对象 测量条件 RL V1 V2 ro 输出电阻 有射极旁路电容 输出电阻 无射极旁路电容 分析说明：发射极电容对输出电阻的影响。验证表5.2中有负载电阻的放大倍数和无负载电阻的放大倍数是否满足：AVL=AVO×ro/(ro+RL)

5.4 最大不失真输出电压测量

⑴ 断开负载电阻RL，按表5.4测试条件修改电路结构。

⑵ 增大输入信号，观察输出信号波形变化，当出现饱和失真或截止失真时，再次调节工作点，使饱和失真和截止失真同时出现，饱和失真和截止失真出现之前的最大电压输出幅度为最大不失真输出幅度。

⑶ 连接负载电阻RL，再次测量最大不失真输出幅度。

表5.4 最大不失真输出电压（RL开路）

测试条件 最大输出电压VOmax VCC=12伏 无电容CE 有电容CE VCC=10伏 有电容CE VCC=8伏 有电容CE 分析说明：电源电压与不失真幅度的关系。 六、扩展实验内容

1 在无射极旁路电容C3的条件下，测量发射极电阻为50欧姆、100欧姆时的放大电路特性参数，研究射极电阻对Av、ri、ro的影响。

2在有射极旁路电容C3的条件下，测量VCEQ等于4伏、6伏、9伏时的放大电路特性参数，研究工作点对Av、ri、ro的影响。

七、思考题

1.静态工作点对输入电阻和放大倍数有影响吗？说明理由。 2.放大电路的最大不失真输出电压幅度和电路的VCC有关吗？ 3.电路参数保持不变，提高VCC放大倍数将如何变化？

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