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单管共发射极放大电路.doc 单管共发射极放大电路 一、实验 (1)建立单管共发射极放大电路。 (2)分析共发射极放大电路放大性能。 (3)分析共发射极放大电路频率特性。 (4)分析共发射极放大电路静态工作点。 二、实验内容 实验内容一: 用Ni Multisim软件验证习题2.14，2.15，分析实验结果。 实验内容二: (1)建立单管共发射极放大电路实验电路，如图1-1所示。NPN型晶体管(QNL电流放大系数为80，基极体电阻为100Ω，发射结电容为3pF，集电结电容为2pF。用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为5mV的正弦交流小信号作为输入信号。示波器分别接到输入波形和输出端观察波形。 (2)打开仿真开关，双击示波器，进行适当调节后，用示波器观察输入波形和输出波形。注意输出波形与输入波形的相位关系。并测量输入波形和输出波形的幅值，计算放大电路的电压放大倍数。 (3)建立共发射极放大电路静态工作点测量电路。如图1-2所示。利用直流电压表和电流表测量集电极电压、电流以及基极电流。判断晶体管是否工作在放大区。 (4)如果将基极电阻由580kΩ改变为400kΩ，再测量各项电压、电流，判断晶体管是否工作在放大区。然后将图1—1中基极电阻Rb由580kΩ改变为400kΩ，再用示波器观察放大电路的输入波形和输出波形，观察输出波形发生什么样的变化，属于什么类型的失真。 三、实验电路原理图 四、实验结果及分析 2-14 分析: 电路图一:要求集电极电压V0=(5~7)V，通过计算可知，R1的电阻值在(2.5~3.5)千欧，R2的电阻值为5.65千欧。设置R1的电阻值为3千欧，R2的电阻值为5.65千欧，测出的VO为6.004。 电路图二:将器件改为PNP管，要求电压数值不变，保证集电极电压|VO|、电流IC不变，通过计算可知，R1的电阻值为5.65千欧，R2的电阻值在(2.5~3.5)千欧。设置R1的电阻为5.65千欧，R2电阻值为3千欧，测出的VO为-6.044。 2-15 分析: 电路图一:通过计算可知，IC的电流为16.74毫安，实际IC电流为14毫安。电路中存在误差。 电路图二:由图知，Ib电流为0.479毫安，所以三极管是导通的。又由Vce=-3.776<0.3V，可以推测出三极管处于饱和区。 实验内容二: 分析: 由波形图可知，电压放大倍数为49。 分析: Vbe=0.650，Ib=0.02毫安，所以三极管导通，Vce=0.894.>0.，所以三极管处于放大区。 分析:当R1=400千欧时，由于静态工作点的向上偏移，出现饱和失真。 五、实验结论 通过上机实验，对三极管的工作原理有了更透彻的理解。在直流工作状态下，以共发射极接法为例(信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地)，当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β。在交流工作状态下，直流偏置是为了保证三极管工作在放大区。所谓的放大电路其实是一个小信号控制大信号的电路。基极回路是小信号回路，用来控制集电极这个大信号回路，原本的信号没有被放大，只是在基极回路的控制下，集电极的大信号回路模拟出了基极的信号而已。这样集电极电流被基极控制在比基极跟大的范围内变化，然后在集电极负载电阻上形成信号电压，经输出电容隔离了直流分量，输出了“放大了的”交流分量。 三种基本组态晶体管放大电路 信息科学与工程学院 通信3班 郑睿 20080820325 一、实验要求 (1)分析工作点稳定的共发射极放大电路性能。 (2)分析共集电极放大电路性能。 (3)分析共基极放大电路性能 二、实验内容 (1)建立工作点稳定的共发射极放大电路实验电路如图2-1所示。NPN型晶体管取理想模式，电流放大系数设置为50，用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号，输入端电流表设置为交流模式，电路中用I键控制的开关选择电路输出端是否加负载。用空格键控制的开关选择发射极支路是否加旁路电容。 (2)打开仿真开关，用示波器观察电路的输入波形和输出波形。单击示波器上Expand按钮放大屏幕，测量输出波形幅值，计算电压放大倍数。根据输入端电流表的读数计算输入电阻。 (3)利用L键拨动负载电阻处并关，将负载电阻开路，适当调整示波器A通道参数，再测量输出波形幅值，然后用下列公式计算输出电阻Ro。 其中Vo是负载电阻开路时的输出电压。 (4)连接上负载电阻，再利用空格键拨动开关，使发射极旁路电容断开，适当调整示波器A通道参数，再测量、计算电压放大倍数。并说明旁路电容的作用。 (5)建立共集电极放大电路如图2-2所示。NPN型晶体管取理想模式，电流放大系数设置为50，用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号，输入端电流表设置为交流模式。 (6)打开仿真开关，用示波器观察电路的输入波形和输出波形。单击示波器上Expand按钮放大屏幕，测量输出波形幅值，计算电压放大倍数。根据输入端电流表的读数计算输入电阻。 (7)仿照步骤3求电路输出电阻。 (8)建立共基极放大电路，如图2-3所示。NPN型晶体管取理想模式，电流放大系数设置为50。用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号，输入端电流表。 (9)打开仿真开关，用示波器观察电路的输入波形和输出波形。单击示波器上Expand按钮放大屏幕，测量输出波形幅值，计算电压放大倍数。根据输入端电流表的读数计算输入电阻。 (10)仿照步骤3求电路输出电阻。 三、实验电路原理图 1、工作点稳定的共发射极放大电路 2、共集电极放大电路 3、共基极放大电路 四、实验结果及分析 1、工作点稳定的共发射极放大电路 函数信号发生器参数设置 波特图: 分析: 当输入信号频率过低，低于下限角频率，直接耦合电容起到分压作用，不能忽略。当输入信号频率过高时，高于上限角频率，结电容电容起到分流作用，不能忽略。所以，输入信号的频率设置在中频段。设置根据输入输出信号波特图分析，中频范围在113HZ~9.6MHZ之间。所以设置信号发生器的频率在10HZ。 当电路中旁路电容和负载都闭合时的波形 分析: 当旁路电容和负载的开关都闭合的时候，放大倍数将近25.。 输入电阻Ri=10*10^3V/5.7866=17.9K 旁路电路闭合，负载断开时的波形 分析: 旁路电路闭合，负载断开时的时候，放大倍数为40。 根据公式 其中，Voc是负载连接时的输出电压，Vo是负载断开时的输出电压。Rl是负载电阻 Ro=500*2*10k/200*4-10k=2.5k 输出电阻为2.5k。 旁路电容断开，负载闭合时的波形 分析: 旁路电容断开，负载闭合时的时候，放大倍数为2.5。 旁路电容的作用: 1、当不连接旁路电容时，放大倍数为25。当连接旁路电容时，放大倍数为2.5。旁路电容具有降低电路放大倍数的作用。 2、当不连接旁路电容时，电流表的读数一直在波动。当连接旁路电容时，电流表的读数相对稳定。旁路电容具有稳定直流静态工作点的作用。 旁路电容、负载都断开的波形 分析: 旁路电容、负载都断开的时候，放大倍数为5.。 2、共集电极放大电路 函数信号发生器参数设置 负载闭合时的波形: 分析: 当负载闭合时，放大倍数为1。 输入电阻Ri=Vi/I=10*10^3V/0.075=133K 负载断开时的波形: 分析: 当负载断开时，放大倍数为1。 根据公式 其中，Voc是负载连接时的输出电压，Vo是负载断开时的输出电压。Rl是负载电阻 Ro=10*5.1k/9.8-5.1k=104 3、共发射极放大电路 函数信号发生器参数设置 负载闭合时的波形: 分析: 当负载闭合时，放大倍数为50。 输入电阻Ri=Vi/I=10/0.197=50 负载断开时的波形: 分析: 当负载闭合时，放大倍数为50。 根据公式 其中，Voc是负载连接时的输出电压，Vo是负载断开时的输出电压。Rl是负载电阻 Ro=21*10k/18-10k=17k 五、实验结论 根据实验数据得出，共发放大器的输入电阻为17.9K，输出电阻为2.5K。共集放大器的输入电阻为133K，输出电阻为104。共基放大器的输入电阻为50，输出电阻为17K。共集放大器更接近于一个理想的电压放大器，而共集放大器更接近于一个理想的电流放大器。 三种基本放大电路各有特点，用途也不一样，下面从几个主要方面加以比较: ?电流放大倍数——共发射极电路的输入电流是基极电流Ib，输出电流是集电极电流Ic，电流放大倍数KI=Ic/Ib=β，通常β是很大的。共基极电路的 输入电流是发射极电流Ie，输出电流是集电极电流Ic，电流放大倍数就是a=Ic/Ie，由于Ic小于Ie，所以a总是小于1的。共集电极电路的输入电流 为Ib，输出电流是Ie，所以电流放大倍数KI=Ie/Ib=(Ib+Ic)/Ib=1+β，可见放大倍数也是很大的。 ?电压放大倍数——共发射极电路的输入端实际上就是三极管的发射结，并处于正向电压工作状态，所以从输入端看进去，输入阻抗Rλ是较低的。而输出端的集电 结是处于反向电压状态，输出阻抗很大。由于共发射极电路的电流放大倍数很大，输出电流Ic就会在输出端产生很大的输出电压Vo，因而共发射极电路的电压放 大倍数是很大的。共基极电路的电流放大倍数虽然小于1，但是可以选择较大的集电极负载电阻Rc，并且选择合适的集电极电源Ec，使Rc增大后Ic不变，那 么在Rc上仍可得到很大的输出电压Vo，使电压放大倍数远大于1。共集电极电路的输入端是集电结，并处于反向电压状态，所以输入阻抗很高，而输出阻抗很 低，这样就使得共集电极电路的电压放大倍数总小于1。 ?功率放大倍数——功率P=IU，功率放大倍数Kp=P出/P入，因而这三种电路都具有功率放大能力。譬如共基极电路，虽然它的电流放大倍数α,1，但电压放大倍数较大，所以仍有功率放大倍数。当然，比较起来，共发射极电路的功率放大倍数最高。 ?频率特性——放大器的频率特性是指放大器在工作频率范围内其放大倍数随频率的变化特性。通常是用一根曲线来表示，如图4。图中水平轴上的刻度表示频率由 低到高的变化，垂直轴上的刻度表示放大倍数K自小到大的变化，两轴的交点O是变化的起点叫做原点。从曲线可看出:随频率升高，放大器的放大倍数是逐渐下降 的。这是为什么呢,主要是因为三极管的β和α都是随频率升高而降低的。例如PNP三极管使用在低频的情况下，内部大量载流子通过基极到集电极的过程中，由 于基极做得极薄，通过基极的时间(一般叫渡越时间)相比于信号周期可以忽略不计，也就是说只有很少一部分来不及到达集电极被基极中的电子复合。当三极管工 作在高频的情况下，若渡越时间与信号周期相比差不多，就会使扩散的载流子在还没有来得及通过基极到达集电极时，交流信号的方向就发生变化，结果使截流子在 基极被电子复合的可能性大大增加，也就是Ib增加，Ic却减小，因此当频率升高时放大倍数下降。 场效应管放大电路 信息科学与工程学院 通信3班 郑睿 20080820325 一、实验要求 (1)建立场效应管放大电路。 (2)分析场效应管放大电路的性能 二、实验内容 (1)建立结型场效应管共源放大电路。结型场效应管取理想模式。用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号。 (2)打开仿真开关，用示波器观察场效应管放大电路的输入波形和输出波形。测量输出波形的幅值，计算电压放大倍数。 (3)建立如图3-3所示的场效应管放大电路的直流通路。打开仿真开关，利用电压表和电流表测量电路静态参数。 三、实验电路原理图 结型场效应管共源放大电路 场效应管放大电路的直流通路 四、实验结果及分析 1、函数信号发生器参数设置 输入信号输出信号波形: 分析: 共源放大电路的电压放大倍数为10。 输出波形的幅值为100mv。 2、场效应管放大电路的直流通路大电路的直流通路 分析: 根据实验数据可得，场效应管的漏源电压为15.076V，栅源电压为0.411V，漏极电流为 0.05mA。 电压表和电流表测到的栅源电压，漏源电压，漏极电流。 五、实验结论 由实验数据可得，场效应管的栅极电流很小，几乎为0，即场效应管的输入电阻很大。 与双极型晶体管放大电路的共发射极、共集电极和共基极电路相对应，场效应管放大电路也有三种基本组态:共源电路、共漏电路、共栅电路。其电路结构与分析方法与双极型晶体管放大电路类似。 共源电路类似于双极型晶体管放大电路的共发电路，共漏电路类似于双极型晶体管放大电路的共集电路，共栅电路类似于双极型晶体管放大电路的共基电路。 场效应管区别于晶体管主要有两点: 1、场效应管的输入电阻很大，晶体管的输入电阻较小; 2、场效应管是单极型器件，晶体管是双极型器件。单极型器件是指只有一种载流子参与运 动，双极型器件是两种载流子参与运动。场效应管只有自由电子参与导电，而晶体管的自由 电子和空穴两种载流子参与导电。 差动放大电路 信息科学与工程学院 通信3班 郑睿 20080820325 一、实验要求 (1)建立差动放大电路。 (2)分析差动放大电路性能。 二、实验内容 (1)建立单端输入、单端输出长尾式差动放大电路。T1、T2均为NPN晶体管，采用理想模式，电流放大系数设为50。用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mY 的正弦信号。示波器通道A输入设为500mV,Div，通道B输入设为10mV,Div。 (2)打开仿真开关，用示波器观察长尾式差动放大电路的输入波形和输出波形。测量输出波形幅值，计算差模电压放大倍数。 (3)按空格键拨动开关，使差动放大电路两个输入端同时输入同样的信号，即共模信号。示波器通道A输入改设为10mV,Div，再用示波器观察长尾式差动放大电路的输入波形和输出波形。测量输出波形幅值，计算共模电压放大倍数。 (4)计算共模抑制比 三、实验电路原理图 单端输入、单端输出长尾式差动放大电路 四、实验结果及分析 函数信号发生器参数设置 1、开关打在下边，输入差模信号 差动放大电路两个输入端输入差模信号的输入输出波形 分析: 输出波形幅值为1.435V。差模电压放大倍数为100。 2、开关打在上边，输入共模信号 差动放大电路两个输入端输入共模信号的输入输出波形 分析: 输出波形幅值很小，接近于0V。差模电压放大倍数几乎为0。 五、实验结论 理论方面我们学习了差分放大电路具有放大差模信号，抑制共模信号的作用。通过实验电路的仿真，从输入输出波形中加深了知识的理解和消化。 从实验数据可得，输入差模信号时，电压放大倍数为100。输入共模信号时，电压放大倍数几乎为0。从实验中可以得出差分放大电路具有放大差模信号、抑制共模信号的作用。 差分放大电路对差模信号具有抑制零点漂移的作用。一方面，电路结构的对称性，另一方面，接在发射结的Re电阻起到的负反馈作用。 基本差动放大电路可以看成由两个电路参数完全一致的单管共发射极电路所组成。差分放大电路对差模信号有放大能力，而对共模信号具有抑制作用。差模信号指电路的两个输入端输入大小相等，极性相反的信号。共模信号指电路的两个输入端输入大小相等，极性相同的信号。共模抑制比等于差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比 负反馈放大电路 信息科学与工程学院 通信3班 郑睿 20080820325 一、实验要求 (1)建立负反馈放大电路。 (2)分析负反馈放大电路的性能。 二、实验内容 (1)建立电压串联负反馈放大电路。晶体管为QNL，用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为5mV的正弦交流小信号作为输入信号。示波器分别接到输入端和输出端观察波形。 (2)打开仿真开关，双击示波器，进行适当调节后，观察输入波形和输出波形。测量输入波形和输出波形的幅值，计算电路闭环电压放大倍数并与理论计算值相比较。 (3)对于电路反馈电阻Rf进行参数扫描分析，以观察反馈电阻变化对闭环增益及通频带的影响。具体步骤是:选择Analysis,ParameterSweep命令，弹出ParameterSweep对话框，选取扫描元件为Rf、扫描起始值为5k，扫描终止值为20k、扫描型态为Linear、步进值为5k、输出节点为3，再选择暂态分析或AC频率分析，然后单击Simulate按钮进行分析。 三、实验电路原理图 电压串联负反馈放大电路 四、实验结果及分析 输入输出波形 分析: 输入波形的幅值为4.998mV。 输出波形的幅值为437.899mV。 闭环放大倍数为70。 对于电路反馈电阻Rf进行参数扫描分析，以观察反馈电阻变化对闭环增益及通频带的影响 参数设置: 具体步骤: 选择Analysis,ParameterSweep命令，弹出ParameterSweep对话框，选取扫描元件Rf、扫描起始值为5k，扫描终止值为20k、扫描型态为Linear、步进值为5k、输出节点为3 AC频率分析 暂态分析 五、实验结论 负反馈虽然使放大电路的增益下降，但是能改善放大电路的性能，稳定静态工作点，有效提高电路的通频带，能够提高电路放大倍数的稳定性、能够扩展通频带等。如果负反馈放大电路属于深度负反馈，则放大电路闭环放大倍数等于反馈系数的倒数。如果电路满足深度负反馈条件，闭环电压放大倍数为 RfA,， 1VRe1 求和电路 信息科学与工程学院 通信3班 郑睿 20080820325 一、实验要求 (1)建立反相求和电路。 (2)分析电路性能。 二、实验内容 `(1)建立反相求和电路，集成运放采用LM741，用两交流电压源分别产生V1、V2正弦交流输入信号，其频率均为lkHz,有效值分别为100mV和200mV。电阻R1=1kΩ，R2=2kΩ，Rf=10kΩ。示波器用来观察电路输入波形和输出波形。空格键控制开关将两输入之一与示波器输入相连。 (2)打开仿真开关，用空格键控制示波器输入信号的接入，适当调节示波器，分别观察电路输入波形与输出波形对应的变化关系。测量输出波形的幅值并与理论计算值比较。 三、实验电路原理图 四、实验结果及分析 根据虚短、虚断的概念，可知集成运放的反相输入端为虚地，由此可列出下列方程式: VVVo12，,, RRR12f ,,VV12,,由此得: VR ,,，of,,RR12,, 理论值为2000mV. 测量值为2843/^0..5=2000 mV. 1、开关接到下边，即接到200mV的电流源 分析: 输出波形的幅值为2.834V，有效值为2843/2^0..5=2010 mV. 测量值与理论值在误差范围允许的情况下是相一致。 2、开关接到上边，即接到100mV的电流源 分析: 输出波形的幅值为2.844V，有效值为2844/2^0..5=2010 mV. 测量值与理论值在误差范围允许的情况下是相一致。 五、实验结论 根据实验数据可得，集成运放加若于电阻构成的反相求和电路，其电路输出与输入之和成比。 用空格键控制示波器输入信号的接入，适当调节示波器，电路的输出波形几乎不变，集成运放很稳定。输入波形随着输入信号的不同而改变。本实验的输入信号分别为100mV和200mV的交流小信号的正弦电流源，输出波形的幅值的有效值与输入信号的有效值一致。