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1、單級放大電路的設計與仿真一、實驗目的1)掌握放大電路靜態(tài)工作點的調整與測試方法。2)掌握放大電路的動態(tài)參數(shù)的測試方法。3)觀察靜態(tài)工作點的選擇對輸出波形及電壓放大倍數(shù)的影響。二、實驗元件1mV5KHz正弦電壓源,15mV5KHz正弦電壓源,12V直流電壓源,2N2222A三極管,10uF電容(3個),10電阻(2個),3.0電阻,1.5電阻,5.1電阻,250電位器,萬用表,示波器等。三、實驗原理三極管工作在放大區(qū)時具有電流放大作用,只有給放大電路中的三極管提供合適的靜態(tài)工作點才能保證三極管工作在放大區(qū)。如果靜態(tài)工作點不合適,輸出波形則會產生非線性失真——飽和失真和截止失真,而不
2、能正常放大。靜態(tài)工作點合適時,三極管有電流放大特性,通過適當?shù)耐饨与娐罚蓪崿F(xiàn)電壓放大。表征放大電路放大特性的交流參數(shù)有電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。由于電路中有電抗元件電容,另外三極管中的PN結有等效電容存在,因此,對于不同頻率的輸入交流信號,電路的電壓放大倍數(shù)不同,電壓放大倍數(shù)與頻率的關系定義為頻率特性,頻率特性包括:幅頻特性——即電壓放大倍數(shù)的幅度與頻率的關系;相頻特性——即電壓放大倍數(shù)的相位與頻率的關系。參數(shù)選擇:為保證電壓放大倍數(shù)大于50,R4不能太小,選取3.0的電阻。R5為負反饋電阻,太大會減小放大倍數(shù),太小又會使電路不穩(wěn)定,因此選取1.5的電阻。R1,R2的
3、大小影響輸入電阻的大小,選取10的電阻。另外電容選用10uF。圖1實驗原理圖四、輸出信號的動態(tài)分析為了使得到的飽和、截止失真的波形圖更加明顯,用15mV的交流電壓源代替了原先的1mV的電源。用示波器觀察時,只需將一條導線連在9號節(jié)點即可。圖2三極管放大電路動態(tài)分析1、飽和失真情況下的輸出信號調節(jié)電位器的百分比至0%,觀察波形。a)輸出信號波形圖圖3飽和失真時的輸出信號波形圖b)飽和失真情況下電路的靜態(tài)工作點值測試此時靜態(tài)工作點值,其值如下:IB=227.374uA,IC=2.576mA,UCE=69.657mV。圖4飽和失真情況下電路的靜態(tài)工作點值2、截止失真情況下的輸出信號調節(jié)
4、電位器的百分比至90%,觀察波形。a)輸出信號波形圖圖5截止失真時的輸出信號波形圖b)截止失真情況下電路的靜態(tài)工作點值測試此時靜態(tài)工作點值,其值如下:IB=55.51nA,IC=5.329uA,UCE=11.976V。圖6截止失真情況下電路的靜態(tài)工作點值3、不失真且信號幅度最大時的輸出信號將電位器調為4%,觀察波形,輸出波形不失真。而在3%和5%時分別出現(xiàn)飽和失真和截止失真,加大輸入信號,輸出波形出現(xiàn)明顯的失真,因此最大不失真輸出在輸入信號等于15mV時。把輸入信號的幅度調為1mV。a)輸出信號波形圖圖7不失真時的輸出信號波形圖b)不失真情況下電路的靜態(tài)工作點值測試此時靜態(tài)工作點
5、值,其值如下:IB=10.214uA,IC=2.179mA,UCE=2.18V。圖8不失真情況下電路的靜態(tài)工作點值五、測試該電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和頻率特性。經測試,該三極管的參數(shù)如下:rbe=2.714,β=213.1、測量放大電路的電壓放大倍數(shù)可以根據電壓放大倍數(shù)的定義用交流電壓表分別測試輸入電壓和輸出電壓,可計算出電壓放大倍數(shù),測試電路如圖9。圖9電壓放大倍數(shù)測試電路測量輸入電壓與輸出電壓,得Ui=0.999598mV,Uo=144.635mV.則電壓增益Au=Uo/Ui=144.7。通過計算可得電壓增益理論值為:Au′=β(Rc//RL)/rbe=145.
6、44。則實驗的相對誤差為:E=∣Au-Au′∣/Au′×100%=0.509%.2、測量輸入電阻輸入電阻的測試電路如圖10.圖10輸入電阻測試電路測量輸入電壓與輸入電流,得Ui≈1mV,Ii=135.022nA,根據輸入電阻的定義得Ri=Ui/Ii=1.907,通過計算可得輸入電阻理論值為:Ri′=(R1+R3)//R2//rbe=1.916,則實驗的相對誤差為:E=∣Ri-Ri′∣/Ri′×100%=0.470%.3、測量輸出電阻根據輸出電阻的定義:當輸入電壓源等于零時,從輸出端看進去的交流等效電阻為輸出電阻,因此輸出電阻的測試電路如圖11.圖11輸出電阻測試電路測量輸出電壓與
7、輸出電流,Uo≈1mV,Io=334.713nA,根據定義得Ro=Uo/Io=2.988,通過計算可得輸入電阻理論值為:Ro′=Rc=3.0,則實驗的相對誤差為:E=∣Ro-Ro′∣/Ro′×100%=0.415%.4、測量放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性測試電路如圖12。圖12頻率特性測試電路對電路進行頻率特性仿真,得到其幅頻和相頻特性仿真結果如圖13所示。圖13頻率特性仿真結果根據上限頻率和下限頻率的定義——當放大倍數(shù)下降到中頻的0.707倍對應的頻率時,即將讀數(shù)指針移到