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实验一单级放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1、掌握放大电路的静态工作点的调整和测试方法。

2、掌握放大电路的动态参数的测试方法。

3、观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。

二、实验原理

当三极管工作在放大区时具有电流放大作用,只有给放大电路中的三级管提供

合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区,如果静态工作点不适合,输出波形

则会产生非线性失真——饱和失真和截止失真,而不能正常放大。

当静态工作点设置在合适的位置时,即保证三极管在交流信号的整个周期均工

作在放大区时,三极管有电流放大特性,通过适当的外接电路,可实现电压放大。表征

放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数,输入电阻,输出电阻。

由于电路中有电抗元件电容,另外三极管中的PN结有等效电容存在,因此,对于

不同频率的输入交流信号,电路的电压放大倍数不同,电压放大倍数与频率的关系定

义为频率特性,频率特性包括:幅频特性——即电压放大倍数的幅度与频率的关系;相

频特性——即电压放大倍数的相位与频率的关系。

三、实验要求和实验步骤

(1实验要求

1.设计一个分压偏置的单管电压放大电路,要求信号源频率2kHz(峰值5mV,负

载

电阻3.9kΩ,电压增益大于50。

2.调节电路静态工作点,观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形,并

测试

对应的静态工作点值。

3.调节电路静态工作点,要求输入信号峰值增大到10mV电路输出信号均不失

真。在

此状态下测试:

①电路静态工作点值;

②三极管的输入、输出特性曲线和β、rbe、rce值;

③电路的输入电阻、输出电阻和电压增益;

④电路的频率响应曲线和fL、fH值。

(2实验步骤

1.设计分压偏置的单管电压放大电路

2.测试饱和失真和截止失真

电路图如上图所示,当调整R1和R2的大小时,可以观测到饱和失真和截止失

真。

1观察饱和失真并测定参数

调节R1大小,使R1=24.9K,观察示波器,可得输出电压的波形如图1所示。观察

波形,发现输出电压波形出现了削底的现象,对于NPN管说明此时三极管出项了饱和

失真。

图1三极管放大电路饱和失真时的输出电压波形

再通过对电路图进行直流分析,可得图2中的数据。

图2三极管放大电路饱和失真时的静态工作点值

此时静态工作点为Ib=144.87uA、Ic=2.08mA、Vce=0.08V。

2观察截止失真并测定参数

由于输入的信号过小,因此很难观察到截止失真的现象,因此将小信号的峰值调

至20mV,将R2调至21K,观察示波器,可得输出电压的波形如图3所示。观察波形,

发现输出电压波形出现了削顶的现象,对于NPN管说明此时三极管出项了截止失

真。

图3三极管放大电路截止失真时的输出电压波形

再通过对电路图进行直流分析,可得图4中的数据。

图4三极管放大电路饱和失真时的静态工作点值

此时静态工作点为Ib=947.55nA、Ic=208.40uA、Vce=10.84V。

3观察不失真并测定参数

无需改变设计图中的任何参数。观察波形,发现输出电压波形出现了较为对称

的波形(图5。

图5三极管放大电路不失真时的输出电压波形

再通过对电路图进行直流分析,可得图6中的数据。

图6三极管放大电路不失真时的静态工作点值

此时静态工作点为Ib=4.96uA、Ic=1.07mA、Vce=6.07V。

由于静态工作点位置不合适,波形会产生失真,如图7所示。

(1静态工作点偏低,如QB所示,接近截止区,交流量在截止区,使输出电压波形

正

半周被削顶,产生截止失真。

(2静态工作点偏高,如QA所示,接近饱和区,交流量在饱和区,使输出电压波形

负

半周被削底,产生饱和失真。

图7放大电路波形失真图

4.测试三极管的输入、输出特性曲线和β、rbe、rce值1测试三极管的β值

当输入信号峰值增大到10mV时,可以得到电路静态工作点值(图8,得到

215.82

cb

II

=

=β