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东南大学2016模电3三极管放大电路设计东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 模拟电子电路实验 第 3 次实验实验名称： 三极管放大电路设计 院 （系）： 吴健雄学院 专 业： 电类强化班 姓 名： 学 号： 610142 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间：2016年 4月10 日 评定成绩： 审阅教师： 一、 实验目的1. 掌握单级放大电路的工程估算、安装和调试； 2. 了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法； 3. 掌握级联电路设计方法；4. 掌握负反馈对放大电路特性的影响。二、 预习思考1. 器件资料： 上网查询本实验所用的场效应管 BJ27(2N5485)的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：G:栅极S:源极D:漏极参数符号参数值参数意义及设计时应该如何考虑IDSS4mA(min),10mA(max)uGS=0时的饱和漏极电流，取适中IGSS-1nA（max）栅极反向电流VGS（OFF）-0.5V(min),-4V(max)夹断电压，取适中V（BR）GSS-25V漏源击穿电压，不允许超过此值IG10mA正向栅极电流PD350mW漏极最大允许耗散功率，不允许超过此值gmdiDduGS(uGS=常数)低频跨导上网查询本实验所用的三极管 9013 的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：1发射极2.基极3.集电极参数符号参数值参数意义及设计时应该如何考虑VCBO40V集电极-基极开路电压，不得超过此值VCEO20V集电极-发射极开路电压，不得超过此值VEBO5V发射极-基极开路电压，不得超过此值IC500mA集电极电流IE500mA发射极电流集电极电流hFE144-202共射电流放大系数VCE(sat)0.16V(TYPE)集电极-发射极饱和电压VBE0.6-0.7V基极-发射极电压fT未知2. 偏置电路： 图3.1中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的，如果 R1、R2 取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？ 图 3.1 射级偏置电路 此图为分压式偏置电路。具体的自动调节可以总结为：T()ICuBE=uB-IEREUBEIBIC稳定的Q点3. 电压增益： 1） 对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。 2） 实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问能否用万用表或示波器，为什么？不能。因为为了精确测量，输入输出需用同一仪器。但输入一般较小，用万用表和示波器测量会有明显误差，故此处使用交流毫伏表测量。4. 输入阻抗：1） 放大器的输入电阻 Ri 反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为 RS，试画出图 3.1 中放大电路的输入等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释： 2） 图 3.2 是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻 RS 的取值不能太大也不能太小。 图 3.2 放大器输入阻抗测量原理图 串接电阻太大会使得测量电压过小而影响测量数值，进而影响测量精度。串接电阻太小会使得电路不稳定。3） 对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图 3.1 放大电路的输入阻抗。 提高RB1、RB2和RE的值。5. 输出阻抗：1） 放大器输出电阻 RO 的大小反映了它带负载的能力，试分析图 3.1 放大电路的输出阻抗受那些参数的影响，设负载为 RL，画出输出等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释。 2） 图 3.3 是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻 RL 的取值不能太大也不能太小。 图 3.3 放大器输出阻抗测量原理图由计算公式RO=VO-VLVLRL知，当RL过大时，电压的差值会很小，不便于测量区分；当RL过小时，负载分得的电压较小，会减小测量的精度。6. 负反馈对放大器性能的影响 引入交流负反馈后，放大器的放大倍数将下降，其表达式为AF=11+AF。式中，F为反馈网络的反馈系数；A为无负反馈时的放大倍数。引入负反馈后通频带加宽，负反馈放大器上限频率 fHF与下限频率fLF的表达式分别为fHF=(1+AF)fH和fLF=fL1+AF。引入负的反馈还会改变放大器的输入电阻与输出电阻，其中并联负反馈能降低输入阻抗，串联负反馈能提高输入阻抗，电压负反馈使输出阻抗降低，电流负反馈使输出阻抗升高。三、 实验内容1. 基本要求(一) 根据图 3.1 所示电路，研究静态工作点变化对放大器性能的影响 1） 调整 RW，使静态集电极电流 ICQ=1mA，测量静态时晶体管集电极发射极之间电压UCEQ。记入表3-1中。 2） 在放大器输入端输入频率为 f=1kHz 的正弦信号，调节信号源输出电压 US 使 Ui=5mV，测量 US、UO 和 UO （负载开路时的输出电压）的值并填于表 3-1 中。注意：用双综示波器监视 UO 及 Ui 的波形时，必须确保在 UO 基本不失真时读数（教师当堂验收）。 3） 重新调整 RW，使 ICQ 分别为 2mA，重复上述测量，将测量结果记入表 3-1 中。 4） 根据测量结果计算放大器的 Au、Ri、Ro。 电路图如图所示。特别说明：RC此处采用2.7k，并非所提供的3k.表 3-1 静态工作点变化对放大器性能的影响 静态工作点电流 ICQ(mA)12测量值测量值理论值误差输入端接地UBQ(V)1.6282.6252.60.96%UCQ(V)9.206.486.61.82%UEQ(V)0.9891.9821.00%输入信号Ui=5mVUS(mV)6.397.171.42%UO(V)0.490.9515%UL (V)0.270.490.52%计算值UBEQ0.639UCEQ8.211Au-53Ri/k3.60RO/k2.7波形如图所示：(二) 观察不同静态工作点对输出波形的影响 1） 改变 RW 的阻值，使输出电压波形出现截止失真，绘出失真波形，并将测量值记录表 3-2 中。 饱和失真：完全饱和失真：2） 改变 RW 的阻值，使输出电压波形出现饱和失真，绘出失真波形，并将测量值记录表 3-2 中。 截止失真：完全截止失真：注明：要想出现截止失真波形，调节静态工作点是其一要素，另一关键是需要增大输入信号的幅度，这样才能出现截止失真。 表 3-2 不同静态工作点对输出波形的影响 完全截止 截止失真 饱和失真 完全饱和 测量值 UBQ(V) 0.993 2.61 3.6473.277 UCQ(V) 10.986.72 3.724 3.813UEQ(V) 0.388 1.96 2.982 3.143波形 (三) 测量放大器的最大不失真输出电压 分别调节 RW 和 US，用示波器观察输出电压 UO 波形，使输出波形为最大不失真正弦波。测量此时静态集电极电流 ICQ 和输出电压的峰峰值 UOPP。 可以看到，此时最大不失真输出信号的峰峰值为3.52V。2. 提高要求a) 设计一个分别由共源（CS）、共射（CE）和共集（CC）构成的三级放大电路，要求满足以下指标：（设共源、共射和共集的输出电压分别为 UO1、UO2 和 UO） Au100，Ri1M，RO100。 写出具体设计过程，计算电路参数以及 Au、Ri 和 RO 的理论值。设置合适的静态工作点，在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压 US 使 Ui=5mV，用示波器双踪显示 Ui、Uo 的波形，在输出波形不失真的情况下，记录波形，测量 US、UO 和 UO（负载开路时输出电压）并计入表 3-3 中。根据测量结果计算放大器的 Au、Ri、Ro，与理论值比较。 电路图如图所示：注明：为了便于实验报告观察，此处将分为三个部分，最终部分为三个部分的交流耦合。CS:CE:CC:注明：此处均采用稳定性较高的分压式偏置电路。四、 实验总结WINSTON YE