1、线性部分实验一、单级低频放大器一实验目的1.通过对单级晶体管低频放大器的工程估算，安装和调试。熟悉放大器的主要性能指标及其测量方法。2.进一步掌握示波器，信号发生器， ，电压表和晶体管直流稳压电源的使用方法。二实验原理1.静态工作点和偏置电路形式的选择放大器的基本任务是不失真地放大信号。要使放大器能够正常工作，必须设置合适的静态工作点 Q。为了获得最大不失真的输出电压，静态工作点应该选在输出特性曲线上交流负载线的中点。如图 1-1 所示。若工作点选地太高（如图 1-2 中 Q2 点） ，就会引起饱和失真；若选得太低（如图 1-2 中 Q1 点） ，就会产生截止失真。对于小信号放大器而言，由于输
2、出交流信号幅度很小，非线性失真不是主要问题，因此 Q 点不一定要选在交流负载线的中点，而可根据其他要求来选择。例如，希望放大器耗电小，噪声低或输入阻抗高，Q 点可选低一些；希望放大器增益高就要求 Q 点适当高一些，等等。放大器的静态工作点电压和电流可由简单偏置电路（图 1-3）和分压式偏置电路（图1-4）供给。简单偏置电路结构简单，但当环境温度或其它条件变化（例如更换管子）时，Q 点将会明显地偏移，因此，本来不失真的输出波形就可能产生失真。而分压式偏置电路具有自动调节静态工作点的能力，所以当环境温度变化或者更换管子时，Q 点能够基本保持不变，因而这种电路获得了广泛的应用。2.分压式偏置电路的工
3、程估算对于如图 1-4 所示的小信号低频放大电路，若已知负载电阻 ，电源电压 ，集电LRc极电流 和晶体管的电流放大系数 ，则偏置电路元件可按照下列经验公式进行估算，cqI凡是按计算结果确定的各元件数值，一般应取标称值（查附录二） 。然后在实验中必要时可适当修改电路元件的参数，进行调整。（1）基极直流工作点电流 bQIcQbI（2）分压器电流 1I bQcIREI)105(21（3）发射极电压 取 或取 VeQUc2.03eQU（4）发射极电阻 eRceI（5）基极电压 bQUbeQebQU式中，硅管的 =0.7V,锗管的 =0.2Vee（6）分压器电阻 和 1R211IERbQc12IRbQ
4、（7）集电极电阻 e一定时，若增大 ，则将减小，输出信号的动态范围就随着减小；但若 过小，cEe eR对负载电阻 的分流作用就过大，放大器的增益将明显减小。因此，一般取eRLLcR)51(3.低频放大器输入电阻 的测量i放大器的输入电阻 是向放大器输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压 和输i iU入电流 之比，即 iIiiIUR测量 的方法很多，这里简单介绍几种常用的方法。一种是电桥法，测量电路如图iR1-5 所示， 作为桥路的一个臂。当 = 时，若 ,则电桥平衡，电流计 G 知识i 12iWR为零，所以 的阻值就是输入电阻 值。WiR测量 的另一种方法称为替代法，测量电路如图 1-6 所示
5、。当开关 K 置“1”位时，iR测量，两端电压；K 置于“2”位时，调节 ，使， 两端电压仍为原来的值，则WR的阻值即为输入电阻 的值。Wi本实验采用另一种测量方法成为换算法，测量电路如图 1-7 所示。在信号源与放大器之间串入一个已知电阻 R，只要分别测出 和 ，则输入电阻为sUiRIisiii 测量 时应注意以下三点：i（1） 由于 两端没有接地点，而电压表一般测量的是对地的交流电压，所以，R当测量 两端的电压 时，必须分别测量 两端对地的电压 和 ，并RURsUi按下式求出 值：isR实际测量时，电阻 的数值不宜取得过大，否则容易引入干扰；但也不宜过小，否则测量误差较大。通常取 与 为同
6、一个数量级比较合适，本实验取 为 1k.i R（2）测量之前，毫伏表应该校零， 和 最好用同一量程档进行测量。sUi（3）输出端应接上负载电阻 ，并用示波器监视输出波形。要求在波形不失真的条LR件下进行上述测量。4.低频放大器输出电阻 的测量e放大器的输出电阻是将输入电压源短路时从输出端向放大器看进去的等效内阻。和测量 一样，本实验仍用换算法测量 ，测量电路如图 1-8 所示。iRoR在放大器输入端加入一个固定信号电压分别测量负载 断开和接上时输出电压 、LRoU，就可按下式求得输出电阻。LULRU)1(05.低频放大器幅频特性的测量维持输入信号电压 的幅度不变，改变输入信号频率，测量放大器的
7、输出电压 ，i LU计算对应于不同频率放大器的电压增益 ,便可得到放大器增益的幅频特性。sLusK/通常将增益下降到中频增益的 0.70 倍时对应的上，下限频率用 和 之差就称为放大器HfL的三分贝通频带，即 LHff7.0三实验仪器a) 二踪示波器 1 台b) 信号发生器 1 台c) 晶体管毫伏表 1 台d) 晶体管直流稳压电源 1 台e) 三用表 1 台四实验内容1.装接单管放大电路（1）检查元器件：用 JT-1 型图示仪测量三极管的主要参数，并用三用表测量电阻的阻值，判断电容器的好坏。（2）对元器件进行预焊。（3）按照图 1-4 所示分压示偏置电路，在有空芯铜铆钉的通用实验电路板上焊接元
8、件。要求做到元件排列整齐，密度匀称，不互相重叠；连接线应短并尽量避免交叉，必须交叉时要使用绝缘导线；对电解电容应注意正，负极性，元件标称值字符朝外以便于检查；一个铆钉孔内一般只允许焊入两个导线头。（4）安装完毕后，应根据电路图进行仔细检查，看是否有错焊，漏焊或虚焊现象，并用三用表（电阻档）检查底板上电源接线柱与地之间有无短路现象。2.连接仪器和实验底板用导线将图 1-9 所示的各仪器和实验底板正确地连接起来，检查无误后接通电源（稳压电源的输出电压值应预先调到+12V） 。3.观察不同的静态工作点对放大器性能的影响（1）调节 ,使静态集电极电流为 （2mA） ，测量三极管 c-e 间的静态电压W
9、R1cQI.ceQU（2）在端加入频率为 1kHZ 的正弦信号电压 ，调节 的大小，使 =8mV。用sUseU示波器监视输出电压波形 ，在波形不失真的条件下用电压表测量。测量不接 时的输iULR出电压 和接入 时输出电压 ，并记录表 1-1 中。oLRL表 1-1 =8mV =1kHZsUf(参考值)mAcQI1.52cQI2.01cQI2.53cQI测量值 (V)ceU测量值 (mV)i测量值 (V)o测量值 (V)LU计算值 sLK/计算值 iR计算值 o根据实验所的数据，计算放大器的电压增益 ,输入电阻 和输出电阻 。usKiRo4.观察由于静态工作点选择不合理而引起输出波形的失真频率为
10、 1kHZ 的正弦信号由端加入，调节 ,使 =8mV 左右。这时，输出信号应为sUs不失真的正弦波。（1）将 的阻值增至最大，观察输出波形是否出现截止失真？描下此时的波形（若WR波形失真不够明显，可适当加大 Us） 。（2）将 的阻值减小，观察输出波形是否出现饱和失真？描下此时的波形。5.测量放大器幅频特性曲线将静态集电极电流恢复到 2mV。信号发生器的输出电压 由端加入，保持 的sUoU幅值不变（8mV） ，改变信号频率 ,逐点测出相应的输出电压 ，填入表 1-2 中，并计算f L通频带。 表 1-2 =8mVsU*6.测量放大器的最大不失真输出电压幅度调节 和 ，用示波器观察输出电压波形，
11、使输出为最大不失真正弦波，测量此WRsU时的静态集电极 和输出电压 值。cQIL*7.两种偏置电路的稳定性（1）前述的两种偏置电路中，分别换入不同 值的晶体管，观察静态工作点电流的变化。（2）在两种偏置电路中，晶体管改用锗 PNP 型的 2AX31，在 相同，输出波形不失cQI真的情况下，用通电的烙铁头靠近（但切勿碰上）晶体管，加热相同的时间（约 1 分钟） ，观察并记下两重电路的 的输出波形的变化，比较两重偏置电路对温度的稳定性。cQI五预习要求a）掌握小信号低频放大器静态工作点的选择原则，放大器重要指标的定义几及其测量方法。b） 已知 =3k, =12V, mA 晶体管的 =50，试用经验
12、公式估算图 1-4LRcE2cQI所示电路各个元件的数值，并求出放大器的 , , 值（图中所示元件数值供参考） 。usKiRoc） 读本实验附录中关于焊接基本知识的内容。d） 出图 1-9 所示各仪器和实验底板之间的连线。六实验报告要求a）画出实验线路，整理实验数据。列表比较 , , 的理论值与实测值。usKiRob）根据实验结果，讨论工作点变化对放大器性能的影响。c）用单对数坐标纸画出电压增益的幅频特性曲线，典型的幅频曲线如图 1-10 所示。(HZ)f(V)LsK/d）讨论两种偏置电路的特点。七思考题a）在示波器上显示的 NPN 型晶体管放大器输出电压的饱和失真波形或截止失真波形是否相同？
13、b） 如果在分压式偏置电路中，要将 NPN 型晶体管换成 PNP 型晶体管，试问 及电解cE电容的极性如何改动？c） 如何通过实验求得放大器的电流增益 ?iKd）在图 1-4 所示电路中，如果电容器 电较严重，试问当接上 时，静态工作点会2CLR如何变化？e）2172 型晶体管毫伏表 10mV 档测得放大器的输入电压 为 8mV，用 1V 档测得输出sU电压 为 0.46V 时，如果 EM2172 型毫伏表误差为正负 1.5%，试估算电压增益的最大相对lU误差？实验二、场效应管放大器一. 实验目的(1)通过实验，了解场效应管共源放大器的性能特点，进一步掌握放大器主要性能指标的测量方法。(2)学
14、会用晶体管特性图示仪测量场效应管的特性曲线。二. 实验原理1.场效应管的特点场效应管与晶体管比较，具有下列特点：(1)输入阻抗高。结型管的输入阻抗大于 ，MOS 管的则更高，而晶体管的输入阻710抗约为 K 数量级。(2)跨导 比较小。约在 mS 数量级，而晶体管的跨导高达几十 mS（毫西） 。mg(3)场效应管只有一种载流子导电，而晶体管则有两种载流子导电，因此场效应管受温度或核辐射等外界因素的影响较小。(4)噪声一般比晶体管的小。(5)一般情况下，源极 s 极和漏极 d 由于结构对称，可互换使用。(6)耗尽型 MOS 管栅压可在正值或负值下工作，使用比较灵活方便。(7)由于 MOS 管的氧
15、化膜很薄，而输入阻抗又很高，少量的感应电荷就会产生相当大的电压，导致绝缘层击穿。因此，测量或焊接时，仪器或烙铁应有良好的接地。2.用晶体管特性图示仪测量场效应管特性曲线的原理。测量方法和测量晶体管类似，只须将源极 s、栅极和漏极 d 分别插入图示仪的E、B 、C 三个插孔中，如图 2-1 所示。测量时应注意下列两点：(1)由于场效应管受输入电压 ugs 控制，因此在图示仪的 B、E 端钮之间应并接 1K电阻 R，是阶梯电流转换成阶梯电压。当 “阶梯选择”旋钮置于 1mA/级时，相当于阶梯电压 1V/级。 (2)对于型场效应管来说，漏级电压和栅极电压极性必须相反。例如 N 沟道结型场效应管，漏极
16、扫描电压应为正极性，栅极阶梯电压应为负极性，相应显示的输出特性曲线和转移特性曲线如图 2-2 所示。对于耗尽型 MOS 管来说，栅极电压可为正值或负值。例如，N 沟道耗尽型 MOS 管，漏极扫描电压应为正极性的，而栅极阶梯电压则可正可负，因此必须分两次显示它的输出特性曲线和转移特性曲线，如图 2-3 所示。3 栅极偏压场效应管共源放大器用结型场效应管接成的自给栅偏压共源放大器的实验电路，如 2-4 所示。图中， 和2R为自给栅偏压电阻，设静态漏极电流为 ，则栅极偏压为WRdQI（2-1）)(2WqsRU式中 （2-2）2)1pgsQDSdQVUI因此，当改变 来调整静态工作点电流时， 应由上述两式联立确定。WRd
