低频模拟电路实验 第1章 低频小信号放大电路实验 第2章 反馈电路实验 第3章 集成运放及信号处理电路实验 第4章 可编程模拟电路实验 第5章 低频功率放大器实验 第6章 电源电路实验 第7章 低频模拟电路综合应用高频模拟电路实验 第8章 高频谐振放大与振荡电路 第9章 信号频谱变换 第10章 高频电路综合应用 欢迎学习欢迎学习主编：沈小丰、余琼蓉 课件：沈钰、柯艳林第1章 低频小信号放大电路实验1.1 基础知识1.2 晶体三极管共射放大器实验1.3 晶体管共射放大电路设计 1.4 场效应管共源极放大器实验 1.5 射极跟随器实验 1.6 差动放大器实验 1.7 典型差动放大器电路设计 1.8 晶体管阻容耦合两级放大器实验1.9 多级低频小信号放大电路设计 1.2 晶体三极管共射放大器实验1.2.1 实验目的 1. 熟悉常用电子仪器的使用方法，熟悉基本电子 元器件的作用。 2. 学会并熟悉 “先静态后动态”的电子线路的基本 调试方法。 3. 分析静态工作点对放大器性能的影响，学会调 试放大器的静态工作点。 4. 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电 阻及最大不失真输出电压的测试方法。1.2.2 基本电路及指标调试 1. 基本电路图1.2.1 共射极放大器实验电路 图1.2.1为最常用的一种工作点稳定的电阻分压式 共发射极三极管单管放大器电路，它实质上就是 表1.1.1中相应的基本电路。只不过使基本电路的 发射极反馈电阻RF=0，并使基极上偏流电阻RB1 由电位器RW11和固定电阻RB11串联组成。用电 位器作基极上偏流电阻能很方便地对静态工作点 进行调节，串联一个固定电阻是防止当电位器阻 值调到很小时损坏三极管。在图1.2.1电路的输入 端还接进了由R1和R2组成的分压网络，这样可以 减低对信号源的信噪比的要求。图1.2.1 共射极放大器实验电路在放大器的输入端输入交流低频小信号ui，则在 放大器的输出端可以得到一个与ui相位相反，幅值 被放大了的交流输出信号uo，从而实现了低频小信 号的电压放大。 推荐的图1.2.1的元器件规格见表1.2.1。编号方案1方案2说 明T90138050NPN型小功率三极管均可，=50150。VCC12V12V8V15V均可，建议使用稳压电 源。R15.1k5.1k金属膜电阻RJ0.25W，误差不大于10%，此部分为得到 高信噪比的微弱信号源而设置，信号源合适也可省 略。R25151RB1151k10k固定电阻采用金属膜电阻RJ0.25W，误差不大于20% ，电位器可用任意种类，能用多圈电位器更好。 此部分作用是配合分压，以决定基极电位和静态工作 点。RW11680k47kRB224k3kRC5.1k5.1k金属膜电阻RJ0.25W，2k5.1k，误差不大于20%RE1.8k1k金属膜电阻RJ0.25W，2002k，误差不大于20%RL5.1k2.4k金属膜电阻RJ0.25W，2k5.1k，误差不大于20%C110F10F电解电容器，CD4.7F47F，耐压不小于16VC210F10F电解电容器，CD 4.7F47F，耐压不小于16VCE10F100F电解电容器，CD 10F220F，耐压不小于16V表1.2.1 共射单级放大电路元器件规格及说明2 静态工作点的理论估算和测量 图1.2.1电路的静态工作点可用表1.1.1中的公 式估算，计算UB时要求流过偏置电阻RB1和RB2 的直流电流远大于晶体管T的基极电流IB：一般对 于硅管，要求流过偏置电阻RB1和RB2的直流电 流是晶体管基极电流IB的5到10倍，在此条件下， 图1.2.1的电路具有相当好的温度稳定性，由于晶 体管T的基极电流为101A数量级，因此流过偏置 电阻RB1和RB2的电流只要等于或大于102A数 量级即可。 表1.1.1各公式中，UBE为三极管基极和发射 极之间的电压，一般对硅管可以估计为0.7V，对 锗管估计为0.3V。测量放大器的静态工作点，应在输入信号 Ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短 接，然后选用合适的方法，分别测量晶体管的集 电极电流IC以及各PN结的电压。 考虑图1.2.1放大电路的静态工作点：我们首 先考虑用万用电表的直流电压挡测量UE，这样可 以通过计算的方法得到IE和IC的值： 在实验中，用万用表测量UE的值，其误差不会太大 ：例如用MF-47型万用表的直流10V挡测量UE，此时万 用表的等效电阻为20k/V10V=200k，相对于阻值为 1 k2 k的发射极电阻RE来说影响不大；但如果用万 用表的直流电压挡去测量UB的值，则由于万用表和图 1.2.1中的RB2并联，如果RB2较大，则一般会产生较大 的误差；至于用万用表的直流电压挡测量UC的值的误 差，则要根据三极管的静态电流和万用电表流过的实际 电流来分析，如MF-47型万用表的直流电压挡需要的测 量电流为1V/20k=50A，静态工作点为1mA则误差约 为0.05，当静态工作点过小或万用表分流过大时，用万 用表测量UC值产生的误差也不容忽略，因此我们一般 只用万用电表去测量UE的值，而用示波器(内阻非常大)的直流测量功能去测量UC和UB的值，然后 可以算出UBE =UB-UE，UCE =UC-UE。这样可 以得到较准确的直流工作点的值。很多时候我们只需要得到静态工作点的大致 数值，比如我们只要知道集电结和发射结的正反 偏情况就能判断三极管所处的工作状态，这时我 们也可以用万用表的直流电压挡直接测量三极管 电路的UBE 和UCB，这时测量出来的值（尤其是 测UBE）会与实际情况有一定差异，但在实用的 范围内能够说明问题。3 静态工作点的调试 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出 波形都有很大的影响。在完成设计和装配以后， 必须对电路的静态工作点进行调试。 图1.2.2中的曲线簇是三极管的输出特性曲线 ，对于图1.2.1的电路，在UCE轴上找出 UCE=VCC的点，在IC轴上找出IC=VCC/（ RC+RE）的点，连接这两点的直线就是图1.2.1放 大电路的直流负载线。在图1.2.2中，Q1的工作点 偏高，放大器在加入低频正弦交流信号以后易产 生饱和失真，输出信号波形uo的负半周将被削底 如图1.2.3（a）所示；而图1.2.2中Q2的工作点偏 低，在加入低频正弦交流信号以后容易产生截止 失真，输出信号uo的正半周被 缩顶，如图1.2.3（b）所示。从图1.2.3还可以看 出，截止失真不如饱和失真明显。 改变图1.2.1电路的参数VCC，RC，RB（RB1 ，RB2），都会引起静态工作点的变化。假定图 1.2.2初始工作点是Q，如果减小上偏流电阻RB1 的值（或增大下偏流电阻RB2的值），则IB增加 ，静态工作点沿直流负载线向Q1方向移动，易产 生饱和失真；反之，IB减小，静态工作点沿直流 负载线向Q2方向移动，易产生截止失真；如果电 源电压增大，则负载线向右平移，同时IB也因电 源电压的增加而有所增加，工作点移到Q4；而如 果增加集电极电阻RC的值，则负载线斜率减小， 工作点移到Q3。 图1.2.3 输出波形 的失真图1.2.2 电路参数对静态工作点的影响尽管VCC，RC，RB（RB1，RB2）的改变都会 引起静态工作点的变化，但在一般情况下，我们 只采用调节上偏流电阻RB1的方法来改变静态工 作点，使静态工作点基本处于负载线的中部，此 时晶体管的管压降UCE大约是电源电压VCC的一 半。 需要说明的是，工作点 “偏高”或“偏低”不是绝 对的，它应该是相对于信号的幅度而言，如信号 幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出 现失真。所以确切的说，产生波形失真是信号幅 度与静态工作点设置配合不当所致。如须满足较 大信号的要求，静态工作点最好尽量靠近负载线 的中点。为了能对输入信号不失真地进行放大， 必须在选定工作点后再对其进行动态调试 。动态调试是在放大器输入低频正弦输入 信号ui的情况下，检查输出信号uo的大小和 波形是否满足放大要求，如不满足，则应 进一步调节静态工作点，因为静态工作点 的调整实际上是为动态工作状况服务的， 注意这时放大器负载电阻的大小将直接影 响输出电压uo。4 放大器静态工作点的实际调试方法 放大器静态工作点先要在无输入信号的静态情 况下，通过监测集电极电流或集电极与发射极之 间的电压进行调试。一般小信号低频放大器的集 电极电流在1mA左右，集电极与发射极之间的电 压一般是电源电压的一半。图1.2.4 静态工作点 正常，输入信号太大引起的失真 放大器静态工作点的最佳选择必须考虑信号的 输入和放大器的交流负载情况。下面我们考虑如 何通过工作点的调整得到最大的不失真输出电压 ，即得到最大的动态范围。为了得到最大动态范围，应将静态工作点调 在交流负载线的中点（交流负载线将负载电阻和 集电极电阻视为并联）。为此在放大器正常工作 情况下，可以逐步增大输入信号的幅度，并同时 调节RW改变静态工作点，用示波器观察uo，当 输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图1.2.4） 时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。 然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大， 且无明显失真。这时用示波器则可直接读出最大 动态范围UOPP来，也可用交流毫伏表测出有效 值UO，则动态范围等于2 UO。图1.2.4 静态工作点正常， 输入信号太大引起的失真用观察输出波形uo的方法调整静态工作点需 要反复耐心地试验，下面我们介绍一种利用双踪 示波器的X-Y显示功能观察输入输出函数的方法 。 将双踪示波器调到X-Y显示功能，将其X轴接 到放大器的输入信号ui，Y轴接到放大器的输出信 号uo，放大器的输入端加入约1000Hz，幅值适当 (约几十毫伏)的正弦交流信号，示波器上将显示 出输出信号和输入信号的函数关系图像，如图 1.2.5所示。 图1.2.5 用双踪示波器Y通道显示uo，X通道显示ui的几种图像图1.2.5各图像的横轴指示的是输入信号ui，纵 轴指示的是输出信号uo，输入输出信号都取其交 流分量，读取信号幅值时要注意调整两个通道的 输入偏转灵敏度。 在输入信号幅度适当的情况下，改变静态工作 点，双踪示波器的显示图像会在图1.2.5（a）（b ）（c）之间逐渐变化，我们应该调到图（a）的 情况。如果输入信号幅度过大，会出现图1.2.5（ d）的情况。缓慢增加输入信号幅度并仔细调整静 态工作点，使信号增大时饱和失真和截止失真几 乎同时出现，这时静态工作点就调节到了最佳状 态。在信号即将出现失真的情况下测出图1.2.5（ a）的图像的高度，就可以算出放大器的最大动态 范围UOPP。改变输入信号频率并保持其输入幅度不变，可 以看出放大器的最大动态范围随频率的改变有所 变化，从而可以得到放大器的幅频特性。当放大 器的输出信号和输入信号的相位差不等于180时 ，图1.2.5（a）（b）（c）（d）的直线会变成两 条，出现一个封闭的图形，如图1.2.5(e)，(f)，(g) 所示。 用双踪示波器的X-Y显示功能去观察放大器的 输入输出图像，可以很直观地辨别出非线性失真 和相位差偏移的情况，大大方便了实际调试工作 。 5 放大器动态指标的理论值放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻、最大不失真输出电压（即动态范围） 和通频带等。 图1.2.1电路的电压放大倍数等参数的理论计算值 都已经在表1.1.1中给出，注意令RF=0即可。 以上各公式中，RB1，RB2，RC，RL为图1.8.1 中各电阻的阻值，rbe的计算可以用公式rbe=rbb+(1+)UT/ICQrbb一般为几百欧，具体值需要查手册得到，理论 计算时常取200300，UT在常温下约为26mV。1.2.3 实验设备与器件表1.2.2 实验1.2设备