测试放大电路的幅频特性

页脚 实验二 晶体管共射极单管放大器

一、实验目的

1、 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。

2、 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。

3、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

二、实验原理

图2－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。

在图2－1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2 的电流远大于晶体管T 的 基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算

CCB2B1B1BURRRU

CEBEBEIRUUI1FR

UCE＝UCC－IC（RC＋RE+RF1）

电压放大倍数

1)1(FR //

beLCVrRRβA

输入电阻

Ri＝RB1 // RB2 // [ rbe+(1+β)RF1 ]

输出电阻

RO≈RC

由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量图2－1 共射极单管放大器实验电路

页脚 和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。

放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。

总第１４卷１５３期　２０１２年５月　大众科技　Ｐｏｐｕｌａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０Ｌ．１４　ＮＯ．５　Ｍａｙ　２０１２　

放大电路频率特性的仿真分析及　苴府　、，－—　

李旭琼　

（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）　用　

【摘要】针对模拟电子技术课程中放大电路频率特性的传统教学方法存在的局限性，文章提出了应用仿真分析进行有效　教学的思路，并详细地探讨了仿真分析在“频率特性基本概念的建立”、“影响频率特性的因素分析”以及“集成运放的频率　特性分析”等内容上的教学应用。实践表明，这种方法可以有效地激发学生的学习兴趣和探索精神，增强感性认识，从而取得　良好的教学效果。　【关键词】频率特性；仿真分析；教学应用　【中图分类号】ＴＰ２０６　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８一ｌ１５１（２０１２）０５—０００８—０２　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　１ｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｍｐｉｉｆｉｅｒ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉＳ　ｉｎ　ｔｅａｃｈｉｎｇ，ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｂｏｕｔ　ｕｓｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ“Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”．“Ａｎａｌｙｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ’’，　‘‘Ａｎａｌｙｓｉｎｇ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”，ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｉＳ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｔｉｍｕｌａｔｅ　ｓｔｕｄｅｎｔ’Ｓ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｅｓｔ　ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｓｐｉｒｉｔ，　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ　ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｒｅｍａｒｋａｂ１ｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔＳ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉＳ：ｔｅａｃｈｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

调谐放大器

一、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电路实验箱

2．熟悉谐振回路的幅频特性分析一通频带与选择性。

3．熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展。

4．熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。

二、实验主要仪器

1．LY－GP2高频电路实验箱 2．双踪示波器

3．扫频仪 4．高频信号发生器

5．毫伏表 6．万用表

7．实验板G1

三、预习要求

1．复习谐振回路的工作原理。

2．了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。

3．实验电路中，若电感量L=1 μH 回路总电容C=220pf。（分布电容包括在内），计算回路中心频率f。

四、实验原理

小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1所示。该电路由晶体管V、选频回路CL二部分组成。它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fs＝8.5MHz。R1、R2和射极电阻决定晶体管的静态工作点改变回路并联电阻R，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带。改变射极电阻Re，从而改变放大器的增益。

五、实验内容及步骤

（一）单调谐回路谐振放大器。

（二）双调谐回路谐振放大器

1．实验电路见图1-1

实验一 单级共射放大电路 一、实验目的 1．掌握单级共射放大电路静态工作点的测量和调整方法。 2．了解电路参数变化对静态工作点的影响。 3．掌握单级共射放大电路动态指标的测量方法。 4．学习幅频特性的测量方法。 二、预习要求 1．复习单级共射放大电路静态工作点的设置。 2．根据图1-1所示参数，估算获得最大不失真输出电压的静态工作点Q。（设β=50）。 3．复习模拟电路电压放大倍数、输入电阻以及输出电阻的计算方法。 4．复习饱和失真和截止失真的产生原因，并分析判断该实验电路在哪种情况下可能产生饱和失真？在哪种情况下可能产生截止失真？ 三、实验原理 1、参考实验电路 Rp 100kΩ 15kΩ Rc 5.1kΩ R 3.3kΩ+++10μF10μF47μF RL 5.1kΩ Re1 51Ω Re2 1kΩ Rb12 11kΩ Rb11+-Vi+Vcc （+12V）-+Vo 图1-1单级共射放大电路 如图1-1所示，其中三极管选用硅管3DG6,电位器Rp用来调整静态工作点。 2、静态工作点的测量 输入交流信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，电路处于静态，三极管各电极有确定不变的电压、电流，在特性曲线上表现为一个确定点，称为静态工作点，即Q点。一般用IB、 IC 和VCE （或IBQ、ICQ和VCEQ ）表示。 实际应用中，直接测量ICQ需要断开集电极回路，比较麻烦，所以通常的做法是采用电压测量的方法来换算电流：先测出发射极对地电压VE ，再利用公式 ICQ≈IEQ=EEVR，算出ICQ 。（此法应选用内阻较高的电压表。） 在半导体三极管放大器的图解分析中已经学习到，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。若静态工作点选得太高，容易引起饱和失真；反之又引起截止失真（如图1-2所示）。对于线形放大电路，这两种工作点都是不合适的，必须对其颈性调整。此实验电路中，即通过调节电位器Rp来实现静态工作点的调整：Rp调小，工作点增高；Rp调大，工作点降低。值得注意的是，实验过程中应避免输入信号过大导致三极管工作在非线性区，否则即使工作点选择在交流负载线的中点，输出电压波形仍可能出现双向失真。 Q Q` Q`` ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 交流负载线 图1-2 三极管输出特性曲线 3、电压放大倍数的测量 电压放大倍数vA是指输出电压与输入电压的有效值之比：vA=oiVV 实验中可以用万用表分别测量出输入、输出电压，从而计算出输出波形不失真时的电压放大倍数。 同时，对于图1-1所示电路参数，其电压放大倍数VA和三极管输入电阻ber分别为： CLvbe1(//)1eRRArR； be26()300(1)()EQmVrImA 4、输入电阻的测量 输入电阻的测量原理如图1-3所示。 ViVs'Vs被测放大电路RiRRsIi+-+--+图1-3 测试输入电阻原理图 电阻R的阻值已知，只需用万用表分别测出R两端的电压 'SV 和 iV ，即有：''()/iiiiiSiSiVVVRRIVVRVV R的阻值最好选取和iR同一个数量级，过大易引入干扰；太小则易引起较大的测量误差。 5、输出电阻的测量 输出电阻的测量原理如图1-4所示。 用万用表分别测量出开路电压 oV和负载电阻上的电压 oLV ，则输出电阻oR可通过计算求得。（取LR和oR的阻值为同一数量级以使测量值尽可能精确） ooLLoLVVRRR ooLoLoLVVRRV VsRsRLRoVo++--S被测放大电路LVo+-图1-4 测试输出电阻原理图 6、幅频特性的测量 在输入正弦信号情况下，放大电路输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为该电路的频率响应。其幅频特性即指放大器的增益与输入信号频率之间的关系曲线。一般采用逐点法进行测量。在保持输入信号幅度不变的情况下，改变输入信号的频率，逐点测量对应于不同频率时的电压增益，用对数坐标纸画出幅频特性曲线。通常将放大倍数下降到中频电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率称为上、下限截止频率（Hf、Lf）。 BW＝fH－fL≈fH 称为带宽，如图1-5所示。 0 3dB 20lg|AV|/dB 带宽 2 20 40 60 20 2102 2103 2104 f/Hz fL fH 图1-5 幅频特性曲线 四、实验内容 1．按图1-1,组装单级共射放大电路，经检查无误后，按通预先调整好的直流电源+12V。 2．测试电路在线性放大状态时的静态工作点 从信号发生器输出f=1KHZ,Vi=10mV（有效值）的正弦电压到放大电路的输入端，将放大电路的输出电压接到双踪示波器Y轴输入端，调整电位器Rp,使示波器上显示的Vo波形达到最大不失真，然后关闭信号发生器，即Vi=0,测试此时的静态工作点，填入表1.1中。 表1.1 VE/V ICQ/mA(VE/Re VCEQ/V VBE/V 3．测试电压放大倍数Av （1）从信号发生器送入f=1 KHZ，Vi=30mV的正弦电压，用万用表测量输入电压Vo,计算电压放大倍数Av=Vo/Vi。 （2）用示波器观察Vi和Vo电压的幅值和相位。 把Vi和Vo分别接到双踪示波器的CH1和CH2通道上，在荧光屏上观察它们的幅值大小和相位。 4．了解由于静态工作点设置不当，给放大电路带来的非线性失真现象 调节电位器Rp,分别使其阻值减少或增加，观察输出波形的失真情况，分别测出相应的静态工作点，测量方法同实验内容2，将结果填入表1.2中。 表1.2 工作状态 输出波形 静态工作点 ICQ/mA VCEQ/V VBE/V 5．测量单级共射放大电路的通频带 （1）当输入信号f=1KHZ,Vi=30mV,RL=5.1K,在示波器上测出放大器中频区的输出电 压Vopp(或计算出电压增益)。 （2）增加输入信号的频率（保持Vi=30mV不变），此时输出电压将会减小，当其下降到中频区输出电压的0.707（-3dB）倍时，信号发生器所指示的频率即为放大电路的上限频率fH。 （3）同理，降低输入信号的频率（保持Vi=30mV不变），输出电压同样会减小，当其下降到中频区输出电压的0.707（-3dB）倍时，信号发生器所指示的频率即为放大电路的下限频率Lf。 （4）通频带BW=Hf-Lf 6．输入电阻Ri的测量 按图1.3接入电路。取R=1K，用万用表分别测出Vs' 和Vi，则 'iiSiVRRVV 此外，还可以用一个可变电阻箱来代替R,调节电阻箱的值，是Vi=1/2Vs’,则此时电阻箱所示阻值即为Ri的阻值。这种测试方法通常称为“ 半压法”。 7．输出电阻Ro的测量 按图1.4接入电路。取RL=5.1k，用万用表分别测出RL=时的开路电压Vo及RL=5.1k时的输出电压VoL,则 OOLoLOLVVRRV 五、实验报告要求 1．认真记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出波形图。 2．对测试结果进行理论分析，找出产生误差的原因。 六、实验思考题 1．加大输入信号iV时，输出波形可能会出现哪几种失真？分别是由什么原因引起的？ 2．调整静态工作点时，11bR要用一个固定电阻和电位器串联，而不能直接用电位器，为什么？ 七、实验器材 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 万用表 一台 连线 若干 函数发生器 一台 单级共射放大电路（实验报告模板） 一．实验目的 二．实验设备 三．实验原理 1.实验电路图 2. 理论分析计算 （1）静态工作点 （2）放大倍数： （3）输入电阻： （4）输出电阻： （5）幅频特性 3.实验测量方法 （1）静态工作点测量 （2）放大倍数测量方法（包含最大不失真电压测量） （3）输入电阻测量 （4）输出电阻测量 （5）幅频特性 四．实验测试内容及数据记录 1．静态工作点的调试与测量 2．动态参数测量 (1) 电压放大倍数Av (2) 输入电阻 （3）输出电阻 3．Q点对输出失真的影响 调节RW改变电路的静态工作点，同时配合调节输入信号的幅度是输出出现截止失真、饱和失真、同时出现截止、饱和失真，记录三种情况下的输入、输出波形。 失真波形记录 4．幅频特性（测量通频带） 5. 对测试结果进行理论分析，对比实验结果，分析实验误差 五、实验思考题 1．加大输入信号iV时，输出波形可能会出现哪几种失真？分别是由什么原因引起的？ 2．调整静态工作点时，11bR要用一个固定电阻和电位器串联，而不能直接用电位器，为什么？ ui t uo t ui t uo t ui t uo t