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实验二、晶体管共射极单管放大器I实验目的：了解晶体管共射极单管放大器电路原理及性能指标的测量方法。
实验器材：晶体管（2SC1815），直流电源，信号源，示波器，万用表等。
实验原理：晶体管是一种电子器件，在电路中可以使用其放大、开关等功能。
共射极单管放大器是晶体管放大器中应用最广泛的一种电路。
共射极单管放大器具有放大倍数大、频带宽度宽的特点。
其电路原理图如下所示。
当输入信号Vin加至共射极电路中时，基极中将出现一个与Vin同相的交流电压信号，进而影响晶体管的发射极电流Ie，使其随之发生周期性变化。
这样，晶体管的发射极将会出现一随输入信号而改变的电流信号Ie，从而对负载RL产生一随输入变化而改变的电压信号Vout，即输出信号。
根据输出信号的瞬时幅值与输入信号的瞬时幅值比值的大小，可以初步测定这个电路的放大倍数，即：Av = ΔVout / ΔVin式中，ΔVout表示输出信号的峰值与零点处的幅值之差，ΔVin表示输入信号的峰值与零点处的幅值之差。
为了进一步衡量这个电路的放大能力，需要定义一些性能指标，分别如下所示。
增益：A = Vout / Vin，它表示输出信号与输入信号的幅值比值。
最大输出电压：Vomax，它与输出电路的直流工作点有关，其大小可通过计算静态工作点的位置来确定。
Vomax是输出信号中某一瞬间的最大电压值。
最大输出功率：Pomax，它是输出信号的最大功率，同时也是输出电路在一定工作条件下所能输出的最大功率。
最大幅度稳定范围：Am，它是指在该范围内，输出信号的变化幅度始终不大于输入信号变化幅度的一定百分比，以保证输出信号的稳定性。
实验步骤：1. 按照电路原理图搭建共射极单管放大器电路，并接入信号源、示波器和万用表等。
2. 调节信号源输出电压幅值和频率，使其分别在两个电压档和两个频率档位内逐步变化，同时观察和记录示波器上输入信号和输出信号的波形，以了解电路的动态特性。
晶体管放大器构造原理图解功率放大器的作用是未来自前置放大器的信号放大到足够能推进相应扬声器系统所需的功率。
就其功率来说远比前置放大器简单，就其耗费的电功率来说远比前置放大器为大，因为功率放大器的实质就是将沟通电能“转变”为音频信号，自然此中不行防止地会有能量损失，此中尤以甲类放大和电子管放大器为甚。
一、功率放大器的构造功率放大器的方框图如图1-1 所示。
1、差分对管输入级输入级主要起缓冲作用。
输入输入阻抗较高时，往常引入必定量的负反应，增添整个功放电路的稳固性和降低噪声。
前置激励级的作用是控制后来的激励级和功绩输出级两推挽管的直流均衡，并供应足够的电压增益。
激励级则给功率输出级供应足够大的激励电流及稳固的静态偏压。
激励级和功率输出级则向扬声器供应足够的激励电流，以保证扬声器正确放音。
其他，功率输出级还向保护电路、指示电路供应控制信号和向输入级供应负反应信号（有必需时）。
一、放大器的输入级功率放大器的输入级几乎一律都采纳差分对管放大电路。
因为它办理的信号很弱，由电压差分输入给出的是与输入端口处电压基本上没关的电流输出，加之他的直流失调量很小，固定电流不再一定经过反应网络，所以其线性问题简单办理。
事实上，它的线性远比单管输入级为好。
图1-2 示出了 3种最常用的差分对管输入级电路图。
图 1-2 种差分对管输入级电路1、加有电流反射镜的输入级在输入级电路中，输入对管的直流均衡是极其重要的。
为了获得精准的均衡，在输入级中加上一个电流反射镜构造，如图1-3 所示。
它能够迫使对管两集电极电流近于相等，进而能够对二次谐波正确地加以抵消。
其他，流经输入电阻与反应电阻的两基极电流因不相等所造成的直流失调也变得更小了，三次谐波失真也降为不加电流反射镜时的四分之一。
在均衡优秀的输入级中，加上一个电流反射镜，起码可把总的开环增益提升6Db。
而对于预先未能获得足够好均衡的输入级，加上电流反射镜后，则提升量最大可达 15dB 。
场效应管放大电路图大全（五款场效应晶体管放大电路原理图详解）-全文场效应管放大电路图（一）图3-26所示是一种超小型收音机电路，它采用两只晶体管，这种电路具有较高的灵敏度。
图3-26场效应管在袖珍收音机电路中的应用该电路中，电池作为直流电源通过负载电阻器R1为场效应管漏极提供偏置电压，使其工作在放大状态。
由外接天线接收天空中的各种信号，交流信号通过C1，进入LC谐振电路。
LC谐振电路是由磁棒线圈和电容器组成的，谐振电路选频后，经C4耦合至场效应管VT的栅极，与栅极负偏压叠加，加到场效应管栅极上，使场效应管的漏极电流ID相应变化，并在负载电阻器R1上产生压降，经C5隔离直流后输出，在输出端即得到放大了的信号电压。
放大后的信号送入三极管的基极，由三极管放大后输出较纯净的音频信号送到耳机。
图3-27所示是FM收音机调谐电路，它是由高频放大器VT1、混频器VT3和本机振荡器VT2等部分构成的。
天线感应的FM调频广播信号，经输入变压器L1加到VT1晶体管的栅极，VT1为高频放大器主要器件，它将FM高频信号放大后经变压器L2加到混频电路VT3的栅极，VT2和LC谐振电路构成本机振荡器，振荡信号由振荡变压器的次级送往混频电路VT3的源极。
混频电路VT3由漏极输出，经中频变压器IFT（L4）输出10.7MHz中频信号。
图3-27FM收音机电路（调谐器部分）场效应管放大电路图（二）与双极型晶体管一样，场效AM29LV017D-70EC应管也有三种基本接法：共源、共漏和共栅极接法，其中，共源相当于共发射极接法；共漏相当于共集电极接法；共栅相当于共基极接法。
共源极电路，如图4-19（a）所示，相当于双极晶体管的共发射极电路。
当交流信号Ui经C，加到栅一源极时，使栅极偏压随信号而变，于是控制了ID的变化，在RL上产生压降，通过C2将放大了的信号电压输出。
如果用Rc;表示场效应管的栅极偏置电阻，用R喁表示场效应管的栅一源间电阻，则共源电路的输入电阻R，=Rc／／Rcs≈Rc（因Rcs》Rc）。
晶体管放大器结构原理图解功率放大器的作用是将来自前置放大器的信号放大到足够能推动相应扬声器系统所需的功率。
就其功率来说远比前置放大器简单，就其消耗的电功率来说远比前置放大器为大，因为功率放大器的本质就是将交流电能“转化”为音频信号，当然其中不可避免地会有能量损失，其中尤以甲类放大和电子管放大器为甚。
一、功率放大器的结构功率放大器的方框图如图1-1所示。
1、差分对管输入级输入级主要起缓冲作用。
输入输入阻抗较高时，通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。
前置激励级的作用是控制其后的激励级和功劳输出级两推挽管的直流平衡，并提供足够的电压增益。
激励级则给功率输出级提供足够大的激励电流及稳定的静态偏压。
激励级和功率输出级则向扬声器提供足够的激励电流，以保证扬声器正确放音。
此外，功率输出级还向保护电路、指示电路提供控制信号和向输入级提供负反馈信号（有必要时）。
一、放大器的输入级功率放大器的输入级几乎一律都采用差分对管放大电路。
由于它处理的信号很弱，由电压差分输入给出的是与输入端口处电压基本上无关的电流输出，加之他的直流失调量很小，固定电流不再必须通过反馈网络，所以其线性问题容易处理。
事实上，它的线性远比单管输入级为好。
图1-2示出了3种最常用的差分对管输入级电路图。
图1-2种差分对管输入级电路1、加有电流反射镜的输入级在输入级电路中，输入对管的直流平衡是极其重要的。
为了取得精确的平衡，在输入级中加上一个电流反射镜结构，如图1-3所示。
它能够迫使对管两集电极电流近于相等，从而可以对二次谐波准确地加以抵消。
此外，流经输入电阻与反馈电阻的两基极电流因不相等所造成的直流失调也变得更小了，三次谐波失真也降为不加电流反射镜时的四分之一。
在平衡良好的输入级中，加上一个电流反射镜，至少可把总的开环增益提高6Db。
而对于事先未能取得足够好平衡的输入级，加上电流反射镜后，则提高量最大可达15dB。
另一个结果是，起转换速度在加电流反射镜后，大致提高了一倍。
晶体管(三极管)内部结构、管脚识别及电流放大原理图文说明晶体管实物如图2.2 所示。
图2.2晶体管实物1.晶体管的结构与电路符号半导体晶体管由于在工作时半导体中的电子和空穴两种载流子都起作用，所以属于双极型器件，也称双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)。
晶体管的种类很多，按照半导体材料的不同，可分为硅管、锗管；按功率分为小功率管、中功率管和大功率管；按照频率分为高频管和低频管；按照制造工艺分为合金管和平面管等。
通常按照结构的不同分为两种类型：NPN型管和PNP 型管。
图2.3给出了NPN和PNP 管的结构示意图及其图形和文字符号，符号中的箭头方向是晶体管的实际电流方向。
文字符号有时也采用大写。
图2.3晶体管的结构示意与图形和文字符号2.晶体管的判别要准确地了解一只晶体管的类型、性能与参数，可用专门的测量仪器进行测试，但一般粗略判别晶体管的类型和引脚，可直接通过晶体管的型号简单判断，也可利用万用表测量的方法判断。
下面具体介绍其型号的意义及利用万用表简单测量的方法。
⑴晶体管型号的意义晶体管的型号一般由五大部分组成，如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。
下面以3DG110B 为例来说明各部分的命名含义。
3D G110B电极数材料与类型功能序号规格号①第一部分由数字组成，表示电极数。
“3”代表晶体管。
②第二部分由字母组成，表示晶体管的材料与类型。
A表示PNP型锗管，B表示NPN 型锗管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。
③第三部分由字母组成，表示晶体管的类型，即表明管子的功能。
④第四部分由数字组成，表示晶体管的序号。
⑤第五部分由字母组成，表示晶体管的规格号。
⑵判别晶体管的引脚、管型及好坏晶体管的引脚必须正确辨认，否则，不但接入电路不能正常工作，还可能烧坏晶体管。
当晶体管上标记不清楚时，可以用万用表来初步确定晶体管的类型(NPN型还是PNP 型)，并辨别出e、b、c三个电极。
一、三极管的电流放大原理晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。
而每一种又有NPN和PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
图一:晶体三极管（NPN）的结构图一是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（控穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。
由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic 这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib 式中：β--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β= △Ic/△Ib 式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
晶体管放大器结构原理图解功率放大器的作用是将来自前置放大器的信号放大到足够能推动相应扬声器系统所需的功率。
就其功率来说远比前置放大器简单，就其消耗的电功率来说远比前置放大器为大，因为功率放大器的本质就是将交流电能“转化”为音频信号，当然其中不可避免地会有能量损失，其中尤以甲类放大和电子管放大器为甚。
一、功率放大器的结构功率放大器的方框图如图1-1所示。
1、差分对管输入级输入级主要起缓冲作用。
输入输入阻抗较高时，通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。
前置激励级的作用是控制其后的激励级和功劳输出级两推挽管的直流平衡，并提供足够的电压增益。
激励级则给功率输出级提供足够大的激励电流及稳定的静态偏压。
激励级和功率输出级则向扬声器提供足够的激励电流，以保证扬声器正确放音。
此外，功率输出级还向保护电路、指示电路提供控制信号和向输入级提供负反馈信号（有必要时）。
一、放大器的输入级功率放大器的输入级几乎一律都采用差分对管放大电路。
由于它处理的信号很弱，由电压差分输入给出的是与输入端口处电压基本上无关的电流输出，加之他的直流失调量很小，固定电流不再必须通过反馈网络，所以其线性问题容易处理。
事实上，它的线性远比单管输入级为好。
图1-2示出了3种最常用的差分对管输入级电路图。
图1-2种差分对管输入级电路1、加有电流反射镜的输入级在输入级电路中，输入对管的直流平衡是极其重要的。
为了取得精确的平衡，在输入级中加上一个电流反射镜结构，如图1-3所示。
它能够迫使对管两集电极电流近于相等，从而可以对二次谐波准确地加以抵消。
此外，流经输入电阻与反馈电阻的两基极电流因不相等所造成的直流失调也变得更小了，三次谐波失真也降为不加电流反射镜时的四分之一。
在平衡良好的输入级中，加上一个电流反射镜，至少可把总的开环增益提高6Db。
而对于事先未能取得足够好平衡的输入级，加上电流反射镜后，则提高量最大可达15dB。
另一个结果是，起转换速度在加电流反射镜后，大致提高了一倍。
2、改进输入级线性的方法在输入级中，即使是差分对管采用了电流反射镜结构，也仍然有必要采取一定措施，以见效她的高频失真。
下面简述几钟常用的方法。
1）、恒顶互导负反馈法图1-4示出了标准输入级（a）和加有恒定互导（gm）负反馈输入级（b）的电路原理图。
经计算，各管加入的负反馈电阻值为22Ω当输入电压级为-40dB条件下,经测试失真由0.32%减小到了0.032%。
同时，在保持gm为恒定的情况下，电流增大两倍,并可提高转换速率(10~20)V/us。
图1-3标准电流反馈镜输入级1-4 标准输入级和加有恒定互导负反馈输入级（2）将输入管换成互补负反馈型对管将输入管换成互补反馈行对管的方法，简称为CFP法，电路示于图1-5。
图1-5 改进型差分管输入级这种输入级与上述恒定互导负反馈输入级相比，在输入电压级为-30dB情况下，测试结果显示，恒定互导负反馈输入级给出的三次谐波失真为0.35%，而CFP 型输入级的三次谐波失真为0.045%，对其它情况来说，后者的三次谐波失真大致为前者的一半。
（3）共射—共基互补型输入级共射—共基互补输入电路示于图1-6（c）在该图示值情况下，当输入电平级为-30Db时，失真见效到0.016%左右。
另外，由于该电路在输入管集电极处不存在值得重视的电压波动，其主要好处是把输入器件用来工作的电压Vce给降下来。
这样就可以允许她以较低的温度工作，从而改善其热平衡，通常Vce为5V即可工作的很好。
一、电压放大级由于电压放大级不仅要提供全部的电压增益，而且还要给出正个输出的电压摆幅，因而电压放大级被人为是声频放大器中最关键的部分。
然而，设计的好的电压放大级，其对整个放大器的综合时针是没有多达影响的，电压放大级自身产生的失真是很小的。
图1-7给出了6中电压放大级的原理图，其中（a）为以电流源为负载的常规电压放大级；图(b)为负载被自举的常规电压放大级；（c）为通过加强β的射极跟随器，深化局部负反馈电压放大级；（d）为采用共射—共基接法，深化局部负反馈电压放大级；（e）为加有缓冲的电压放大级；(f)为采用交替缓冲对电压放大管负载加以自举的电压放大级。
图1-7 电压放大级的6种变形电路使电压放大级具有交稿的局部开环增益是很重要的，因为只有这样一来才能对电压放大级记忆线性化，且可采用有源负载技术，以提高电压增益。
例如图1-7（a、b、f）所示，若要进一步改进电压放大级，其较有成效的途径是致力于改善其特性曲线的非线性。
一、功率输出级众所周知，决定输出级时针的最基本因素就是工作类别。
由于甲类工作状态不会产生交越失真和开关失真，因而成为理想的模式。
然而，其产生的大信号失真仍未能小到可以忽略的程度。
对甲乙类而言，如果输出功率超出甲类工作所能承受的电平，则总谐波失真肯定会增大。
因为这时的偏置控制是超前的，其互导倍增效应（即位于甲类工作区，两管同事导通所导致的电压增益增大现象）对时针残留物产生影响而出现了许多高次谐波。
这个事实似乎还鲜为人知，恐怕是由于在大多数放大器中这种互导倍增失真的电平相对都比较小，并被七台河失真所完全淹没了的缘故。
对于甲乙类而言，通过对它与甲乙类失真残留物频谱分析可知，除不可避免的输出级失真外，所有的非线性都已有效地加以排除，且在奇次谐波幅度上，最佳乙类状态要比甲乙累低10Db。
实际上，奇次谐波普遍认为是最令人讨厌的东西，因此正确的做法是不避免甲乙类工作状态。
由此看来，关于输出级工作状态的选择，似乎只能在甲镭和乙类二者中选取。
但是，如果从效率、大信号失真、温升及其它失真等方面综合加以考虑的话，乙类的各项性能指标是压倒其它类别的，因此输出级选择乙类工作状态得到广泛应用。
2、输出级的类型输出级的类型约有20余种，例如射极跟随器式输出级、互补反馈对管式输出级、准互补式输出级、三重式输出级、功率FET式输出级等，还有误差校正型输出级、电流倾注行输出级及布洛姆利（Blomley）型输出级等。
现仅介绍几钟如下：（1）射极跟随器式输出级（达林顿结构）图1-8是最常见的3种射极跟随器式输出级，他们是双重射极跟随器结构，其中第一个跟随器是第2个跟随器（输出管）的驱动器。
这里所以不称为答林顿结构，因为达林顿结构暗含着它可以是包括了驱动管、输出管以及各种射极电阻的集成块。
图1-8 3种类型的射极跟随器输出级射极跟随器式输出级的特点是输入是通过串联的两个发射结传递给输出端，且这一级末加局部负反馈。
另一个特点是在扁压与射极电阻Re之间存在两个不同的发射结，所传输的电流不同，且结温也不同。
三种类型电路中，（a）为盛行的一种，其特征是把驱动管的射极电阻连接到输出电路上去。
而（b）类型两驱动官所公有的射极电阻Rd不在接到输出电路上，可以在输出管正处于关断时让驱动管对其发射结加以反偏置。
（c）类型是通过把两驱动管射极电阻分别接到侧供电电路上（而不是接到输出电路上）来维持驱动管工作于甲类状态的一种结构。
其突出的特点是在对输出管基极进行反偏置这一点上，表现的与（b）类型同等良好，高频事会关端得更为干脆。
事实上，上述三种类型输出级的共同特点都是在输入端与负载之间串接了两个发射结。
另一个特点就是增益降落产生在大输出电压与重负载的场合。
（2）互补反馈对管式输出级互补反馈对管式输出级也称为西克对管（Szik Lai-Pair）式输出级，见图1-9。
其特点是，驱动管是按照有利于对输出电压与输入电压加以比较的需求来设置的，他可以给出更好的线性以及叫好的热稳定性。
由博里叶分析可知，互补反馈对管式输出级产生的大信号非线性比射极跟随器的要小，同时，交越区的宽度也窄的多，约为±0.3V。
（3）准互补式输出级图1-10（a）示出了标准型准互补电路，（b）为巴克森德尔（Baxand all）准互补电路。
标准型准互补电路在交越区附近的对称性不佳，而对称性得到较大的改善的是采用跋克森徳尔二极管的巴克森徳尔互补电路。
它常用语放大器的闭环中，在其它时针已大大地排除之后，它能够给出很好的性能。
例如，当用于负反馈因数为34dB左右（30KHz）的放大器时，在100W条件下，失真可很容易做到0.0015%（1KHz）与0.15%（10k Hz）。
图1-9 互补反馈对管式输出级图1-10 准互补式输出级（3）三重式输出级三重式输出级的电路结构，是在输出级的每一半电路部分使用3个晶体管二不是2只，它可以有7种变形之多。
该电路形式运用得正确，可有以下两个好处：a、对于大输出电压与电流所给出的现行叫好；b、由于能够让前驱动管来处理功率很小的信号，耳使其可一直保持很低的工作温度，从而使静态设定条件更加稳定。
图1-11示出了产品设计中所常用的3种重式输出电路。
1、输出级的失真输出级的时针可细分为大信号非现行失真、交越失真和开关（关断）失真3种。
（1）大信号非线性时针在考虑所有双极晶体管级的情况下，它们的大信号非线性失真（LSN）共同表现如下：a、LSN随负载阻抗的减小而增大在负载为8Ω的典型输出级中，其闭环LSN通常可忽略不计，但当负载阻抗为4Ω时，其相对较纯的三次谐波会在THD残留物中变得明显起来。
b、LSN随驱动管发射极活集电极电阻的减小而加重。
出现上述情况的原因是驱动管摆幅变大，然而其好处是可见效关端失真，二者兼顾折衷的方法是取阻值为47~100Ω。
需要指出的是，LSN在总失真所占有的比重（负载为8Ω时）与交越失真和关断失真相比是很小的。
这个论断在4Ω负载时是不成立的，更不要说是2Ω负载了。
如果设计重点不是放在使关断失真最小化上，册互补反馈对管式输出级通常是最佳的选择。
c、大Ic时的增益跌落可又简单有效的前馈机制部分地加以抵消。
（1）交越失真交越时针之所以对乙类功放最为有害，是由于它会产生令人讨厌的高次谐波，而且其值会随信号电品的下降而增大。
事实上，就一太驱动8Ω负载放大器而言，其综合线性是由交越失真来决定的，即使是在其输出级设计的很好，并且加的偏压也为最佳值时，也是如此。
图1-12（欠图）示出了失真加噪声（THD+N）随输出电平降低而增大的情形，但其变化比较缓慢。
实际上，射随器式互补反馈对管式输出级都具有与图1-12相类似的曲线，不管偏置不足的程度有多大，总谐波失真在输出电压减半时将增加1.5倍。
图1-12 THD+N随输出电平变化曲线（欠图）关于交越失真的情况，英国有关部门文献的报道如下：实验证明，就大多数指标而言，互补反馈对管式输出级优于射极跟随器式输出级。
有关实验结果于表1-1、1-2、1-3中，其中表1-2、1-3分别为互补反馈对管式输出级及射极跟随器输出级和互补反馈对管输出级的实验结果。
表中Vb为倍增偏置发生器在驱动级基极两端建立的电压，工作于乙类放大状态时，Vb=Vq~3 Vq，Vq为在两个发射极电阻Re两端产生的静态电压，通常Vq=5~50mV，依所选的电路结构而定。
