实验3.2 共射极单管放大器

实验3.2 共射极单管放大器

一、实验目的

（1）掌握放大器静态工作点的调试方法，熟悉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）熟悉低频电子线路实验设备，进一步掌握常用电子仪器的使用方法。

二、实验设备及材料

函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。

三、实验原理

电阻分压式共射极单管放大器电路如图3.2.1所示。它的偏置电路采用（RW+R1）和R2组成的分压电路，发射极接有电阻R4（RE），稳定放大器的静态工作点。在放大器的输入端加入输入微小的正弦信号Ui ，经过放大在输出端即有与Ui 相位相反，幅值被放大了的输出信号Uo，从而实现了电压放大。

在图3.2.1电路中，当流过偏置电阻R1和R2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进行估算（其中UCC为电源电压）：

R2UBQ≈UCC （3-2-1）

RW+R1+R2图3.2.1 共射极单管放大器

IEQ=UB-UBE≈ IC （3-2-2） R4UCEQ=UCC-IC(R3+R4) （3-2-3）

电压放大倍数 Au=-βR3||RL （3-2-4） rbe 输入电阻 Ri=(RW+R1)||R2||rbe （3-2-5）

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第3章 低频电子线路实验

输出电阻 Ro≈ R3 （3-2-6） 1、放大器静态工作点的测量与调试 （1）静态工作点的测量

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，然后选用量程合适的万用表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免测量集电极电流时断开集电极，U所以采用测量电压，然后计算出IC的方法。例如，只要测出UE，即可用IC≈IE=E

RE计算出IC（也可根据IC=UCC-UC，由UC确定IC），同时也能计算出UBE = UB-UE ，

RCUCE = UC-UE。

（2）静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。 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。如工作点偏高（如图3.2.2中的Q1点），放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时Uo的负半周将被削底。如工作点偏低（如图3.2.2中的Q2点），则易产生截止失真，即Uo的正半周被削顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的Ui ，检查输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。

改变电路的参数UCC、RC、RB（RW，R2）会引起静态工作点的变化。通常采用调节偏电阻RW的方法来改变静态工作点，如减小RW，可提高静态工作点等。

注意：静态工作点的“偏高”或“偏

图3.2.2 静态工作点对Uo波形失真的影响

低”是相对信号的幅度而言。如果信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不会出现失真。所以说，波形失真是信号幅度与静态工作点设置不匹配而导致的。如须满足较大的输入信号，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

2、放大器动态指标测试

放大器动态指标测试包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。

（1）电压放大倍数Au的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的

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情况下，用交流毫伏表测出输入和输出电压的有效值Ui和Uo，则

Au=Uo （3-2-7） Ui（2）输入电阻Ri的测量

为了测量放大器的输入电阻，在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻RS，如图3.2.3所示。在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得：

测量时应注意:

（3-2-8）

① 测量RS两端电压UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR=US-Ui求出UR值。 ② 电阻RS的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常RS与Ri

为同一数量级为宜，本实验可取RS =1 kΩ。

图3.2.3 输入电阻测量电路

图3.2.4 输出电阻测量电路

（3）输出电阻Ro的测量

输出电阻Ro的测量电路如图3.2.4所示，同样应取RL的值接近Ro为宜。在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压U∞和接入负载后输出电压UL，根据：

UL即可求出Ro：

RL U （3-2-9）

RoRLU-1)RL （3-2-10） ULRo(在测试中应注意的是，必须保持RL接入前后的输入信号大小不变。

（4）最大不失真输出电压Uomp-p的测量（最大动态范围） 为了得到最大动态范围，首先应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，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，当输出波形在正、负峰附近同时开始出现削底和削顶现象（如图3.2.5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后再反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，从示波器上可直接读出最大动态范围Uomp-p，或用交流毫

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第3章 低频电子线路实验

伏表测出Uo（有效值），则最大动态范围Uomp-p=22Uo。

图3.2.5 波形同时出现削底和削顶现象的失真

（5）放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数Au与输入信号频率f之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图3.2.6所示。Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带

BW = fH -fL （3-2-11）

2倍，即

0.707Aum所对应

图3.2.6 放大器的幅频特性曲线

测量放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Au。可以采用前面测Au的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数即可。测量时要注意取点要恰当，在低频段与高频段要多测几个点，在中频可以少测几个点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不能失真。

实验中通常只要求测量出通频带。利用示波器可以进行BW的简易测量，方法是在示波器上测量出输入中频段信号时的输出信号幅度后，在保持输入信号幅度不变的情况下，减小或增大输入信号的频率，再通过在示波器上观测输出信号幅度，找到输出信号幅度降低至中频段输出的1/2倍时的输入信号频率即为fL或fH。

四、实验内容

如图3.2.1所示连接共射极单管放大器实验电路。注意当检查电路无误后，调节直流电源电压至UCC选定值12V，方可接通电源。

1、静态工作点的测量与调整（验证性实验） （1）静态工作点的测量

静态工作点测量条件：没有输入信号，即Ui = 0。实验时将电路信号输入端接地。 调节电位器RW，使ICQ =1.5 mA。实验时为了避免直接测量电流，可采取测量晶体管发射极电压UE或测量晶体管集电极电压UC的方法：调节电位器RW，使UE=2.25V

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或UC =9.3V或者ICQ =1.5mA。调整好ICQ后，用万用表直流电压档测量UBQ、UEQ、UCQ值，记入表3-2-1。根据测量值计算UBEQ=UBQ-UEQ 和UCEQ=UCQ-UEQ，再与理论计算值比较。

表3-2-1 静态工作点测量数据记录 电压单位： / V

测 量 值 U B Q 2 . 7 U E Q 2 . 2 U C Q 8 . 4 U B E Q 0. 45 U C E Q 6. 5 I C Q 1.5 mA 理 论 计 算 值 U B E Q′ 0. 7 U C E Q ′ 6 . 2 （2）观察静态工作点对输出波形失真的影响

在前面实验设定的静态工作点（RC =1.8 kΩ、IC =1.5 mA）基础上，取RL=∞。按图3.2.7连接测量仪器，用示波器观测放大器的输入、输出信号波形，交流毫伏表测量放大器的输入信号电压。

图3.2.7 放大器性能测试系统

① 调节信号发生器，输出频率为1kHz、有效值为5mV的正弦波从A1端输入信号Ui，用示波器观察并记录输出电压的输出波形，将数据记入表3-2-2。

② 保持输入信号Ui不变，增大电位器RW的值，使波形出现失真，定性绘出Uo

的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表3-2-2。

③ 仍保持输入信号Ui不变，减小电位器RW的值，使波形出现失真，定性绘出Uo

的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表3-2-2。

注：表3-2-2中工作状态判断：判断输出波形是否存在失真？存在的失真是截止失真还是饱和失真？晶体管工作点状态判断是否基本合适？是偏高还是偏低？

表3-2-2 测量静态工作点对输出波形失真的影响数据记录 RC =1.8 kΩ RL= ∞

工 作 条 件 UEQ = 2.25 V uo t uo t 92

失真情况：基本不失真 晶体管工作点状态： 基本合适 Uo 波 形 工作状态判断 ① Ui = 5 mV RW适中 UCQ =8 .4 V ICQ = 1.5 mA UCEQ=6.5 V UEQ =5.1 V UCQ = 6V ICQ =10mA ② Ui = 5 mV RW偏小

失真情况：下端失真 晶体管工作点状态： 第3章 低频电子线路实验

UCEQ = 1 V uo t 失真情况：上端失真 晶体管工作点状态： ③ Ui = 50 mV RW偏大 UEQ = 0.24V UCQ = 13 V ICQ =17mA UCEQ = 12.5V 2、放大器性能指标测试（验证性实验） 放大器性能指标测量仪器的连接如图3.2.7所示。 （1）测量电压放大倍数Au

调节信号发生器，输出频率f =1kHz、有效值为5mV的正弦波（用毫伏表测量）作为输入信号Ui，同时用双线示波器观察放大器输入电压Ui和输出电压Uo的波形，在Uo波形不失真的条件下，用示波器测量不同负载时放大器输出电压Uo波形，计算放大器的电压放大倍数Au。测量数据记入表3-2-3，并记录其中一组输入、输出电压波形，注意用双线示波器观察Uo和Ui的相位关系。

表3-2-3 电压放大倍数Au 测量数据记录 RL / kΩ 5.1 51 ∞ ui 和uo波形 Uop-p / V 1.1 1.4 1.4 Uorms /V 0.371 0.506 0.510 Au 测试条件 RC=1.8 kΩ IC =1.5 mA Uirms = mV 注意：由于晶体管元件参数的分散性，定量分析时所给Ui，根据具体实际情况输入适当的Ui值，在表3-2-3中测试条件栏记入实际输入的Ui值。由于用示波器所测Uo的值为峰峰值，故需要转化为有效值或用毫伏表测得的Uo来计算Au值。

（2）测量输入电阻Ri和输出电阻Ro

输入电阻Ri：电路连接如图3.2.3所示，从A端输入f =1kHz、有效值分别为5mV、8mV的正弦信号US，在输出电压Uo不失真的情况下，用毫伏表分别测出US、Ui，记入表3-2-4，利用式3-2-8计算出Ri和Ri平均值，并与理论计算值比较。

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实验3.2 共射极单管放大器

表3-2-4 输入电阻Ri测量数据记录 RC=1.8 kΩ；IC=1.5 mA RS / kΩ 1 1 US / mV 5 8 Ui / mV 3. 37 Ri /kΩ Ri 平均值 /kΩ 输出电阻Ro：电路连接如图3.2.4所示。保持输入信号Ui（3mv、5mV）不变的条件下，分别在断开RL与接入RL =5.1 kΩ的情况下，示波器测量输出电压U∞和UL的峰峰值，记入表3-2-5，利用式3-2-10计算Ro和Ro平均值，并与理论计算值比较。

表3-2-5 输出电阻Ro测量数据记录 RC =1.8 kΩ；IC =1.5 mA Ui / mV 3 5 U∞ / mVp-p （ RL= ∞） UL / mVp-p （RL =5.1 kΩ） 1.4 1.4 Ro /kΩ Ro 平均值 /kΩ

（3）测量通频带BW

取IC=1.5 mA，RC=1.8 kΩ，RL=5.1kΩ。输入频率f =1 kHz， Ui = 5 mV（有效值）的正弦波信号，用示波器测出放大器的输出电压UoLp-p。调节示波器的垂直灵敏度“VOLTS/DIV”及其微调旋钮，使放大器输出波形的幅度正好占5格。

① 保持输入信号Ui = 5 mV（有效值）不变，逐步减小输入信号频率，输出波形的幅度将会随着信号频率的降低而逐渐减小。当输出电压的幅度降低为原来幅度的0.7倍即3.5格时，其对应的输入信号频率，即为放大器的下限频率fL。

② 保持输入信号Ui =5 mV（有效值）不变，逐步增大输入信号频率，直至输出电压降低为0.7Uop-p即3.5格时，其对应的输入信号频率，即为放大器的上限频率fH。

注意：随着输入信号的频率变化时，输入信号的幅度也可能会改变，应及时调整，以保持Ui = 5 mV不变，在测量过程中不要改变示波器的垂直灵敏度。通频带测量数据记入表3-2-6。

表3-2-6 通频带测量数据 IC=1.5 mA，RC=1.8 kΩ，RL=5.1kΩ Ui = 5 mV Ui = 5 mV Ui =5 mV Uom= Uop-p ： 5.0格 UoL = 0.7Uop-p：3.5格 UoH = 0.7Uop-p：3.5格 BW = fH - fL =

fL = fH = f = 1 kHz （4）测量最大不失真输出电压

在RC=1.8 kΩ、RL=5.1 kΩ时，输入f =1kHz正弦波信号Ui，示波器观察输出信号Uo波形。逐步增大输入信号的幅度，同时反复调节电位器RW，使输入信号增大时，输出波形的正、负峰附近同时开始出现削底和削顶现象（如图3.2.5所示）为止。此时，固定电位器RW，逐步减小输入信号的幅度，找到在输出信号Uo不失真的情况下的最大输出。用示波器（或毫伏表）测量最大输出Uomp-p（或Uom）及此时输入信号的幅度Uim值，并用万用表测量放大器的静态工作点（由UE计算IC），记入表3-2-7，计算Au。

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第3章 低频电子线路实验

表3-2-7 最大不失真输出电压测量数据记录 RC=1.8 kΩ RL=5.1 kΩ Uim /mV（有效值） Uomp-p / V（峰峰值） 最大输出时的静态工作点 U B / V U E / V U C / V I C Q = U E / R E U B E = U B - U E U C E = U C - U E Uom / V（有效值） Au 五、预习要求 1、熟悉万用表、交流电压表（毫伏表）、低频信号发生器、双线示波器、直流稳压电源等常用电子仪器的使用。熟悉本实验用的电路板。

2、复习教材中有关共射极单管放大器的组成、静态工作点和主要性能指标的定义及其计算方法等内容。

3、阅读本实验全部内容，熟悉放大器静态工作点的测量及调试方法和放大器主要性能指标的测量方法。

4、按照实验电路的元件参数，估算电路的静态工作点和主要性能指标： Au、Ri、Ro（设IC =1.5 mA，rbb‘ =300 Ω，β= 100）。

六、实验报告

1、按实验内容整理实验数据并按要求完成有关计算。

2、实验结果分析：分析实验观察到的现象，得出实验结论。如在实验过程中出现有异常现象或测量数据有较大的误差，试分析出现这些现象的原因，并提出相应的改进措施。

七、思考题

1、调整放大器的静态工作点Q时，用了一个固定电阻与电位器RW串联（见图3.2.1），能否直接用一个电位器？为什么？

2、在图3.2.1电路中，说明分别增大R1、R2、R3、R4、RL、UCC时，对放大器的静态工作点Q和性能指标的影响。

3、试分析在输入电阻测量电路（图3.2.3）中，测试电阻RS的阻值与输入电阻Ri

接近时可减小测量误差的原因。

4、试分析使用由NPN管和PNP管组成的放大器，其输出信号的饱和失真与截止失真波形是否相同？

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