电子电路实验报告

实验名称：单级低频电压放大器院（ 系）：姓 名：实 验 室：同组人员：无实验时间：评定成绩：

实验报告

课程名称：电子电路实践

第三、四次实验

专 业：

学 号： 105 实验组别：无

2012年4月15日 2012年4月22日 审阅老师： 东南大学实验报告用纸

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实验目的：

1、 掌握单级放大电路的工程估算、安装和调试

2、 了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频

特性等的基本概念以及测量方法

3、 掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源 、交流电压表、

函数发生器的使用技能训练 三、预习思考 1、 器件资料：

上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表： 参数符号 VCBO VCEO VEBO IC <40V <30V <5V <500mA 参数值 参数意义及设计时应该如何考虑 发射极开路时，集电极-基极的之间的反向击穿电压，是集电结所允许加的最高反向电压 基极开路时，集电极-发射极之间的反向击穿电压，此时集电结承受反向电压 集电极开路时，发射极-基极之间的反向电压，是发射结所允许加的最高反向电压 最大集电极电流，使值明显减小的IC为ICM IE <-500mA 最大发射极电流，使值明显减小的IE为IEM hFE VCE(sat) VBE 96~246 直流增益,共射直流电流系数IC/IB 0.1(T)<0.25(MAX)V 集电极-发射极饱和电压 0.8(T)<1(MAX)V >140(MIN)MHZ 基极-发射极电压 晶体管频率,特征频率，使值下降到1的信号频率称为特征频率 fT

将其扁平的一面正对自己，管脚朝下，则从左至右三个管脚依次为e,b,c;封装图如下：

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2、 偏置电路：

教材图1-3中偏置电路的名称是什么，简单解释是如何自动调节BJT（半导体三极管）的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1 、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？

答：

共发射极偏置电路。

利用R1,R2构成的分压器给三极管基极b提供电位UB,又I1IBQ,基极电位UB可近似地由下式求得：UBR2VCC

R1R2当环境温度升高时，ICQ(IEQ)增加，电阻RE上的压降增大，由于基极电位UB固定，加到发射结上的电压减小，IBQ减小，从而使ICQ减小，通过这样的自动调节过程使ICQ恒定，即实现了稳定直流工作点的作用。

如果R1,R2取得过大，则I1减小，不能满足R1,R2支路中的电流I1IBQ的条件，此时，

VBQ在温度变化时无法保持不变，也就不能起到稳定直流工作点的作用。

3、 电压增益：

(I) 对于一个低频放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有

哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。 答：

Auu0(RCRL)(RCRL)

26mVuirberb(1)ICQ所以提高电压增益的方法有：

1）增大集电极电阻RC和负载RL。缺点：RC太大，受VCC的限制，会使电路不能正常工作。 2）Q点适当选高，即增大ICQ。缺点：电路耗电大、噪声大

3）选用多级放大电路级联形式来获取足够大的电压增益。缺点：电路较复杂，输出信

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号易产生自激，需采取措施消除 (II) 实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问如果用万用表或示波器可不

可以，有什么缺点。

答：在频率低于100KHZ时万用表的交流档和交流毫伏表都可以比较精确地测量交流电压，当频率大于100KHZ小于1MHZ时，万用表的测量精度下降，只能采用交流毫伏表测量，对于更高频率的信号，必须选择高频毫伏表测量。而示波器测量的电压精度一般比毫伏表低一个数量级,无法在需要精确测量电压值时的时候使用。 4、 输入阻抗：

(I) 放大器的输入电阻Ri反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻

为RS，试画出图1-3中放大电路的输入等效电路图，回答下面的连线题，并做简单解释：

Ri = RS 放大器从信号源获取较大电压 Ri << RS 放大器从信号源吸取较大电流 Ri >> RS 放大器从信号源获取最大功率 答：

Us2Us2PiIiRi()Ri2

RiRsRsRi2RsRi2对Pi关于Ri求导，当RiRs时，Pi=0，所以 放大器从信号源获取最大功率。

'IiUs，当RiRs时，放大器从信号源获取较大电流

RiRsUsRi，当RiRs时，放大器从信号源获取较大电压。

RiRsUi

(II) 教材图1-4是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析

为什么串接电阻RS的取值不能太大也不能太小。 答：若Rs取得过大，不满足当RiRs条件，Ui较小， 则放大器从信号源获取较小

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电压，电压表测量小信号的时候由于噪声干扰等原因测量精度下降，测量误差增加。若RS取得过小，又不满足RiRs条件，则放大器从信号源获取较小电流，Ui值将很大，同样会引入较大误差。

(III) 对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分

析有哪些方法可以提高教材图1-3中放大电路的输入阻抗。

答：交流输入阻抗：Rirbe//R1//R2300(1)26mV； ICQ适当增大R1，R2的电阻值，保证满足R1,R2支路中I1IBQ的条件。 使用电流放大系数（）大的三极管。

降低静态工作点，在输出信号不失真的情况下。

5、 输出阻抗：

(I) 放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力，试分析教材图1-3中放大电路的

输入阻抗受那些参数的影响，设负载为RL，画出输出等效电路图，回答下面的连线题，并做简单解释。

RO = RL 负载从放大器获取较大电压 RO << RL 负载从放大器吸取较大电流 RO >> RL 负载从放大器获取最大功率 答：

RoIo2R02Io2PLILRL()RL，当Ro=RL时，负载从放大器获取最

RoRL2RoRo2RLRL2大功率。

ILRoIoIo，当RoRL时，负载从放大器获取较大电流。

RoRLRLRo1东南大学实验报告用纸

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UL

RoIoRLRoIo，当RoRL时，负载从放大器获得较大电压。 RoRLRoRL1(II) 教材图1-5是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析

为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。 答：

若RL取值过大，电流源的电流只有一小部分流经RL，输出电流过小。但若RL过小，则通过RL的电流即通过集电极端的电流过大，将会损坏三极管。 (III) 对于小信号放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识，分

析有哪些方法可以减小教材图1-3中放大电路的输出阻抗。 答：

交流输出阻抗：Rorce//RCRC，由于rce特别大，减小其并没有太大影响，主要可以适当减小RC的电阻值。

6、 计算教材图1-3中各元件参数的理论值，其中

已知：VCC=12V，Vi=5mV，RL=3KΩ，RS=50Ω， T为9013

指标要求：AV>50，Ri>1 KΩ，RO<3KΩ，fL<100Hz，fH>100kHz（建议IC取2mA） 答：

本实验所用的三极管9013是硅管，=157

1） 对于图1-3中的偏置电路，只有R2支路中的电流I1IBQ时，才能保证VBQ恒定实

VBQ3V 现自动稳定工作点的作用，因此为了满足功能工作点需求，取I125IBQ，

2） ICQVBQVBERE,取IC=2mA

3） R2VBQI1VBQ25IBQVBQ25ICQ15739.42K取R2=10K

252R1VCCVBQ(123)1030K

VBQ3R2(RCRL)157(33)1034）Au0(RCRL)100.0450 u26mV26mVuirberb(1)300(1157)ICQ2Rirbe300(1)2626300(1157)23542.35K1K ICQ2东南大学实验报告用纸

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Roro//RCRC,RC=3K

符合指标要求。

REVEQICQVBQVBEQICQ30.71.15K,取RE1K 2其他参数:

RW100K ,R1'10K, C1,C247u, CE100u

实验原理：

静态工作点

放大器的基本任务是不失真地放大信号。由于它们的性能与静态工作点的位置及其稳定性直接相关，所以要使放大器能够正常工作，必须设置适合的静态工作点。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中点附近。

放大器的主要性能指标有：

1、电压增益，2、输入电阻，3、输出电阻，4、放大器的幅频特性。 实验内容：

1、 研究静态工作点变化对放大器性能的影响

（1） 调整RW，使静态集电极电流为2mA，测量静态时晶体管集电极-发射就之间

电压

（2） 在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调整信号源输出电压VS

使Vi=5mV，测量并记录Vs、Vo、Vo’，并计入表中。

（3） 重新调整Rw使Icq为1mA，重复上述测量，将测量结果计入表中。 2、 观察不同静态工作点对输出波形的影响。

（1） 增大Rw阻值，观察输出电压波形是否出现截止失真。

（2） 减小Rw阻值，观察输出波形是否出现饱和失真，描出失真波形 3、 测量放大器的最大不失真输出电压

分别调节Rw和Vs，用示波器观察输出电压Vo波形，使输出波形为最大不失真正弦波。测量此时静态集电极电流Icq和输出电压的峰峰值。 4、 测量放大器的幅频特性曲线

调整Icq=2mA，保持Vi=5mV不变，改变信号频率，用逐点法测量不同频率下的Vo值，作出幅频特性曲线，定出3dB带宽BW

一、 研究静态工作点变化对放大器性能的影响

实验电路图如图所示：

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Ri=1kΩ，R2=10kΩ，R1’=10kΩ，Rc=3kΩ，RE=1kΩ，RL=3kΩ。 研究静态工作点实验表格如下所示： 静态工作点Icq（mA） 输入端接地 QBQ（V） VCQ（V） VEQ（V） 输入信号 Vi=5mV 计算值 VS（mV） VO(V) VO’（V） VBEQ（V） VCEQ（V） AV Ri/ kΩ Ro/ kΩ 1 测量值 3.600 8.990 2.952 6.700 0.505 0.240 0.632 7.732 111 3.04 2.87 测量值 2.625 5.225 2.000 6.900 0.950 0.497 0.630 4.100 180 2.400 2.730 2 理论值 2.7 6 2 7.09 1 0.5 0.7 4 200 2.393 3 误差(%) 2.8 12.9 0 2.7 5 0.6 9.9 2.5 10 0 9 从表中数据误差可看出，有几项的数据误差是比较大的，达到了10%+。可能是测量误差所致.

二、观察不同工作点对输出波形影响表格如下： 测量值 VBQ(V) VCQ(V) VEQ(V) 计算值 ICQ(mA) VBEQ VCEQ R1/ kΩ

完全截止图像如图所示：

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完全截止 0.400 11.74 0 0 0.414 11.57 278.7 截止失真 0.610 12.17 0.31 0.057 0.67 11.86 203 饱和失真 3.526 3.752 2.798 2.75 0.67 0.296 24.03 完全饱和 3.715 3.228 3.222 2.933 0.651 0. 64 26.3

截止失真图像如图所示：

饱和失真图像如图所示：

完全饱和失真图像如图所示：

三、 测量放大器最大不失真输出电压

经测量知，当Rw=20kΩ、Vs=23mV时，输出波形为最大不失真正弦波。

此时Rc两端电压为2.922V，则Icq=0.974mA，输出电压峰峰值为Vop-p=5.12V

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峰峰值测量图如下：

四、 测量放大器幅频特性曲线

当Vi=5mV，f=1kHz时，Vo=0.671V， 当频率取不同值时，Vo值如下表所示：

频率 100 104 105 106 107 108 109 110 Vo 频率 Vo 频率 Vo 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 频率 50k 200k 300k 400k 500k 550k 551k 552k Vo 1.01 1.01 频率 553k 554k Vo 0.712 0.710 0.709 0.707 0.706 0.705 0.704 0.701 0.671 111 0.699 112 0.703 113 0.705 114 0.707 115 0.709 200 0.711 300 0.714 400 0.717 500 0,719 600 0,722 700 0.725 800 0.727 900 0.864 1000 0.967 2000 1 5000 0.975 555k 0.876 556k 0.770 557k 0.715 558k 0.716 559k 0.714 560k 由数据知，Vo的最大值为1.02V，则0.707*Vo=0.714V 则知fL约为110Hz，fH约为552kHz，则3dB带宽fBW=552 kHz-110Hz≈552kHz.

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实验名称：单级低频电压放大器（扩展）

实验目的：

1、 掌握幅频特性等的基本概念以及测量方法 2、 了解负反馈对放大电路特性的影响 设计提示：

1、 电路频率特性的下限频率值主要受C1，C2和CE影响，其关系分别为

11 fL(3~10) fL(3~10)2(RSrbe)C12(RCRL)C2fL(1~3)1

Rr2(RE//Sbe)CE12、 幅频特性曲线、上限频率、下限频率、截止频率中心频率、带宽的测量方法

AV10.707AV10.707AV10.707AV10.707fL

(a)单级放大器放大特性

fH

(b)低通特性

f0ff0

(c)高通特性

ffLf0fH

(d)带

f通特性

幅频特性反应了电路增益和频率之间的关系，上图列出了常见的幅频特性类型。 (a)和(d)中的fL表示下限频率，fH表示上限频率，(d)中的f0表示中心频率，带宽BW=fH-fL； (b)和(c)中的 f0表示截止频率。在实验中可采用“逐点法”测量不同频率时的电压放大倍数AV来测量幅频特性。测量时，保持输入信号幅度不变，改变输入信号频率，每改变一次信号频率，用交流毫伏表或示波器测量一个输出电压值，计算其增益，然后将测试数据列表、整理并在坐标纸上将其连接成曲线。由于函数发生器的输出信号幅度在不同的频率会有变化，因此每改变一次频率都要用交流毫伏表或示波器测量输入信号的幅度，一定要保证输入信号的幅度不改变。

为了更快更准确的测量幅频特性，必须根据不同幅频特性类型，选择不同的测量技巧。对于(a)可先测出中频区的输出电压值，然后调高或调低频率使输出电压降到中频电压值的0.707倍，从而找到fL和fH，然后在fL和fH之间和左右找3至5个点进行测量，即可较准确的绘制曲线。(b)和(c)也可参考这种方式来测量。对于(d)可从较低的频率值逐步增加频率，用交流毫伏表或示波器测量输出信号，刚开始输出信号幅度随着频率的增加而增加，当增加到某一个频率时，输出信号幅度随着频率的增加开始减小，则该频率为中心频率，记下该频率对应的幅度，然后调高或调低频率使输出电压降到中心频率电压的0.707倍，从而找到fL和fH。

实验原理：

静态工作点

放大器的基本任务是不失真地放大信号。由于它们的性能与静态工作点的位置及其稳定性直接相关，所以要使放大器能够正常工作，必须设置适合的静态工作点。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中点附近。

放大器的主要性能指标有：

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1、电压增益，2、输入电阻，3、输出电阻，4、放大器的幅频特性。

三、预习思考

1、 对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大，下限频率足够小，根据您所学的理论

知识，分析有哪些方法可以增加教材图1-3中放大电路的上限频率，那些方法可以降低其下限频率。 答：

电路频率特性的下限频率分析可采用RC高通电路的分析方法，耦合电容和输入阻抗或输出阻抗构成一个高通电路，所以下限频率主要受C1,C2,CE影响，关系分别为

所以增大C1,C2,CE的值或级间信号的耦合方式采用直接耦合方式可以降低放大器的下限频率。

放大器的上限频率主要受三极管极间电容的影响，选择极间电容较小的三极管可提高放大电路的上限频率。

实验内容：

1、 测量放大器的幅频特性曲线

调整Icq=2mA，保持Vi=5mV不变，改变信号频率，用逐点法测量不同频率下的Vo值，作出幅频特性曲线，定出3dB带宽BW。

（a） 输入Vi=5mV，f=fL,用示波器双踪显示输入输出波形，记录波形，并测量两

者间的相位差。

（b） 输入Vi=5mV，f=fH,用示波器双踪显示输入输出波形，记录波形，并测量两

者间的相位差。

2、负反馈对放大器性能的影响

在实验电路中增加反馈电阻RF=10Ω，构成电流串联负反馈放大器, 调整ICQ=x(设计值)，测量该电路的增益、输入阻抗、输出阻抗、下限频率fL、上限频率fH、带宽BW，并和前面实验测量的结果进行分析比较。

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+12VRWR1'RC+CCRS+RFR2RERLVS+CE

1、测量放大器幅频特性曲线

当Vi=5mV，f=1kHz时，Vo=0.671V， 当频率取不同值时，Vo值如下表所示： 频率 30 40 50 70 90 100 105 110 Vo 频率 Vo 频率 Vo 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 频率 50k 200k 300k 400k 500k 550k 551k 552k Vo 1.02 1.02 0.945 0.834 0.734 0.714 0.702 0.697 0.268 115 0.365 200 0.412 300 0.576 400 0.634 0.671 0.702 0.714 0.727 500 0.864 600 0.967 700 1 800 900 1000 2000 5000 由数据知，Vo的最大值为1.02V，则0.707*Vo=0.714V

则知fL约为110Hz，fH约为550kHz，则3dB带宽fBW=550 kHz-110Hz≈550kHz.

f=fL=110Hz时，波形图如图所示：

由图中知，相位差约为216˚. f=fL=550kHz时，波形图如图所示：

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由图中知，相位差约为45˚.

2、 负反馈对放大器性能的影响。

当频率取不同值时，Vo值如下表所示： 频率 50 60 65 70 80 90 100 110 Vo 频率 Vo 频率 Vo

频率 Vo 频率 Vo 0.545 0.527 0.502 0.441 0.427 0.378 0.369 130 0.407 150 0.425 180 0.446 200 0.458 250 0.496 300 0.511 350 0.523 400 0.538 500 0.557 1k 0.573 2k 0.585 5k 0.592 10k 0.597 15k 0.601 20k 0.601 30k 0.602 50k 0.605 70k 0.611 80k 0.621 100k 0.602 150k 0.602 250k 0.602 300k 0.602 400k 0.601 500k 0.601 1M 0.601 1.5M 0.601 2.5M 0.601 3M 0.582 4M 0.575 0.553 由数据知，Vo的最大值约为0.62V，则0.707*Vo=0.425V

则知fL约为65Hz，fH约为3MHz，则3dB带宽fBW=3MHz-65Hz≈3M Hz. 测量输入电阻时，Rs=1kΩ，Vs=5mV，Vi=3.95mV，所以Ri=3.76kΩ 测量输出阻抗时，RL=3kΩ，Vo=0.48V，Vo’=0.24V，所以Ro=3kΩ 测量电压增益时，Vi=5mV，Vo’=0.3V，所以Av=60

与内容1的实验结果相比较知，引入串联负反馈后，电路增益相对变小，而输入阻抗和输出阻抗变大，fL 变小，fH 变大，带宽加长。

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