075081-4模电实验参考讲义

实验二 晶体管放大器静态调测与增益测试

一、实验目的

1．学习三极管放大器静态工作点的设置与调整方法。

2．研究静态工作点的改变对输出波形的影响，观察饱和失真和截止失真。 3．学习电压放大倍数及输出动态范围的测试。 二、预习要求

1．复习分压式电流反馈偏置电路的工作原理，以及共射单管放大器的理论计算。 2．根据实验电路，计算RB1之值。设β=100，ICQ=3 mA。

3．根据实验电路，计算当ICQ=3 mA，β=100，RC=620Ω及2kΩ时的KV值（3 AX 22的基区电阻按300Ω计算）。

4．复习本书第一部分第二章§1、§2、§3、的相关内容。 三、实验设备及器件

1．直流稳压电源（HT-1712?）

1台 1台 1台 1台 1块 1台 1块

2．低频信号发生器（XD-22或XD-1022） 3．示波器（TI-5252或SSI-2220T） 4．晶体管毫伏表（DA-16） 5．万用表（500HA型） 6．失真度测试仪（SZ-3）

7．通用实验面包板（SPJ-4） 8．晶体三极管（或9013） 四、实验电路

1只

图Ⅱ-2-1为实验电路。

五、实验内容与步骤

1．按图Ⅱ-2-1接好电路，检查无误后方可通电。

2．调测静态工作点：

（1）接通电源，用万用表直流电压档监测UEQ（或URC），调整RB1使UEQ=11.5V1，此时

ICQ?IEQ?UEQRE。 ?3mA（这就是静态工作点最常用的调测方法，要记住）

（2）测得实际RB1值和集电极对地电压UC、发射极对地电压UE，填入表Ⅱ-2-1。 图Ⅱ-2-1 实验电路

表Ⅱ-2-1 测量值（一） RB1实际值 3．电压放大倍数KV的测试：

（1）将适当大小的中频信号送入放大器的输入端（本实验建议使用?=1 kHz， 10 mV的有效值的信号）。

（2）用示波器监测输出信号，要求无失真。用毫伏表分别测试放大器输入信号和输出信号的有效值，或用示波器分别测出输入与输出信号的峰峰值，然后计算KV，并观察其相位。

注意：操作时不要使毫伏表产生指针偏转超出刻度范围——即“打表”现象。 4．输出电压动态范围的测试：

交替变化RB1值及Ui的幅度，使输出电压幅度最大而失真又最小的状态。并用失真度测试仪测量此时的非线性失真系数，最后由示波器测出电压的峰峰值。

5．观察工作点的改变对输出波形的影响：

（1）接入信号发生器，使Ui的频率为30 kHz，幅度为50 mV左右（有效值）。 （2）改变RB1使输出波形分别出现饱和失真与截止失真；分别测出其静态工作点与相应的RB1值，然后填入表Ⅱ-2-2，并记录波形。

表Ⅱ-2-2 测量值（二） RB1 偏小值 偏大值 URE IEQ 波形 饱和、截止失真 RB1理论值 UE UC ICQ （3）放大倍数的测量

保持输入信号幅度不变，分别改变输入信号频率和电路参数，测量不同情况下的放大倍数。具体参数变化量按表2.3.2要求进行。

表2.3.2

测 量 条 件 输入序信号RC RL ICQ 号 频率(Ω) (Ω) (Ω) (Hz) 实 验 值 计 算 值 AV= Vi(V) Vo(V) AV=Vo/Vi -R'L RL Rbe 误差 /rbe 1 1k 3 k 1.5 1 k 1.5 1 k 1.5 1 k <70 <70 <70 <70 <70 <70 2 1000k 3 k 3 100k 3 k 4 1 k 1.5 1.5 1 k k 6.2 1 k 1.5 2 k 5 1 k 3 k 6 1 k 3 k （2） 六、实验报告要求

1．讨论静态工作点的测试方法。

2．若理论计算值与实际测量值的误差大于20%时，要分析误差原因。 3．依据波形曲线，对饱和截止失真进行讨论。 4．讨论测试电压放大倍数的方法。

5．用方格纸绘制输出端饱和与截止失真的波形。

实验四 负反馈放大器的研究

一、实验目的

通过对本课题的设计及实验，体会负反馈对放大器性能，如放大倍数、输入输出电阻及频带带宽的影响，反馈对放大器的电压增益与频率特性的影响，负反馈对放大器增益稳定性的影响，从而加深对负反馈理论学习的理解。

二、预备知识 1．基本反馈实验原理

负反馈放大器由基本放大器（无反馈放大器）和反馈网络组成，如图Ⅱ-5-1所示。

图Ⅱ-5-1 负反馈放大器基本原理图

图中，将原输入信号XS与反馈信号X?进行比较，得到净输入信号Xi=Xs-X?，加到基本放大器输入端，基本放大器的输出信号为X0，X?就是X0通过反馈网络得到的反馈信号。根据增益的定义，无反馈放大器的增益为

K?反馈放大器的增益为

Xo XiKf?反馈系数

Xo XsB由图Ⅱ-5-1可得

Xi=Xs-X? X?=XoB

XfXo

XoXXoXiKKf?o???

XXsXi?XoB1?oB1?KBXi1+AB ＞1时，为负反馈； 1+AB ＜1时，为正反馈； 1+AB=0时，为自激震荡。

负反馈时，1+AB＞1，所以有：Xi＞Xid，即负反馈信号削弱了输入信号Xi，使得基本放大器的净输入信号减少。

显然负反馈使放大倍数降低了，但是它得到了如下益处： （1）增益稳定度提高了； （2）展宽了通频带； （3）改变了输入输出阻抗； （4）提高了信噪比。 2．负反馈类型

基本放大器也就是反馈放大器中的无反馈放大器，它必须考虑反馈网络的负载作用，即将反馈网络在基本放大器上呈现的阻抗考虑在基本放大器中。

在考虑反馈网络对基本放大器输入端的负载效应时，若输出为电压负反馈，则将输出负载短路；若为电流负反馈，则将输出负载开路。

在考虑反馈网络对基本放大器输出端负载效应时，若输入端为串联负反馈，则将输入端开路，若为并联负反馈，则将输入端短路。

根据输入端口反馈信号和输入信号比较的方式不同，可以分为串联反馈和并联反馈，当进行电压比较时，反馈信号总是以电压的形式出现，这时，信号源端口、反馈网络端口，基本放大器端口互相串联，以便在输入回路进行电压求和，故称为串联反馈；当信号为电流比较时，反馈信号总是以电流的形式出现，这时信号源端口、反馈网络端口和基本放大器端口是并联的，以便在输入端进行电流求和，故称为并联反馈。

根据反馈信号在输入端口的采样方式的不同，又可以分为电压反馈和电流反馈。所谓电压反馈是指反馈信号与输出电压成正比，而电流反馈信号与输出电流成正比。

同此，负反馈的类型可以分为并联电压负反馈，串联电流负反馈，串联电压反馈、并联电负反馈四种，其框图如下图。

（a） （b）

对数规律来选取（维持输出波形不失真）。 表2.6.2

测量条f（Hz） 件 开环 Vo(V) A(ω)/AV Uof(V) 闭环 Af(ω)/Auf （4）测量输入电阻 同前。

（5）测量输出电阻（半电压法）

图2.6.5 输出电阻测量

测量输出电阻既可采用实验2.4的方法也可采用半电压测量法。如图2.6.5所示，所谓放大器的输出电阻，是指从放大器输出端2、2′向左看进去的等效电阻，测量时，可以把放大器输出端等效成一个理想电压源与输出电阻Ro相串联。 ① 使负载开路，即拆去图2.6.1中的CL和 ,由低频信号发生器输出一个适当电压的中频信号作为放大器的输入信号,用毫伏表测量这时放大器的输出电压Vo(开路电压)。

② 在2、2′之间并上一只可变电阻器（Rp）作为负载RL，调节Rp使放大器的输出电压下降为Vo/2，即VL= Vo/2。根据全电路欧姆定律可知，此时的可变电阻阻值就是放大器的输出电阻Ro。 3.闭环测试

将图2.6.1电路中的S拨到2，测量负反馈时的放大倍数、放大倍数稳定度、幅频特性曲线、输入、输出电阻等，其测量方法和开环放大器类同。

五、研究与思考

1．观察负反馈对改善非线形失真的作用； 2．验证负反馈对放大器通频带的展宽；

3．观察信号在流动过程中极性的变化，进一步体会负反馈的级性判别法。

六、实验设备及器件

1．万用表 1块 2．直流稳压电源

1台 3．示波器 1台

4．低频信号发生器 1台 5．毫伏表 7. 原器件及工具

五、实验参考电路

1台 6．通用实验面包板 1块

参考电路（1）

参考电路（2）

实验五 差动放大器研究与测试

一、实验目的

1．掌握静态工作点的测试及具有恒流源的差分放大器电路的调试方法。 2．掌握差模放大倍数的测试。 3．掌握共模抑制比CMRR的测试。

二、预习要求

1．根据实验电路核算静态工作点和差模放大倍数，设晶体管β为80，hie=1.2 kΩ。 2．复习差动放大器工作原理。

3．绘制实验数据记录表格，并要求将理论计算值填入表内。 4．回答如下思考题：

（1）单端输入的差动放大器的差模放大倍数与双端输入有何不同？ （2）能用晶体管毫伏表或示波器直接去测差动放大器双端输出的电压吗？

（3）为什么单端输入的差动放大器另一输入端还要接一个与信号源内阻一样大小数值的电阻？

三、实验原理分析 1．差动放大器

差动放大器是解决直流放大器零点漂移最常用的一种方法。图Ⅱ-7-1是典型的差动放大电路。

图5-1 典型差动放大电路

电路各元件力求对称，但实际上总有差别，图中RW就是用来补偿差别的，一经补偿后，就成为零信号输入，零输出。RW的接入具有负反馈作用，使放大倍数下降，所以不宜过大。

RE是公共射极电阻，对它差模信号可视为短路，而对共模信号则具有深负反馈作用。 一个理想的差动放大器，只放大差模信号（即放“差”）而不放大共模信号，即共模放

大倍数为零，实际由于电路总有点不对称，共模放大倍数并不为零，但越小越好。

衡量一个差动放大器的质量，一般采用共模抵制比CMRR。

CMRR?其值越大，说明其抗干扰能力强。

K差 K共实际的电路经常以恒流源电路代替图Ⅱ-7-1中的RE，这样既可以得到一个动态的大电阻而又无须提供很高电源电压。

2．具有恒流源的差分放大器

具有恒流源的差分放大器，应用十分广泛。特别是在模拟集成电路中，常作为输入级或中间放大级。电路如下图所示。其中VT1、VT2称为差分对管，常采用双三极管如5G921或BG319等，它与电阻RB1、RB2、RC1、RC2及电位器RP共同组成差分放大器的基本电路。VT3、VT4与电阻RE3、RE4、R共同组成恒流源电路为差分对管的射极提供恒定电流Io。均电电阻R1、R2给差分放大器提供对称差模输入信号。晶体管VT1与VT2、VT3与VT4的特性应相同。电路参数完全对称，改变RP可调整电路的对称性。由于电路的这种对称性结构特点，无论是温度变化，还是电源的波动（称之为共模信号），对两管的影响都是一样的，因此，差分放大器能有效地抵制零漂移。

图5-2具有恒流源的差分放大器 1．输入输出信号的连接方式

图5-2所示，差分放大器的输入信号Vid与输出信号Vod可以有4种不同的连接方式： （1）双端输入——双端输出

连接方式：①—A—A，②B—B，③——C，④—D （2）双端输入——单端输出

连接方式：①—A—A，②—B—B，③、④分别接一电阻RL到地。

（3）单端输入——双端输出

连接方式：①—A，②—B—地，③—C，④—D （4）单端输入——单端输出

连接方式：①—A，②—B—地，③、④分别接一电阻RL到地 连接方式不同，电路的特性参数有所不同。 2．静态工作点的计算

静态时，差分放大器的输入端不加信号Vid，见图3.4.1，对于恒流源电路：

IR?2IB4?IC4?2IC4??IC4?IC4?Io （3-4-1）

故Io为IR的镜像电流，其表达式为：

Io?IR??VEE?0.7 （3-4-2）

R?RE4上式表明，恒定电流Io主要由电源电压—VEE及电阻R1、RE4决定，与晶体管的特性参数无关。

对于差分对管VT1、VT2组成的对称电路，则有： IC1=IC2=Io/2 （3-4-3）

VC1?VC2?VCC?IC1RC1?VCC?IORC1 （3-4-4） 2可见，差分放大器的静态工作点主要由恒流源电流去确定。

表3.4.1差动放大器四种接法的差模特性 差模特性 连接方式 差模电压增益 Avd 差模输入电阻 Rid Rbd≈2(RB1+rbe) （忽略RP的影响） Rod=2RC 差模输出电阻 Rod Avd?双端输入—双端输出 ??Ri RB1?rbeRL 2（忽略RP的影响） RL?RC//单端输入—双端输出 双端输入—单端输出 单端输入—单端输出 26mV rbe?300??(1??)(IC1)mA?mA同 上 同 上 同 上 Avd???RL 2(RB1?rbe)同 上 RO=RC RL=RC//RL 同 上 同 上 同 上

3、放大特性分析

当差分放大器的两个输入端输入一对差模信号（大小相等，极性相反）时，与差分放大器的4种接法对应的差模电压增益Avd、差模输入电阻Rid，差模输出电阻Rod的关系如表3.4.1所示。

以上说明，4种连接方式中双端输出时的差模特性完全相同。单端输出时的差模特性也完全相同，不仅是双端输入还是单端输入，其输入电阻Rid均相同。

差模电压增益Avd的测量方法是：输入差模信号为Vid20mV，?1=100Hz正弦波。用双踪示波器分别测量VC1及VC2，它们应是一对大小相同，极性相反的不失真的正弦波，用晶体管毫伏表或示波器分别测量VC1、VC2的值

1）差模电压放大倍数

对于差模信号，由于Uid1 = －Uid2，故射极电阻Re上的电流相互抵消，其压降保持不变，即 ?UE = 0，可得到差模输入时的交流等效电路， 如图2所示，由于电路对称，每个半边与单管 Rc Rc 共射极放大器完全一样。 Uod1 Uod2 双端输入——双端输出差分放大器的差模 电压放大倍数为： T1 T2 Aud?Uod Rb Rb UidUod1?Uod2 Uid1 Uid2

Uid1?Uid22Uod1 图2 差模输入时的交流等效电路 2Uid1??Rc?Au （1）

Rb?rbe ?

? ?可见Aud与单管共射极放大器的电压放大倍数Au相同。

考虑负载RL后，双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：

???RL??Au? Aud （2） Rc Rc Rb?rbe??Rc// 式中RL1RL Uoc1 Uoc2 2双端输入——单端输出差分放大器的差模电压放大倍数为： T1 T2 UU?Rc Aud1?od1?od1?? （3） Rb1 Rb2 Uid2Uid12(Rb?rbe)2）共模电压放大倍数 2Re 2Re 当输入共模信号时，Re上的压降为?UE=2?IERe， Uic 在画等效电路时把两管拆开，流过射极电路的电流 为?IE，为了保持电压?UE不变，应把每管的发射极 电阻Re增加一倍，因此共模输入时的交流通路如

图3所示。当从两管的集电极输出时，如果电路完全对称，则输出电压Uoc= Uoc1－Uoc2= 0，因此双端输出时的共模电压放大倍数Auc为： Auc?UocUoc1?Uoc2??0 （4） UicUic 如果采用双端输入——单端输出的方式，则共 图3 共模输入时的交流通路

模电压放大倍数为：

U?Rc Auc1?oc1?? （5）

UicRb1?rbe?(1??)2Re通常 ? ?? 1，2?Re ?? Rb1 + rbe，故上式可简化为： Auc1??Rc （6） 2Re从上述讨论可知，共模电压放大倍数越小，对共模信号的抑制作用就越强，放大器的性能就越好。在电路完全对称的条件下，双端输出的差分放大器对共模信号没有放大能力，完全抑制了零点漂移。实际上，电路不可能完全对称，Auc并不为零，但由于Re的负反馈作用，对共模信号的抑制能力还是很强的。在Re取值足够大的情况下，即使是单端输出，也能把Auc1压得很低。如果电路不对称，则（4）式不为零，所以双端输入——双端输出时的Auc应写成： Auc = Auc1 －Auc2 （7）

3． 共模抑制比

共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即：

CMRR?Aud （8） Auc共模抑制比说明了差分放大器对共模信号的抑制能力，其值越大，则抑制能力越强，放大器的性能越好。

对于单端输出电路，由（3）式与（6）式，可以得到共模抑制比： CMRR?Aud1?Re? （9） Auc1Rb?rbe上式表明，提高共模抑制比的主要途径是增加Re的阻值。但当工作电流给定后，加大

Re势必要提高 ?EC? 。 +12V

为了在不用提高 ?EC?的情况下 ， 能够显著地增大Re，可用晶体管构成 Rb11 Rc1 Rc2 Rb12 R2 的恒流源来代替Re，如图4中所示的 RL T3，只要保证T3的UCEQ ?（1 ~ 2）V， Uo1 Uo2 则T3管“集—射”之间的交流阻抗可 Ui1 Rb21 Rb22 达几十k ?~ 几M?。 T1 T2 图4电路中的元件值分别为： Rw Rb11 = Rb12 = 300k?， R Rb21 = Rb22 = 22 k?， Rc1 = Rc2 = 10k?， T3 R = 510?，R2 = 270 k?， R Re3 2CW1S Re3 = 1.2 k?，RL = 100 k?， RW为150?电位器，T3为3DG6， Ui2 –12V T1、T2为3DG6对管，

2CW1S为稳压管。 图4 具有恒流源的差分放大器

共模抵制比KCMR的测量方法如下：当差模电压增益Avd测量完成后，将放大器的①端与②端相连接，输入Vic=500mV，?1=100Hz的共模信号，如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则Vc1或Vc2的波形近似于一条水平直线，共模放大倍数AVC=0，则共模抵制比KCMR为：

KCMR?Avd?co （10） Avc如果电路的对称性不好，或恒流源的特性不好，则这时Vc1、Vc2，或Vc1+Vc2不为零，共模电压增益Avc也不为零，在测出了Vc1、Vc2，或Vc1+Vc2后，放大器的共模抵制比也就可求了。

四、设计举例：

例：设计一具有恒流源的单端输入一双端输出差分放大器 已知条件：Vcc=+12V，VEE=-12V，RL=20ke，Vid=20mV 性能指标要求：Rid＞20kΩ，Avd≥20，KCMR＞60dB 解：（1）确定电路连接方式及晶体管型号

题意要求共模抵制比较高，这要求电路的对称性要好，故可采用ET集成差分对管BG319，其内部有4只特性特性完全相同的晶体管，引脚如图3.4.5所示，图3.4.6为具有恒流源的单端输入一双端输出差分放大电器电能：其中VT1、VT2、VT3、VT4、为GB319的4只晶体管，可以测得，β1=β2=β3=β4=60。

差分放大器的静态工作点主要由Io决定，故一般总设定Io，Io取值的不能太大，Io越小，恒流源越恒定，但也不能太小，一般为儿毫安左右。

roc?300?(1??)26mV?3.4k? 要求Rid＞kω，由表3.4.1可得：

(IO/2)mARid=2(RB1+roc)＞20kΩ

则RB1＞6.6kΩ，取RB1=RB2=6.8kΩ

Acd???RC?20

BB2?roc取Aid=30 测得RL=6.7kΩ

由表3.4.1得，RL=Re//R2/2，则可得Re=20.3kΩ，取Rc1=Rc2=20kΩ。故 要求Avd＞20，由表3.4.1可得

这里取Io=1mA，则有IR=Io=1mA ，Ic1=Ic2=Io/2=0.5Ma，故Vc1=Vc2=Vcc-IcRc=2V这里Vc1、Vc2分别为VT1、VT2集电极对地的电压，而基极对地的电压VB1、VB2为

VB1?VB2?Ic

VB1=VB2=-0.7V

?RB1?0.08V?0 则

射极电阻Rp1不能太大，否则负反馈太强，使得器放大器增益很小，一般取100Ω左右的电位器，以便调整电能的对称性，现取RP1100Ω。对恒流源电路，其静态工作点及文件参数计算中心如下。

IR?IO??VEE?0.7

R?RERE+R=11.3kΩ

射极电阻RE一般取儿千欧，这里取RE3+RE4=2K，则R=9.3kΩ，为调整Io方便，R用5kΩ固定电阻与10k电位器RP2律联组成。

（3）静态工作点的调整方法

不加输入信号Vid，用万用表测量VT1、VT2的集电极对地的电压VC1、VC2。如果电路不对称，则Vc1与Vc2不等，应调整RP1，后Vc1=Vc2。再测量电阻RC1两端的电压，并调节RP2后，以满足设计要求值（如1mA）。由于后为设定值，不一定使两！！结管均工作在放大状态，所以要用万用表分别测量VT1、VT2的各极对地的电压，这时VBE=0 .7V，VCE名为正n伏电压。如果VT1、VT2已经工作在放大状态，再利用差模传输特性曲线，又是测电路的对称性，并调整静态工作点Io的值。方法是，将输入端①输入差模信号Vid=20mV，测量电路如图3.4.3所示，进一步调节RP1、RP2使传输特性曲线尽可能对称。待电路的差模特性曲线对称后，移去信号源，再用万用表测量各之极管的电压值。

五、设计任务

1．设计课题：具有恒流源的单端输入——单端输出差分放大器设计 2．已知条件：Vcc=+12V，VB2=-12V，RL=20kΩ，Vid=20mV，?i=100Hz

BG319 1只

3．性能指标要求：Rid＞10kΩ，Au＞15，KCMR＞50dB 六、研究与思考

1．使RP1=0，即用导线将RP1短接，传输特性曲线有何变化，为什么？如果用两只100Ω的电阻代替RP1传输特性又有什么变化？为什么？

2．如果用一固定电阻Rc=10kΩ代替恒流源电路，即将Rcd接在—UBE与RP1的滑动端之间，Uic=500mV，共模输入，观察Uc1与Uc2的波形，其大小、极性及其模抵制比KCMR与恒流源电路相比有何区别，为什么？

3．加大Io，观察电路特性的变化，体会一下为什么Io不能太大。

4.差动放大器中Re和恒流源起什么作用？提高Re受到什么限制？ 5.可用什么方法来提高差动放大器的共模输入电阻，举例说明。

七、实验设备及器件

1．万用表（500HA型）

1块

2．低频信号发生器（XD-2或XD-1022） 3．晶体管毫伏表（DA-16型） 4．直流稳压电源（HT-1712?） 5．通用实验面包板（SPJ-4）

1台

1台 1台 1块 1台 4支

6．示波器（SS-6702或SSI-2220T） 7．主要器件：3DG6，9013等 八、实验内容及步骤 1．静态调测 （1）调零

将两个放大管输入端接地；调整电路使输出为零。请正确选择测试点和仪表，以及适当的测试量程。

（2）测试与记录静态工作点数据（ICQ，UCQ） 2．测量差模增益

要求测量单端入的二种情况。

（1）单端输入单端输出的差模增益的测试。请适当选择测试仪表和输入信号的大小及频率。

已知XD2型信号发生器的内阻在40 dB档时约为50 Ω，在50 dB档时约在15Ω，在60 dB档时约为5Ω；XD22型信号发生器的内阻为600Ω。

（2）单端输入双端输出的差模增益的测试。 请正确选用仪表和测试方法。 （3）共模抵制比CMRR的测试。

要求正确选用仪表和测试信号（要求使用示波器监测并注意输入信号不能太小）。 3、实验报告要求

1．）报告中一定要在实验步骤中写清楚正确的测试方法。 2．）对体会较深的问题进行分析讨论。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hzi.html