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实验一 单级放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1. 掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法； 2. 掌握放大电路的动态参数的测试方法；

3. 观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。

二、实验要求

1. 设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(峰值10mV) ，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。

2. 调节电路静态工作点(调节偏置电阻)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。

3. 调节电路静态工作点(调节偏置电阻)，使电路输出信号不失真，并且幅度最大。在此状态下测试： ① 电路静态工作点值；

② 三极管的输入、输出特性曲线和? 、 rbe 、rce值； ③ 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； ④ 电路的频率响应曲线和fL、fH值。

三、实验步骤

1、按要求设计单级放大电路。原理图如下：

图1 单级放大电路原理图

1.1 最大不失真输出

当电位器阻值为3% 时，显示最大不失真波形如下图：

图2 最大不失真输出波形及参数

Vce=5.85357-3.85990=1.99367v ??IC/IB=2.56586/12.27710*1000=208.996

1.2 饱和失真

当电位器阻值为0 ，显示饱和失真波形如下图：

图3 饱和失真波形及参数

Vce=4.78747-4.69400=0.09347V

1.3 截止失真

当电位器阻值为100%时，显示截止失真波形如下图：

图4 截止失真波形及参数 Vce=11.37846-0.3902=10.988V

2. 动态分析 2.1 测试输入特性

测试放大电路输入特性的电路如图

图5 输入特性曲线

rbe=dx/dy=437.9562/222.1182=1.972k

Vce=5.85357-3.85990=1.99367v

2.2 测试输出特性

测试放大电路输出特性的电路如图

图6 输出特性曲线

rce =dx/dy=15.3061/0.36755=41.644k

2.3 测试电压增益

测试放大电路在保持最大不失真输出时电压增益的电路如图

根据电压增益的定义，Au?Vi/Vo=1011/7.068=143.0391

|Au|的理论值为：

|A’u|=?（R1 // R2 //rce）/rbe

= 208.996?（5.1k? // 2.4k? // 41.644k?）?1.972k? = 146.298

相对误差||Au|-|A’u||?|A’u|=2.28% 2.4 测试输入电阻

图7 测试输入电阻电路

根据输入电阻的定义得Ri=Vi/Ii=7.069/3.215=2.199 K?

Ri的理论值为：

Ri’=（3%R6 + R5）// R4 //rbe

=（0.03?100k?+10k?）// 10k? // 1.972k? = 2.066k?

相对误差| Ri - Ri’ |? Ri’ = 6.048%

rbe1??vBE/?iB?dx/dy?767.2634?V/ 68.4466nA = 11.210k?

图3 输入特性测试电路

图4 输入特性分析图表

1.3 输出特性

根据图5所示输出特性测试电路，其中iB值设定为静态工作值，利用直流扫描，可以得到如图6所示输出特性曲线。

IC）找到一段尽可能小的曲线使点Q（VCE，=（7.30061V，531.17500?A）

落在该区间内，则：

rce1??vCE/?iC?dx/dy?224.4389mV/1.0978?A=204.444k?

图5 输出特性测试电路

图6 输出特性分析图表

由于Q2管与Q1管采用的型号一样，并且在差放电路中的位置完全对称，因此各项参数与Q1管相同。

2. Q3管参数 2.1静态工作点

对图1所示差动放大电路中的Q3三极管进行静态工作点分析，可得到如下

图所示静态参数分析图表：

图7 Q3管静态参数

IC= 1.06696mA IB= 4.85324?A

= 219.84

β3=

VCEVBEIC/IB=1.06696mA / 4.85324?A=VN23-VN26= -698.89494m-( -8.78456 ) = 8.08566V =VN24-VN26= -8.15690-( -8.78456 ) = 0.62766V

2.2 输入特性

根据图8所示输入特性测试电路，其中vCE值设定为静态工作值，利用直流扫描，可以得到如图9所示输入特性曲线。

找到一段尽可能小的曲线使点Q（VBE，IB）=（0.62766V，4.85324?A）

落在该区间内，则：

rbe3??vBE/?iB?dx/dy?1.9370mV / 323.0857nA = 5.995k?

图8 输入特性测试电路

图9 输入特性分析图表

2.3 输出特性

根据图10所示输出特性测试电路，其中iB值设定为静态工作值，利用直流扫描，可以得到如图11所示输出特性曲线。

找到一段尽可能小的曲线使点Q（VCE，IC）=（8.08566V，1.06696mA）落在该区间内，则：

rce3??vCE/?iC?dx/dy?77.7202mV / 766.5803nA = 101.386k?

图10 输出特性测试电路

图11 输出特性分析图表

3. 差模增益

在图1所示放大电路的两个输入端分别接入方向相反的直流小信号，大小均为5mV，输出端保持空载，如图12所示。则：

|Vid|=10mV

图12 计算差模增益电路

用静态工作点测试方法测试直流小信号作用下的N1、N2电压，此时测得的节点电压值均包含了电源电压值，但在计算双端输入差模增益时该值可相互抵消。测试结果如下图：

图13 N1，N2电位

于是：

|Vod| = |VN1-VN2| = |6.46224-6.91724| = 455mV |AVD| = |Vod|/|Vid| = 455mV/10mV = 45.5 >20

理论值：

|AVD理| = β1?R2 / [rbe1+R6+(1+β1)Rw/ 2]

= 216.44?10k?/(11.210k?+510?+217.44?330??2) =45.47288

相对误差| |AVD|-|AVD理| |?|AVD理| = 0.06%

图14 N1对地电位

将直流小信号短路测得节点1的电位如图14所示为6.68974V。计算可得：

|AVD1| = |6.46224V-6.68974V| / 10mV = 22.75

而|AVD1|的理论值：|A’VD1 | = |AVD理|/ 2 = 22.73644； 相对误差||AVD1|-|A’VD1 ||?|A’VD1 | = 0.06%。 4. 共模增益

在图1所示放大电路的两个输入端接入方向相同的直流小信号，大小均为5mV，输出端保持空载，如图15所示。

图15 计算共模增益电路

用静态工作点测试方法测试直流小信号作用下的N1、N2电压，此时测得的节点电压值均包含了电源电压值，但在计算双端输入共模增益时该值可相互抵消。测试结果如下图：

图16 N1，N2电位

因此|Voc| = |VN1-VN2| = 0，|AVC|=0，理论值|AVC理| = 0，故不存

在相对误差。

由图14的测试结果知N1对地电压为6.68974V，则：

|AVC1| = |6.68973V-6.68974V| / 5mV = 0.002?0

四、实验小结

本次实验主要复习了三极管工作参数的测试，并测量了差放电路在直流小信号作用下的差模增益和共模增益。实验过程中的静态工作值均采用直流工作点分析，避免了因测试模式不同而造成的误差，使得差模增益的相对误差与共模增益的绝对误差均比较小，实验比较成功。

实验三 负反馈放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1. 掌握阻容耦合两极放大电路在静、动态的工作情况；

2. 熟练运用负反馈有关计算公式，总结负反馈对电路输入输出电阻，对电路放大倍数和频率特性的改变以及电路线性失真的影响。

二、实验要求

1. 设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz(峰值1mv) ，负载电阻1kΩ，电压增益大于100。 2. 给电路引入电压串联负反馈：

① 测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻和频率特性。 ② 改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。

三、实验步骤

1. 两级阻容耦合放大电路 1.1 静态参数

图1 两级阻容耦合放大电路

图1所示为两级阻容耦合放大电路设计原理图，R5、R9两电位器均置于60%

时测得的电路静态工作参数如下图所示：

图2

IB1= 1.88286?A

IC1= 393.19700?Aβ1 =IC1/IB1= 393.19700?A/ 1.88286?A= 208.83

VCE1=VN12-VN8= 4.13606V-237.0478mV = 3.89901V

IB2= 4.31739?AIC2= 896.29800?Aβ2 =IC2/IB2= 896.29800?A/ 4.31739?A= 207.60

VCE2=VN11-VN13= 3.03702V-900.61522mV = 2.13640V

1.2 动态参数

测试电压增益Av、输入电阻Ri和输出电阻Ro的电路图分别如图3、图4。由图中电压表、电流表示数可得：

Av = 0.213V / 0.707mV = 301.27 = 49.58dB Ri = 0.707mV / 0.086?A= 8.221k? Ro = 0.707mV / 0.082?A= 8.622k?

图3 测电压增益与输入电阻

图4 测输出电阻

1.3 频率特性

对实验电路进行交流分析，可得到如图5所示的波特图。由AC Analyses可知|Av|max= max y = 49.8064dB，与之前利用电压表测得的49.58dB有

0.2264dB的误差。

找到|Av|max-3dB = 46.8064dB附近的两处频率值，分别为：fL= x1 =

263.3528Hz，fH= x2 = 191.0617kHz；于是带宽Bf= dx = 190.7983kHz。

图5 频率特性分析图表

2. 负反馈放大电路 2.1 静态参数

图6 负反馈放大电路

图6所示为在图1基础上加入电阻R12构成的负反馈放大电路的设计原理图， R5、R9两电位器同样置于60%时测得的电路静态工作参数如下图所示：

图7

IB1= 2.37218?A

IC1= 488.15900?Aβ1 =IC1/IB1= 488.15900?A/ 2.37218?A= 205.78

VCE1=VN12-VN8= 2.23682V-226.39894mV = 2.01042V

到产生的方波周期T = 4.025ms。

图2 方波发生器

图3 输出波形

2. 方波发生器 + 微分电路

方波发生器的输出端接由电容C2和电阻R5组成的微分电路，如图4。用示波器观察到的输出波形如图5，变为上下都有的尖脉冲。

图4 方波发生器 + 微分电路

图5 输出波形

3. 方波发生器 + 微分电路 + 限幅电路

微分电路的输出端接由二极管和电阻R6组成的限幅电路，如图6。利用二

极管的单向导电性，只允许正脉冲通过，用示波器观察到的输出波形如图7。

图6 方波发生器 + 微分电路 + 限幅电路

图7 输出波形

4. 方波发生器 + 微分电路 + 限幅电路 + 积分累加电路

将得到的正脉冲输入如图8所示积分累加电路，一个尖脉冲就对应一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变；在下一个脉冲到来时，积分器在原来基础上进行积分。因此，积分器就起到了积分和累加的作用，输出波形如图9。

图8 方波发生器 + 微分电路 + 限幅电路 + 积分累加电路

图9 输出波形

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u1r7.html