「模擬電路」電晶體放大電路設計、製作與測試

實 驗 報 告

課程名稱：模擬電路技術實驗

實驗一：電晶體放大電路設計、製作與測試

一、實驗設備

Multisim虛擬仿真工具

手工焊裝工具

萬用表

信號發生器

示波器

電子元器件若干等

二、實驗原理

1、電路設計規格（指標）：

要求：輸入信號：幅值vi=1vpp，sine波形信號，頻率1khz；

輸出信號：Vo=Av*Vi，其中要是Av>=5倍。

表格 1：電路設計要求記錄表

2、實驗電路原理圖：

圖一：電路設計原理圖

3、設計原理分析：

電晶體放大電路實驗，選用共射極放大電路，利用電壓分壓式工作點穩定單電晶體放大原理，偏置電阻選用，共同組成的分壓電路，並在發射極與參考點之間接有電阻RE，以實現穩定放大電路靜態工作點。利用該射極偏置電路，在輸入端接收到輸入信號Vi後，在其輸出端可得到一個與輸入信號相位相反（Vo落後Vi pi/2），幅值被放大的輸出信號Vo，從而實現電壓的放大。

4、設計指標計算

A、確定電源電壓：

為了輸出5Vpp的輸出電壓。顯然必須要在5V以上的電源電壓。為了人使集電極電流流動，由於發射極電阻R。上最低加上1~2V的電壓，所以電源電壓最低必須為6~7V，在這裡選取15V電源電壓:Vcc=15V；

B、選擇電晶體：

圖1用NPN型電晶體的共射放大電路，因為電源電壓為15V,所以在集電極基極和集電極發射極間有可能最大加上15V電壓。因此選擇集電-基極間電壓Vco與集電-發射極間電壓VCEO的最大額定值為15V以上電晶體器件；

C、確定RC和RE：

電路的放大倍數是由RC和RE之比決定的，所以令AV=5，RC ：RE=5 ：1這是因為VBE約為0.6V，它具有2.5mV/C的溫度特性。在這裡取RE的壓降為2V,因此IC=100mA ，則有：，因此RC=5RE=10；

D、基極偏置電路設計：

由於VE=2V，VBE=0.6V，所以VB=2.6V，且基極電位是由RB1與RB2對電源電壓進行分壓之後的電位，所以：RB2的壓降為2.6V, RB1的壓降為12.4V(=15V-2.6V)，而流動的基極電流為0.01mA，所以：，，

所以取=100K，=22k（124：26100：22）；

E、確定耦合電容C1與C2：

C1與C2是濾波容器，過濾掉信號中的直流部分，這裡都取用C1=C210uF；

而截止頻率，故選用1的輸入信號。

三、實驗步驟及測試結果記錄

1、焊接：

將準備好的電路元件正面插入電路板小孔，彎曲元件引腳並留3~5mm；

在電路板反面開始焊接，使用準備好的焊接工具電烙鐵、松香等將元件引腳焊接到銅箔上，控制好焊接時間；

在電路元件焊接好後，使用斜口剪鉗剪去過長的引腳（根據個人方便可以一焊一剪或多焊一剪）；

檢查焊接質量：檢查各個元件引腳焊接質量，以及電路線路連接質量；

收拾實驗儀器：在焊接結束後，將各工具按要求放回規定位置，保證實驗安全；並帶走廢棄原價引腳和個人垃圾，維護實驗室衛生。

焊接完成的實物圖：

圖二：電路板焊接實物圖

2、性能測試：

A、靜態（DC）參數，Q點。

直流電壓源接入Vcc=+15，利用萬用表依次測量靜態工作點，記錄數據如下：

表格2：靜態工作點數據表

B、電壓增益（動態）：

電路輸入端與輸出段分別接上信號發生器、示波器CH1和示波器CH2

測量得到如下波形圖：

圖三：電路性能測試電壓增益圖

利用公式：Av=Vo/Vi

可計算出:Av=5.36/1.12≈4.79（倍）

C、帶寬（動態）：

計算半功率點增益：av=Av*0.707≈3.39（倍）

此時輸出電壓因在3.39（vpp）左右，電路輸入端與輸出段分別接上信號發生器、示波器CH1和示波器CH2，分別增大減小信號源頻率（相對1kHZ而言），使輸出電壓滿足半功率點。

當輸出信號滿足半功率輸出時，記錄信號發生器發出信號頻率如下所示：

圖四：半功率點頻率測試圖

表格 3：幅頻特性數據表

可求出帶寬：BW=fh-fl≈550kHZ

D、輸入輸出阻抗（動態）：

電路輸入端接入RX，輸出端接入RL電路，測量並記錄信號發生器發出電壓和輸入電壓，利用公式：

Zi=viR/(vs-vi)

並帶入測量數據計算出輸入阻抗為：19.43，並整理的下表數據：

表格4：輸入阻抗數據表

四、實驗結果分析

電壓增益AV仿真理論計算：

圖五：電路信號理論波形圖

如圖理論波形圖所示：電壓增益AV4.69，但實際得到了4.79倍的增益，說明實驗結果與擬合結果幾乎一樣，但實驗也存在一定的誤差，如系統誤差電路導線電阻實際中不可能為零，以及實驗操作時產生的其他誤差。

表2也說明靜態工作點測量值與計算值之間存在一定的誤差，這可能與電路元件性能有關，也可能與實驗操作等因素有關。

五、實驗小結

在開始設計電路前要先明確目標，按要求設計出電路圖，估算元件參數，在焊接實物圖前需要藉助電腦工具進行仿真測試，以確保電路設計的安全性與正確性。

焊接電路板時要規範實驗操作，其中包括測量儀器萬用表的使用，焊接儀器電烙鐵的安全使用，以及剪引腳時確保引腳不對著任何人，最後實驗結束後要整理收拾自己的實驗桌。

電路板性能測試時，要列表整理記錄測量數據，並把實測的靜態工作點、電壓增益、輸入阻抗、輸出電阻與理論計算值進行比較，計算並分析誤差。

總結RC，RL及靜態工作點對放大器電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的影響。

討論靜態工作點變化對放大器輸出波形的影響。

分析討論在調試過程中出現的問題。

六、思考題分析及解答

1、若欲準確調整= 1.0mA,應當如何修改電路? (定量討論)

答：利用公式：，可知相對測量值=0.97mA而言，要增大需要適當增大或適當減小，這裡可以將適當減小,所以改進措施是，直接把刪去。

2、若取消發射極電阻Re,把電晶體發射極直接接地，對當前電路有什麼影響或限制?(定性討論)

答：會使電路靜態工作點中集電極電流增大，使得，都增大。

3、若在發射極電阻Re兩端並聯一隻47μF的電解電容，放大電路將發生什麼變化?(定性討論)

答：當Ｒe兩端並聯一個點解電容後，由於電容對直流有隔斷的作用，所以對電路靜態工作點無影響；而對動態，會短路Re使得Ic和Ie適當增大，從而會增大Rc或（Rc\\Rl）上的分壓，即增大了電壓增益。

4、若欲提高當前電路的電壓增益 為30dB,應當如何修改電路? (定量討論)

答：利用公式：，求出=30dB時，倍，而，故應調節電路相應電阻阻值比滿足該要求，所以可以增大和同時適當減小和，使其之比約為31.6即可。

5、若欲帶動阻抗值為4~8的負載，是否需要修改當前的電路?若需修改應如何修改? (定性討論)

答：需要修改，該電路輸出電壓實際上是（Rc\\Rl）上的分壓，當負載過小是，會使（Rc\\Rl）阻值變小，會使得電路輸出電壓過小，可以在該電路輸出端與負載之間加一個共集電極電路，實現電壓跟隨的作用，保證了輸出電壓不受負載大小的影響。