實驗報告

　 課程名稱:電子電路設計實驗

　 指導老師：李錫華,葉險峰，施紅軍

　 成績：___＿____ 實驗名稱:晶體管共射放大電路分析

　實驗類型:設計實驗

　同組學生姓名：

　一、實驗目得 1、學習晶體管放大電路得設計方法,

　２、掌握放大電路靜態工作點得調整與測量方法,了解放大器得非線性失真。

　３、掌握放大電路電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等主要性能指標得測量方法。

　4、理解射極電阻與旁路電容在負反饋中所起得作用及對放大電路性能得影響。

　5、學習晶體管放大電路元件參數選取方法，掌握單級放大器設計得一般原則. 二、實驗任務與要求

　1、設計一個阻容耦合單級放大電路 已知條件：

　，,

　 性能指標要求：

　，對頻率為 1kＨｚ得正弦信號 、2 求要計設?(1）寫出詳細設計過程并進行驗算 （2）用軟件進行仿真

　3、電路安裝、調整與測量

　? 自己編寫調試步驟，自己設計數據記錄表格 、4 告報驗實性計設出寫?三、實驗方案設計與實驗參數計算 共射放大電路 （一) 、電路電阻求解過程( β=1 ０0) (沒有設置上課要求得 1６0 得原因就是因為電路其她參數要求與講義作業要求基本一樣，為了顯示區別，將β改為１00 進行設計): (1）考慮噪聲系數，高頻小型號晶體管工作電流一般設定在１mA 以下，取 I c ＝1mA

　（2)為使 Q 點穩定,取 ,即 4Ｖ, （3) ，恰為電阻標稱值 (4)

　 取 R 2 為Ｒ ｉ 下限值得 3 倍可滿足輸入電阻得要求,即 R 2 =22、5k ，R 1 =33、75k ；

　 綜上：取標稱值 R1=51k ,R２=3３k （5)

　（6）從輸入電阻角度考慮：， 取 （獲得４Ｖ足夠大得正負信號擺幅）得：

　 從電壓增益得角度考慮: 〉15V/Ｖ，取 得: ； 為

　( ( 二）、電路頻率特性

　（1）

　電容與低頻截止頻率 取；

　（三)、 參數指標驗算過程

　由已確定得參數：

　 ，,， 計算得：

　 ，所有參數符合指標、 四、實驗步驟與過程 ( ( 一）、實驗電路仿真: :

　1 1 、

　代入參數得實驗電路

　 點 ２、直流工作點 Q ：

　2、１仿真類型與參數設置：

　選擇時域瞬態分析（Tｉme doｍain),由于交流小信號得頻率為 1ｋHZ， 設置仿真時間為 2 個周期，０—２ms,掃描步長為 0、02ｍｓ,精度足夠 2、２圖像處理: 將交流小信號源斷開，分別觀察 IC，VＣＥ，VBE,ＶC,得波形, 利用標尺(tｏgｇｌe cｕrsor）得到仿真值為：

　IC=0、８92V，VＣＥ＝2、38V，ＶＢE=0、622V，ＶC=５、45V 3 3 、交流參數分析: :

　3、1 仿真類型與參數設置：

　選擇頻域分析(AC ＳWEＥP）, 要將電壓源由給定頻率得 VSIＮ源換成可供頻率掃描得ＶAＣ，幅值設定為 10mV； 為得到完整頻域特性，掃描頻率選擇對數掃描,從 1HZ 到 100MHZ，采樣點設置為１0， 3、2 圖像處理(其她圖像略去,只摘取需要用到標尺工具得復雜圖像）

　(1)、電壓增益：

　觀察 V2（ＲL）/V1(ＲS)得頻域波形,用標尺得出 1Ｋｈｚ時得電壓增益為１7、607；

　 在直流分析中，設置 y 軸變量為 max(V2（ＲＬ））/ｍax（V1（RS），利用標尺得到電壓增益為 178、5５ｍv／９、９93mv＝１7、87； (2)、上下限截止頻率與通頻帶: 同樣就是上面得頻域增益波形，利用 orcad 自帶得信號處理函數可以得到：

　Fl=2６、24877HZ，FH=1、９９MHZ，由于 FL 相對較小，通頻帶近似為 FH

　 （3）、輸入電阻：

　觀察 V(VS+）／Ｉ(C1)得頻域波形,利用標尺可得，當信號源得頻率為 1Khｚ時, 輸入電阻 Ri=７、6816ｋΩ

　４、數據處理與誤差分析 IC VCE VBE VC AV FL RI理論計算值 0.917 2.21 0.7 5.323 20.24 26 8.305電子仿真結果 0.892 2.38 0.622 5.45 17.89 26.25 7.6816相對誤差 0.027263 0.076923 0.023859 0.116107 0.009615 0.075063

　計算可得除 VCE 外直流工作點得相對誤差約為 2、5%,而頻幅特性相對誤差約為10%，較大；直流工作狀態得誤差主要就是由于將 VＣE 直接認定為０、7V 導致得，而交流特性就是由三極管直流工作點決定得,且計算時忽略了電容對電路產生得影響,且忽略厄利效應，所以會有至少 3 類誤差得疊加，導致誤差較大、 （二）、實際電路測試：

　1 1 、 測試原理：

　（ 注釋：由于事先不知道實際測試電路所用三極管放大倍數只有１60 得,而我設計就是

　用 1０0 得,所以在測試時無法利用我得設計方案,采用了另一個設計方案,附在報告最后、 ）

　、１ ：點作工態靜?

　(１）按元件參數安裝、連接電路

　)２(R 節調，號信入輸加不? Ｃ 兩端得電壓使 IＣ符合設計值 ）3（ 較比相值論理與并,點作工態靜得路電大放量測??、2 :益增壓電?（1）保持靜態工作點不變,利用示波器觀察輸入信號波形,調節信號源，使輸出信號為頻率 1kＨｚ，幅值 30MV 得正弦波、 （２)輸入、輸出波形用雙蹤顯示觀察，指出它們得相位關系。當輸入輸出波形無失真時,分別讀出 v i 、v o 得峰—峰值，記入表格 (3)增大輸入信號幅度，用示波器監視輸出波形。使輸出波形出現失真，記下此時得輸出波形草圖，說明首先出現得就是哪種失真.測出最大不失真輸出電壓峰值，記入表格。

　（４）接入負載 R L =５、1kΩ.重做上述步驟，分析負載對電壓增益得影響。

　3、輸入電阻: )1（Ｒ與個一入串間之器大放測被與源號信在?? i 同一數量級得已知電阻 R，在輸出 ?? 波形不失真得情況下，分別測出ｖ ｓ 與 v i ，則放大器得輸入電阻為：

　?

　4、輸出電阻：

　)1(v 壓電出輸得時載空端出輸出測別分，下況情得真失不形波出輸? o 與接入負載

　?

　Ｒ L 后得輸出電壓 v"o ,則放大器得輸出電阻為：

　??

　 5、幅頻特性：

　電壓增益下降到中頻增益 0、7０7 倍時（分貝數下降 3dB）所對應得得上、下限頻率即

　(１）在 為設計值、情況下,輸入 1kＨZ 正弦信號,改變輸入信號幅度， 壓電出輸使??峰—峰值為左右。測出此時輸出電壓峰-峰值 （2）保持放大器輸出電壓 幅度不變,改變信號源輸出頻率(增大或減小),當輸出電壓值達到值時，停止信號源頻率得改變,此時信號源所對應得輸出頻率即為 2. 實驗數據記錄

　（ 1) 、 靜態工作點：

　Ｉ Ｃ /mA

　V CＥ /Ｖ V BE /V V B /V 理論值(仿真）

　0、９7 5、7５6 0、644 4、938 實際值（測試) 1、００ ５、62 ０、６4 4、87 ( ( ２) ) 、 電壓增益：

　實測值（峰-峰值) 計算值 仿真值

　v i ／mV ｖ o /V Ａ V A V

　R L =∞ ５９、6 2、9４ -49、３ —４6、８７5 —4６、2 R L ＝5、1kΩ ５9、6 1、496 -25、1 -23、68 －23、1

　相對誤差

　R L =∞

　6、7１％ 1、46％ 基準 R L =5、1kΩ

　8、66% 2、５1％ 基準 （３）、 輸入電阻：

　R ｉ （理論值）

　仿真值 R v s ／mＶ v i /mV R ｉ （實際值) 82６5Ω 7272Ω 7900Ω ５５、2 2７ ７564Ω ( ( ４）、 輸出電阻：

　R ｏ （理論值) 仿真值 Vo/Ｖ

　Vｏ2/V R Ｌ R o (實際值) 5100Ω 5021Ω 1、496 2、９4 ５1０0Ω ４900Ω （５) ) 、 幅頻特性

　 實測值 理論值(仿真）

　f L

　39、0Hz 3１、５Ｈｚ f H

　0、２ＭHz １５、7MHz 3 3 、 結果分析: :

　1、靜態工作點：理論值與實際值相差不大，在合適得工作范圍內,相對誤差已隨表給出 估計靜態工作點得誤差一部分就是由于計算時默認 VBE=0、7V,而實際為 0、64V 造成得、 2、電壓增益: （１)加入負載后，電壓增益下降，本次實驗得負載與Ｒ Ｃ 相同，帶負載電壓增益減半。可以瞧出，若要獲得更大得電壓增益,且不考慮其她因素，在 R Ｃ 相同得情況下,負載電阻越大越好.但最大不失真輸出電壓得峰峰值（輸入信號擺幅)減小，容易出現飽與失真(在靜態工作點較高時)、或截止失真（靜態工作點較低時)。

　(2）利用示波器雙蹤顯示同時觀察輸入輸出波形，不斷增大輸入信號得幅度，觀察發現輸出信號最先產生削頂現象，即電路最先產生截止失真；繼續增大輸入信號得幅度，然后輸出信號發生削底現象，即飽與失真、由示波器得標尺分別測量得到最大不失真輸出電壓峰峰值與飽與失真得輸出電壓峰峰值、輸入與輸出信號相位差恒定為(2k+1) ,反相、

　RＬ=∞ ＲL=5、1kΩ 未失真臨界峰峰值

　Vi Ｖo Ｖi Ｖo 截止失真 ３9mV 4、2V 65、２ｍV 2、98ｍV (3)最大不失真輸出電壓峰峰值測量為４、2Ｖ,與理論分析值接近：由于直流偏置信號為 15V,且設計時得直流工作點工作在ＶＣ=1０、05３V 情況,所以不失真得信號擺幅約為 5Ｖ，最大不失真輸出電壓峰峰值<５Ｖ,而 4、2V＜5V，且足夠大，符合要求、 實驗中判斷截止失真得臨界輸出電壓方法：在實驗中，通過通過觀察可知最先發生截止失真，所以不斷增大電壓在波形明顯削頂之前微調輸入電壓,比對頂端與底端在相同信號衰減得情況下得相位跨度(即示波器上幅值下降兩格得橫線確定得相位差)，當二者剛好從相等到不等時，即為所求臨界輸出電壓、 (4）電壓增益得實際值與仿真值均小于計算值，實際與仿真都會受到頻率與電容得影響，但實際情況下還有電阻阻值偏小等情況，所以實際值最小，而計算值就是理想得情況,頻率與電容都按照理想情況處理，并未考慮三極管得極間電容,所以增益最大。

　3、輸入電阻：

　（1)實際值與仿真值與計算值相比略小。可能就是因為實際用得電阻Ｒ并不標準存在偏差.仿真值部分,分析了 1ｋHz 時候得β值，發現只有 1２1,導致輸入電阻阻值下降。（如下圖所示)圖中值：１21、44７

　 Frequency0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHzI(Q2:c) / I(Q2:b)121.43121.44121.45121.46(1.0000K,121.447) 4、輸出電阻: (1)計算值不考慮厄利效應,數值最大.仿真與實際值都包含了厄利效應導致得電阻ｒ o ，而實際電阻 R L 得阻值無法保證,偏差會更大。

　5、幅頻特性: (1）實際值與仿真值得下限截止頻率相差不大,但就是上限截止頻率相差巨大。下限截止頻率主要由耦合電容、旁路電容與電阻影響，實際值與仿真值不會相差很大。上限截止頻率主要就是電阻與極間電容影響、經過查閱資料,引起上限截止頻率得仿真值與實際測量值存在較大差異得主要原因就是，示波器得輸入電容限制拉低了輸出回路得上限截止頻率, 起主要作用,就是高頻響應函數得主極點、 經過計算，在某個合適不失真得輸入信號下，輸出信號峰峰值為１、４2V 時,３DB 衰減后得輸出信號峰峰值為 1、007V，所以調節輸入信號頻率，直到輸出信號波形在示波器上顯示得幅值為 1、00V，此刻得輸入信號頻率即為上下限截止頻率、 八、討論、心得

　 本次實驗涉及完整得放大器設計、仿真、測試過程,整體過程較為復雜.從實驗結果來瞧,計算值、仿真值、實際值之間均有一定誤差。實際情況下,直流源供電電壓偏差,電阻阻值與理論值得偏差，極間電容,線路電阻等均會帶來一定得誤差，但由于設計時充分考慮到這些因素，設置了合適得直流工作點,總體上放大器還就是能正常工作在放大狀態。設計放大器時應考慮這些可能存在得情況，應設計合適得直流偏置,確保直流工作點合適，提供足夠大得輸入信號擺幅、

　附九、電路測試所用設計得設計流程

　）1（Ｉ取么那，下以 Aｍ1 在定設般一流電作工管體晶號型小頻高? ｃ ＝1mＡ )２（取? ，即 5Ｖ

　（３）

　)4（? 一般取 R ２ 為 R ｉ 下限值得３倍可滿足輸入電阻得要R 即，求? ２ ＝２4kΩ，Ｒ 1 ＝４8kΩ,取標稱值４7ｋΩ ）5（?

　）６(? ，=８2Ω符合要求,

　(７)

　）８（? ，取標稱值

　（9) ，帶入計算得，符合要求 ）０1（:值薦推用使容電?

　 驗算過程: ?21 21 21 2 11 215.0715.89( 1)( ) 82650.70.9810.9710.05323.68BB CCBBi E eBBEBBE EC EC CC C CC LVE eRV V VR RR R R kR R R R rVI mARR RI I mAV V R I VR RAR r????? ??? ? ?? ? ? ? ??? ?? ??? ?? ? ?? ??

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