東南大學(xué)2017年模電3三極管放大電路設(shè)計(jì)

./東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：模擬電子電路實(shí)驗(yàn)第3次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：三極管放大電路設(shè)計(jì)院〔系：吳健雄學(xué)院專業(yè)：電類強(qiáng)化班姓名：學(xué)號(hào)：610142實(shí)驗(yàn)室:實(shí)驗(yàn)組別：同組人員：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016年4月10日評(píng)定成績：審閱教師：實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諉渭?jí)放大電路的工程估算、安裝和調(diào)試；了解三極管各項(xiàng)基本器件參數(shù)、工作點(diǎn)、偏置電路、輸入阻抗、輸出阻抗、增益、幅頻特性等的基本概念以及測量方法；掌握級(jí)聯(lián)電路設(shè)計(jì)方法；掌握負(fù)反饋對(duì)放大電路特性的影響。預(yù)習(xí)思考器件資料：上網(wǎng)查詢本實(shí)驗(yàn)所用的場效應(yīng)管BJ27<2N5485>的數(shù)據(jù)手冊(cè),畫出三極管封裝示意圖,標(biāo)出每個(gè)管腳的名稱,將相關(guān)參數(shù)值填入下表：G:柵極S:源極D:漏極參數(shù)符號(hào)參數(shù)值參數(shù)意義及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該如何考慮IDSS4mA<min>,10mA<max>uGSIGSS-1nA〔max柵極反向電流VGS〔OFF-0.5V<min>,-4V<max>夾斷電壓,取適中V〔BRGSS-25V漏源擊穿電壓,不允許超過此值IG10mA正向柵極電流PD350mW漏極最大允許耗散功率,不允許超過此值gmdiDduGS<uGS=常數(shù)低頻跨導(dǎo)上網(wǎng)查詢本實(shí)驗(yàn)所用的三極管9013的數(shù)據(jù)手冊(cè),畫出三極管封裝示意圖,標(biāo)出每個(gè)管腳的名稱,將相關(guān)參數(shù)值填入下表：1．發(fā)射極 2.基極 3.集電極參數(shù)符號(hào)參數(shù)值參數(shù)意義及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該如何考慮VCBO40V集電極-基極開路電壓,不得超過此值VCEO20V集電極-發(fā)射極開路電壓,不得超過此值VEBO5V發(fā)射極-基極開路電壓,不得超過此值IC500mA集電極電流IE500mA發(fā)射極電流≈集電極電流hFE144-202共射電流放大系數(shù)VCE<sat>0.16V<TYPE>集電極-發(fā)射極飽和電壓VBE基極-發(fā)射極電壓fT\未知偏置電路：圖3.1中偏置電路的名稱是什么？簡單解釋是如何自動(dòng)調(diào)節(jié)晶體管的電流IC以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定直流工作點(diǎn)的作用的,如果R1、R2取得過大能否再起到穩(wěn)定直流工作點(diǎn)的作用,為什么？圖3.1射級(jí)偏置電路此圖為分壓式偏置電路。具體的自動(dòng)調(diào)節(jié)可以總結(jié)為：T(°?)↑→電壓增益：對(duì)于一個(gè)低頻電壓放大器,一般希望電壓增益足夠大,根據(jù)您所學(xué)的理論知識(shí),分析有哪些方法可以提高電壓增益,分析這些方法各自優(yōu)缺點(diǎn),總結(jié)出最佳實(shí)現(xiàn)方案。實(shí)驗(yàn)中測量電壓增益的時(shí)候用到交流毫伏表,試問能否用萬用表或示波器,為什么？不能。因?yàn)闉榱司_測量,輸入輸出需用同一儀器。但輸入一般較小,用萬用表和示波器測量會(huì)有明顯誤差,故此處使用交流毫伏表測量。輸入阻抗：放大器的輸入電阻Ri反映了放大器本身消耗輸人信號(hào)源功率的大小,設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為RS,試畫出圖3.1中放大電路的輸入等效電路圖,通過連線回答下面的問題,并做簡單解釋：圖3.2是實(shí)際工程中測量放大器輸入阻抗的原理圖,試根據(jù)該圖簡單分析為什么串接電阻RS的取值不能太大也不能太小。圖3.2放大器輸入阻抗測量原理圖串接電阻太大會(huì)使得測量電壓過小而影響測量數(shù)值,進(jìn)而影響測量精度。串接電阻太小會(huì)使得電路不穩(wěn)定。對(duì)于小信號(hào)放大器來說一般希望輸入阻抗足夠高,根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí),分析有哪些方法可以提高圖3.1放大電路的輸入阻抗。提高RB1、RB2和輸出阻抗：放大器輸出電阻RO的大小反映了它帶負(fù)載的能力,試分析圖3.1放大電路的輸出阻抗受那些參數(shù)的影響,設(shè)負(fù)載為RL,畫出輸出等效電路圖,通過連線回答下面的問題,并做簡單解釋。圖3.3是實(shí)際工程中測量放大器輸出阻抗的原理圖,試根據(jù)該圖簡單分析為什么電阻RL的取值不能太大也不能太小。圖3.3放大器輸出阻抗測量原理圖由計(jì)算公式RO當(dāng)RL當(dāng)RL負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響引入交流負(fù)反饋后,放大器的放大倍數(shù)將下降,其表達(dá)式為AF=11+AF。式中,F為反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)；A為無負(fù)反饋時(shí)的放大倍數(shù)。引入負(fù)反饋后通頻帶加寬,負(fù)反饋放大器上限頻率fHF與下限頻率f實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本要求根據(jù)圖3.1所示電路,研究靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)放大器性能的影響調(diào)整RW,使靜態(tài)集電極電流ICQ=1mA,測量靜態(tài)時(shí)晶體管集電極—發(fā)射極之間電壓UCEQ。記入表3-1中。在放大器輸入端輸入頻率為f=1kHz的正弦信號(hào),調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出電壓US使Ui=5mV,測量US、UO和UO’〔負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓的值并填于表3-1中。注意：用雙綜示波器監(jiān)視UO及Ui的波形時(shí),必須確保在UO基本不失真時(shí)讀數(shù)〔教師當(dāng)堂驗(yàn)收。重新調(diào)整RW,使ICQ分別為2mA,重復(fù)上述測量,將測量結(jié)果記入表3-1中。根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算放大器的Au、Ri、Ro。電路圖如圖所示。特別說明：RC此處采用2.7kΩ,并非所提供的3k表3-1靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)放大器性能的影響靜態(tài)工作點(diǎn)電流ICQ<mA>12測量值測量值理論值誤差輸入端接地UBQ<V>1.6282.6252.60.96%UCQ<V>9.206.486.61.82%UEQ<V>0.9891.9821.00%輸入信號(hào)Ui=5mVUS<mV>6.397.171.42%UO<V>0.490.9515%UL<V>0.270.490.52%計(jì)算值UBEQ0.639\\\UCEQ8.211\\\Au-53\\\Ri/kΩ3.60\\\RO/kΩ2.7\\\波形如圖所示：觀察不同靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響改變RW的阻值,使輸出電壓波形出現(xiàn)截止失真,繪出失真波形,并將測量值記錄表3-2中。飽和失真：完全飽和失真：改變RW的阻值,使輸出電壓波形出現(xiàn)飽和失真,繪出失真波形,并將測量值記錄表3-2中。截止失真：完全截止失真：注明：要想出現(xiàn)截止失真波形,調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)是其一要素,另一關(guān)鍵是需要增大輸入信號(hào)的幅度,這樣才能出現(xiàn)截止失真。表3-2不同靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響完全截止截止失真飽和失真完全飽和測量值UBQ<V>0.9932.613.6473.277UCQ<V>10.986.723.7243.813UEQ<V>0.3881.962.9823.143波形\\\\測量放大器的最大不失真輸出電壓分別調(diào)節(jié)RW和US,用示波器觀察輸出電壓UO波形,使輸出波形為最大不失真正弦波。測量此時(shí)靜態(tài)集電極電流ICQ和輸出電壓的峰峰值UOPP。可以看到,此時(shí)最大不失真輸出信號(hào)的峰峰值為3.52V。提高要求設(shè)計(jì)一個(gè)分別由共源〔CS、共射〔CE和共集〔CC構(gòu)成的三級(jí)放大電路,要求滿足以下指標(biāo)：〔設(shè)共源、共射和共集的輸出電壓分別為UO1、UO2和UOAu>100,Ri>1MΩ,RO<100Ω。寫出具體設(shè)計(jì)過程,計(jì)算電路參數(shù)以及Au、Ri和RO的理論值。設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn),在放大器輸入端輸入頻率為f=1kHz的正弦信號(hào),調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出電壓US使Ui=5mV,用示波器雙蹤顯示Ui、Uo的波形,在輸出波形不失真的情況下,記錄波形,測量U