1、河廣a貨實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：李錫華，葉險(xiǎn)峰，施紅軍 成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)名稱：晶體管共射放大電路分析實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計(jì)方法，2、掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量方法，了解放大器的非線性失真。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(biāo)的測(cè)量方法。4、理解射極電阻和旁路電容在負(fù)反饋中所起的作用及對(duì)放大電路性能的影響。5、學(xué)習(xí)晶體管放大電路元件參數(shù)選取方法，掌握單級(jí)放大器設(shè)計(jì)的一般原則。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求1 .設(shè)計(jì)一個(gè)阻容耦合單級(jí)放大電路已知條件：vcc=+iov , RL =5.1kC , Vi =10

2、mV,RS =600C性能指標(biāo)要求：fL <30Hz,對(duì)頻率為1kHz的正弦信號(hào) Av| >15V/V, R >7.5kQ2 .設(shè)計(jì)要求(1)寫(xiě)出詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程并進(jìn)行驗(yàn)算(2)用軟件進(jìn)行仿真3 .電路安裝、調(diào)整與測(cè)量自己編寫(xiě)調(diào)試步驟，自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格4 .寫(xiě)出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算共射放大電路（一）.電路電阻求解過(guò)程（3=100）（沒(méi)有設(shè)置上課要求的 160的原因是因?yàn)殡娐菲渌麉?shù)要求和講義作業(yè)要求基本一樣 為了顯示區(qū)別，將3改為100進(jìn)行設(shè)計(jì) 廣（1）考慮噪聲系數(shù)，高頻小型號(hào)晶體管工作電流一般設(shè)定在1mA以下，取Ic=1mA（2）為使Q點(diǎn)穩(wěn)定，取V2

3、V ,即4V,5（3）Re定VBB二07 =3.3kC,恰為電阻標(biāo)稱值Ier2、，、，“VCC =VBB =W（4）RR2.R : R2 =3: 2取R2為R下限值的3倍可滿足輸入電阻的要求，即R2=22.5k0,R=33.75k d;,V -V由 IR =10I B=0.1mA,R ='_B =60KijR2 =40KJIR1綜上：取標(biāo)稱值R1=51k0,R2=33k0（5）re父工二25I E ICword資料（6）從輸入電阻角度考慮：R 產(chǎn) RJA/0 + l也+%)>76 ,=-Vrf = 6V取 15”（獲彳B 4V足夠大的正負(fù)信號(hào)擺幅）得：電=118R電=3，秋此=6

4、&fl乂 _ 51Q0/.從電壓增益的角度考慮:"用門(mén)15V/V,取4二20P川得:N二二 56“/；戶二3 :二;二K：k；爍上取標(biāo)標(biāo)值為Rei = 10。叫2 = 3謝凡=5詢）.電路頻率特性（1） 電容與低頻截止頻率取二：一二;2 叮&2(%+丁也 +風(fēng)電比幣= 483。取標(biāo)稱值47席由取推薦的標(biāo)稱值篦好（三）.參數(shù)指標(biāo)驗(yàn)算過(guò)程由已確定的參數(shù) :廂=86。 =3,農(nóng)口兄= 4k0 vcc=+lOV , RL = 5.ikQ ,V =10mV, RS =600J ,Ci = G =22口% =4 7好計(jì)算得：.15 VBB= 0.91777140： - IcRc

5、= 5.323FJ4I =20,24> ,1+ 0+睚15 V1| =20.24 > tRi = B305M>7.SkafL = - = 26HZ< 30HZ;V* Q * /?（R為與CE串聯(lián)的等效電冊(cè),所有參數(shù)符合指標(biāo)四、實(shí)驗(yàn)步驟與過(guò)程（一）.實(shí)驗(yàn)電路仿真:1.代入?yún)?shù)的實(shí)驗(yàn)電路2.直流工作點(diǎn)Q:2.1仿真類型與參數(shù)設(shè)置選擇時(shí)域瞬態(tài)分析(Time domain),由于交流小信號(hào)的頻率為1kHZ,設(shè)置仿真時(shí)間為2個(gè)周期，0-2ms,掃描步長(zhǎng)為0.02ms,精度足夠2.2圖像處理：將交流小信號(hào)源斷開(kāi)，分別觀察IC,VCE,VBE,VC,的波形，利用標(biāo)尺(toggle c

6、ursor)得到仿真值為：IC=0.892V,VCE=2.38V,VBE=0.622V,VC=5.45V3.交流參數(shù)分析：3.1 仿真類型與參數(shù)設(shè)置：選擇頻域分析(AC SWEEP),要將電壓源由Z定頻率的VSIN源換成可供頻率掃描的VAC,幅值設(shè)定為10mV;為得到完整頻域特性，掃描頻率選擇對(duì)數(shù)掃描，從1HZ至11100MHz采樣點(diǎn)設(shè)置為10,3.2 圖像處理(其他圖像略去，只摘取需要用到標(biāo)尺工具的復(fù)雜圖像).電壓增益：觀察V2(RL)/V1(RS)的頻域波形，用標(biāo)尺得出1Khz時(shí)的電壓增益為17.607; t-t<! /fUTT»：4(1_dd)OUK. 1Ts：/*_ _

7、j_ _ _ _ _ - _ _i1J_j ；./：F : / V/ ，由.J/ ：Z.«J5 )1 Ji .=a.=. .-. nj.K.J/i:.:一一./!J-L1一.=_l&Hx血Hh：j)KMz1。制工Li 四iMHHeD ViVI IBS I在直流分析中，設(shè)置y軸變量為max(V2(RL)/max(V1(RS),利用標(biāo)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：同樣是上面的頻域增益波形，利用orcad自帶的信號(hào)處理函數(shù)可以得到：Fl=26.24877HZ,FH=1.99MHZ,由于FL相對(duì)較小，通頻帶近似為

8、FHEvaluateMeasurementValuG|1 PlCutoff_Highpass_c!0i V2i RL ;，VHRS26 248770Cufoff_Lawpass_3<i6iV2iRL；VlfRS.)1 99061 rneg ：PIMax<V2(ftL/Vl(RS)17 61281 ：-1 4 L ； -一UI-；.-lakl .JUU：SJU KLUU>&i JU _IUi*(3) .輸入電阻：觀察V(VS+)/I(C1)的頻域波形，利用標(biāo)尺可得，當(dāng)信號(hào)源的頻率為1Khz時(shí), 輸入電阻Ri=7.6816k Q4.數(shù)據(jù)處理與誤差分析ICVCEVBEVCA

9、VFLRI理論計(jì)算值0.9172210.75.32320.24268.305電子仿真結(jié)果0.8922.380.6225.4517.8926257.6816相對(duì)誤差0.0272630.0769230.0238590.1161070.0096150.075063計(jì)算可得除VCE外直流工作點(diǎn)的相對(duì)誤差約為2.5%,而頻幅特性相對(duì)誤差約為10%,較大;直流工作狀態(tài)的誤差主要是由于將VCE直接認(rèn)定為0.7V導(dǎo)致的,而交流特性是由三極管直流工作點(diǎn)決定的，且計(jì)算時(shí)忽略了電容對(duì)電路產(chǎn)生的影響，且忽 略厄利效應(yīng)，所以會(huì)有至少3類誤差的疊加，導(dǎo)致誤差較大.(二).實(shí)際電路測(cè)試：1 .測(cè)試原理：(注釋：由于事先不知

10、道實(shí)際測(cè)試電路所用三極管放大倍數(shù)只有160的，而我設(shè)計(jì)是用100的，所以在測(cè)試時(shí)無(wú)法利用我的設(shè)計(jì)方案，采用了另一個(gè)設(shè)計(jì)方案，附在報(bào)告最后.)2 .靜態(tài)工作點(diǎn)：(1)按元件參數(shù)安裝、連接電路(2)不加輸入信號(hào)，調(diào)節(jié) R兩端的電壓使IC符合設(shè)計(jì)值(3)測(cè)量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并和理論值相比較2.電壓增益：(1)保持靜態(tài)工作點(diǎn)不變， 利用示波器觀察輸入信號(hào)波形，調(diào)節(jié)信號(hào)源，使輸出信號(hào)為頻率1kHz,幅值30MV的正弦波.(2)輸入、輸出波形用雙蹤顯示觀察，指出它們的相位關(guān)系。當(dāng)輸入輸出波形無(wú)失真時(shí)，分別讀出 Vi、Vo的峰-峰值，記入表格(3)增大輸入信號(hào)幅度，用示波器監(jiān)視輸出波形。使輸出波形出現(xiàn)

11、失真，記下此 時(shí)的輸出波形草圖，說(shuō)明首先出現(xiàn)的是哪種失真。測(cè)出最大不失真輸出電壓峰值， 記入表格。(4)接入負(fù)載RL=5.1k Q。重做上述步驟，分析負(fù)載對(duì)電壓增益的影響。3.輸入電阻：(1)在信號(hào)源與被測(cè)放大器之間串入一個(gè)與R同一數(shù)量級(jí)的已知電阻 R,在輸出波形不失真的情況下，分別測(cè)出Vs和Vi,則放大器的輸入電阻為：R =v=v R(Vs -Vi)/R Vs -Vi4.輸出電阻：(1)輸出波形不失真的情況下，分別測(cè)出輸出端空載時(shí)的輸出電壓Vo和接入負(fù)載 . . . . .Rl后的輸出電壓v 0,則放大器的輸出電阻為:v0RL5.幅頻特性：電壓增益下降到中頻增益 0.707倍時(shí)（分貝數(shù)下降

12、3dB）所對(duì)應(yīng)的的上、下限頻率即 fL , fH（1）在Ic為設(shè)計(jì)值、Rl =8情況下，輸入1kHZ正弦信號(hào)，改變輸入信號(hào)幅度,使輸出電壓峰-峰值為O.SVgimax左右。測(cè)出此時(shí)輸出電壓峰-峰值VOP_Po I maxxo .（2）保持放大器輸出電壓Vi幅度不變，改變信號(hào)源輸出頻率（增大或減小），當(dāng)輸出電壓值達(dá)到0.707VOP D值時(shí)，停止信號(hào)源頻率的改變，此時(shí)信號(hào)源所對(duì)應(yīng)的輸出 p頻率即為fL , fH2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（1）.靜態(tài)工作點(diǎn)：I c/mAVCEVVbe/VVb/V理論值（仿真）0.975.7560.6444.938實(shí)際值（測(cè)試）1.005.620.644.87（2）.電壓增益

13、：實(shí)測(cè)值（峰-峰值）計(jì)算值仿真值Vi/mVVo/VAVAR=oo59.62.94-49.3-46.875-46.2RL=5.1k Q59.61.496-25.1-23.68-23.1相對(duì)誤差Rl=oo6.71%1.46%基準(zhǔn)R=5.1k Q8.66%2.51%基準(zhǔn)（3）.輸入電阻:R （理論值）仿真值RVs/mVVi/mVR （實(shí)際值）8265 a7272 a7900 a55.2277564 a（4）.輸出電阻:R0 （理論值）仿真值Vo/VVo2/VRlRo （實(shí)際值）5100 a5021 Q1.4962.945100 Q4900 a（5）.幅頻特性實(shí)測(cè)值理論值（仿真）fL39.0Hz31.

14、5HzfH0.2MHz15.7MHz3.結(jié)果分析：1 .靜態(tài)工作點(diǎn)：理論值和實(shí)際值相差不大 ，在合適的工作范圍內(nèi)，相對(duì)誤差已隨表給出 估計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)的誤差一部分是由于計(jì)算時(shí)默認(rèn)VBE=0.7V,而實(shí)際為0.64V造成的.2 .電壓增益：（1）加入負(fù)載后，電壓增益下降，本次實(shí)驗(yàn)的負(fù)載和R相同，帶負(fù)載電壓增益減半。可以看出，若要獲得更大的電壓增益，且不考慮其他因素，在Rc相同的情況下，負(fù)載電阻越大越好。但最大不失真輸出電壓的峰峰值 （輸入信號(hào)擺幅）減小，容易出現(xiàn)飽和失真 （在靜態(tài)工作點(diǎn)較高時(shí)）、或截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)較低時(shí)）。（2）利用示波器雙蹤顯示同時(shí)觀察輸入輸出波形，不斷增大輸入彳t號(hào)的幅度，

15、觀察發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)最先產(chǎn)生削頂現(xiàn)象，即電路最先產(chǎn)生截止失真；繼續(xù)增大輸入信號(hào)的幅度，然后輸 出信號(hào)發(fā)生削底現(xiàn)象，即飽和失真.由示波器的標(biāo)尺分別測(cè)量得到最大不失真輸出電壓峰峰值和飽和失真的輸出電壓峰峰值.輸入與輸出信號(hào)相位差恒定為（2k+i） n,反相.RL=ooRL=5.1k Q未失真臨 界峰峰值ViVoViVo截止失真39mV4.2V65.2mV2.98mV（3）最大不失真輸出電壓峰峰值測(cè)量為4.2V,與理論分析值接近：由于直流偏置信號(hào)為15V,且設(shè)計(jì)時(shí)的直流工作點(diǎn)工作在VC=10.053V情況，所以不失真的信號(hào)擺幅約為5V,最大不失真輸出電壓峰峰值 <5V,而4.2V<5V,且足

16、夠大，符合要求.實(shí)驗(yàn)中判斷截止失真的臨界輸出電壓方法：在實(shí)3中，通過(guò)通過(guò)觀察可知最先發(fā)生截止失真，所以不斷增大電壓在波形明顯削頂之前微調(diào)輸入電壓，比對(duì)頂端和底端在相同信號(hào)衰減的情況下的相位跨度（即示波器上幅值下降兩格的橫線確定的相位差）,當(dāng)二者剛好從相等到不等時(shí)，即為所求臨界輸出電壓.（4）電壓增益的實(shí)際值和仿真值均小于計(jì)算值，實(shí)際和仿真都會(huì)受到頻率和電容的影 響，但實(shí)際情況下還有電阻阻值偏小等情況，所以實(shí)際值最小，而計(jì)算值是理想的情況，頻率和電容都按照理想情況處理，并未考慮三極管的極間電容，所以增益最大。3 .輸入電阻：（1）實(shí)際值與仿真值和計(jì)算值相比略小。可能是因?yàn)閷?shí)際用的電阻R并不標(biāo)準(zhǔn)存

17、在偏差。仿真值部分，分析了 1kHz時(shí)候的3值，發(fā)現(xiàn)只有121，導(dǎo)致輸入電阻阻值下降。（如 下圖所示）圖中值：121.447121.46一一(A iA中121.45 b _I(1.()000K,1217)v d二P ° flJi一二121.44b.一P -1一一121.43 _0Hz0.5KHz1.0K、Hz1.5K,Hz2.0KHzI(Q2:c) / I(Q2:b)Frequency4 .輸出電阻：(1)計(jì)算值不考慮厄利效應(yīng)，數(shù)值最大。仿真和實(shí)際值都包含了厄利效應(yīng)導(dǎo)致的電阻r。，而實(shí)際電阻RL的阻值無(wú)法保證，偏差會(huì)更大。5 .幅頻特性：(1)實(shí)際值和仿真值的下限截止頻率相差不大，但

18、是上限截止頻率相差巨大。下限截止頻率主要由耦合電容、 旁路電容和電阻影響， 實(shí)際值和仿真值不會(huì)相差很大。上限截止頻率主要是電阻和極間電容影響.經(jīng)過(guò)查閱資料，引起上限截止頻率的仿真值和實(shí)際測(cè)量值存在較大差異的主要原因是，示波器的輸入電容限制拉低了輸出回路的上限截止頻率，起主要作用，是高頻響應(yīng)函數(shù)的主極點(diǎn).經(jīng)過(guò)計(jì)算，在某個(gè)合適不失真的輸入信號(hào)下，輸出信號(hào)峰峰值為1.42V時(shí),3DB衰減后的輸出信號(hào)峰峰值為1.007V,所以調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率，直到輸出信號(hào)波形在示波器上顯示 的幅值為1.00V,此刻的輸入信號(hào)頻率即為上下限截止頻率.八、討論、心得本次實(shí)驗(yàn)涉及完整的放大器設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試過(guò)程，整體過(guò)程較為復(fù)雜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，計(jì)算值、仿真值、實(shí)際值之間均有一定誤差。實(shí)際情況下，直流源供電電壓偏差，電阻 阻值和理論值的偏差，極間電容，線路電阻等均會(huì)帶來(lái)一定的誤差，但由于設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到這些因素，設(shè)置了合適的直流工作點(diǎn)，總體上放大器還是能正常工作在放大狀態(tài)。設(shè)計(jì)放大器時(shí)應(yīng)