共射放大电路实验报告

　实验报告

　 课程名称:电子电路设计实验

　 指导老师：李锡华,叶险峰，施红军

　 成绩：___＿____ 实验名称:晶体管共射放大电路分析

　实验类型:设计实验

　同组学生姓名：

　一、实验目得 1、学习晶体管放大电路得设计方法,

　２、掌握放大电路静态工作点得调整与测量方法,了解放大器得非线性失真。

　３、掌握放大电路电压增益、输入电阻、输出电阻、通频带等主要性能指标得测量方法。

　4、理解射极电阻与旁路电容在负反馈中所起得作用及对放大电路性能得影响。

　5、学习晶体管放大电路元件参数选取方法，掌握单级放大器设计得一般原则. 二、实验任务与要求

　1、设计一个阻容耦合单级放大电路 已知条件：

　，,

　 性能指标要求：

　，对频率为 1kＨｚ得正弦信号 、2 求要计设ﻩ(1）写出详细设计过程并进行验算 （2）用软件进行仿真

　3、电路安装、调整与测量

　ﻩ 自己编写调试步骤，自己设计数据记录表格 、4 告报验实性计设出写ﻩ三、实验方案设计与实验参数计算 共射放大电路 （一) 、电路电阻求解过程( β=1 ０0) (没有设置上课要求得 1６0 得原因就是因为电路其她参数要求与讲义作业要求基本一样，为了显示区别，将β改为１00 进行设计): (1）考虑噪声系数，高频小型号晶体管工作电流一般设定在１mA 以下，取 I c ＝1mA

　（2)为使 Q 点稳定,取 ,即 4Ｖ, （3) ，恰为电阻标称值 (4)

　 取 R 2 为Ｒ ｉ 下限值得 3 倍可满足输入电阻得要求,即 R 2 =22、5k ，R 1 =33、75k ；

　 综上：取标称值 R1=51k ,R２=3３k （5)

　（6）从输入电阻角度考虑：， 取 （获得４Ｖ足够大得正负信号摆幅）得：

　 从电压增益得角度考虑: 〉15V/Ｖ，取 得: ； 为

　( ( 二）、电路频率特性

　（1）

　电容与低频截止频率 取；

　（三)、 参数指标验算过程

　由已确定得参数：

　 ，,， 计算得：

　 ，所有参数符合指标、 四、实验步骤与过程 ( ( 一）、实验电路仿真: :

　1 1 、

　代入参数得实验电路

　 点 ２、直流工作点 Q ：

　2、１仿真类型与参数设置：

　选择时域瞬态分析（Tｉme doｍain),由于交流小信号得频率为 1ｋHZ， 设置仿真时间为 2 个周期，０—２ms,扫描步长为 0、02ｍｓ,精度足够 2、２图像处理: 将交流小信号源断开，分别观察 IC，VＣＥ，VBE,ＶC,得波形, 利用标尺(tｏgｇｌe cｕrsor）得到仿真值为：

　IC=0、８92V，VＣＥ＝2、38V，ＶＢE=0、622V，ＶC=５、45V 3 3 、交流参数分析: :

　3、1 仿真类型与参数设置：

　选择频域分析(AC ＳWEＥP）, 要将电压源由给定频率得 VSIＮ源换成可供频率扫描得ＶAＣ，幅值设定为 10mV； 为得到完整频域特性，扫描频率选择对数扫描,从 1HZ 到 100MHZ，采样点设置为１0， 3、2 图像处理(其她图像略去,只摘取需要用到标尺工具得复杂图像）

　(1)、电压增益：

　观察 V2（ＲL）/V1(ＲS)得频域波形,用标尺得出 1Ｋｈｚ时得电压增益为１7、607；

　 在直流分析中，设置 y 轴变量为 max(V2（ＲＬ））/ｍax（V1（RS），利用标尺得到电压增益为 178、5５ｍv／９、９93mv＝１7、87； (2)、上下限截止频率与通频带: 同样就是上面得频域增益波形，利用 orcad 自带得信号处理函数可以得到：

　Fl=2６、24877HZ，FH=1、９９MHZ，由于 FL 相对较小，通频带近似为 FH

　 （3）、输入电阻：

　观察 V(VS+）／Ｉ(C1)得频域波形,利用标尺可得，当信号源得频率为 1Khｚ时, 输入电阻 Ri=７、6816ｋΩ

　４、数据处理与误差分析 IC VCE VBE VC AV FL RI理论计算值 0.917 2.21 0.7 5.323 20.24 26 8.305电子仿真结果 0.892 2.38 0.622 5.45 17.89 26.25 7.6816相对误差 0.027263 0.076923 0.023859 0.116107 0.009615 0.075063

　计算可得除 VCE 外直流工作点得相对误差约为 2、5%,而频幅特性相对误差约为10%，较大；直流工作状态得误差主要就是由于将 VＣE 直接认定为０、7V 导致得，而交流特性就是由三极管直流工作点决定得,且计算时忽略了电容对电路产生得影响,且忽略厄利效应，所以会有至少 3 类误差得叠加，导致误差较大、 （二）、实际电路测试：

　1 1 、 测试原理：

　（ 注释：由于事先不知道实际测试电路所用三极管放大倍数只有１60 得,而我设计就是

　用 1０0 得,所以在测试时无法利用我得设计方案,采用了另一个设计方案,附在报告最后、 ）

　、１ ：点作工态静ﻩ

　(１）按元件参数安装、连接电路

　)２(R 节调，号信入输加不ﻩ Ｃ 两端得电压使 IＣ符合设计值 ）3（ 较比相值论理与并,点作工态静得路电大放量测ﻩﻩ、2 :益增压电ﻩ（1）保持静态工作点不变,利用示波器观察输入信号波形,调节信号源，使输出信号为频率 1kＨｚ，幅值 30MV 得正弦波、 （２)输入、输出波形用双踪显示观察，指出它们得相位关系。当输入输出波形无失真时,分别读出 v i 、v o 得峰—峰值，记入表格 (3)增大输入信号幅度，用示波器监视输出波形。使输出波形出现失真，记下此时得输出波形草图，说明首先出现得就是哪种失真.测出最大不失真输出电压峰值，记入表格。

　（４）接入负载 R L =５、1kΩ.重做上述步骤，分析负载对电压增益得影响。

　3、输入电阻: )1（Ｒ与个一入串间之器大放测被与源号信在ﻩﻩ i 同一数量级得已知电阻 R，在输出 ﻩﻩ 波形不失真得情况下，分别测出ｖ ｓ 与 v i ，则放大器得输入电阻为：

　ﻩ

　4、输出电阻：

　)1(v 压电出输得时载空端出输出测别分，下况情得真失不形波出输ﻩ o 与接入负载

　ﻩ

　Ｒ L 后得输出电压 v"o ,则放大器得输出电阻为：

　ﻩﻩ

　 5、幅频特性：

　电压增益下降到中频增益 0、7０7 倍时（分贝数下降 3dB）所对应得得上、下限频率即

　(１）在 为设计值、情况下,输入 1kＨZ 正弦信号,改变输入信号幅度， 压电出输使ﻩﻩ峰—峰值为左右。测出此时输出电压峰-峰值 （2）保持放大器输出电压 幅度不变,改变信号源输出频率(增大或减小),当输出电压值达到值时，停止信号源频率得改变,此时信号源所对应得输出频率即为 2. 实验数据记录

　（ 1) 、 静态工作点：

　Ｉ Ｃ /mA

　V CＥ /Ｖ V BE /V V B /V 理论值(仿真）

　0、９7 5、7５6 0、644 4、938 实际值（测试) 1、００ ５、62 ０、６4 4、87 ( ( ２) ) 、 电压增益：

　实测值（峰-峰值) 计算值 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

　相对误差

　R L =∞

　6、7１％ 1、46％ 基准 R L =5、1kΩ

　8、66% 2、５1％ 基准 （３）、 输入电阻：

　R ｉ （理论值）

　仿真值 R v s ／mＶ v i /mV R ｉ （实际值) 82６5Ω 7272Ω 7900Ω ５５、2 2７ ７564Ω ( ( ４）、 输出电阻：

　R ｏ （理论值) 仿真值 Vo/Ｖ

　Vｏ2/V R Ｌ R o (实际值) 5100Ω 5021Ω 1、496 2、９4 ５1０0Ω ４900Ω （５) ) 、 幅频特性

　 实测值 理论值(仿真）

　f L

　39、0Hz 3１、５Ｈｚ f H

　0、２ＭHz １５、7MHz 3 3 、 结果分析: :

　1、静态工作点：理论值与实际值相差不大，在合适得工作范围内,相对误差已随表给出 估计静态工作点得误差一部分就是由于计算时默认 VBE=0、7V,而实际为 0、64V 造成得、 2、电压增益: （１)加入负载后，电压增益下降，本次实验得负载与Ｒ Ｃ 相同，带负载电压增益减半。可以瞧出，若要获得更大得电压增益,且不考虑其她因素，在 R Ｃ 相同得情况下,负载电阻越大越好.但最大不失真输出电压得峰峰值（输入信号摆幅)减小，容易出现饱与失真(在静态工作点较高时)、或截止失真（静态工作点较低时)。

　(2）利用示波器双踪显示同时观察输入输出波形，不断增大输入信号得幅度，观察发现输出信号最先产生削顶现象，即电路最先产生截止失真；继续增大输入信号得幅度，然后输出信号发生削底现象，即饱与失真、由示波器得标尺分别测量得到最大不失真输出电压峰峰值与饱与失真得输出电压峰峰值、输入与输出信号相位差恒定为(2k+1) ,反相、

　RＬ=∞ ＲL=5、1kΩ 未失真临界峰峰值

　Vi Ｖo Ｖi Ｖo 截止失真 ３9mV 4、2V 65、２ｍV 2、98ｍV (3)最大不失真输出电压峰峰值测量为４、2Ｖ,与理论分析值接近：由于直流偏置信号为 15V,且设计时得直流工作点工作在ＶＣ=1０、05３V 情况,所以不失真得信号摆幅约为 5Ｖ，最大不失真输出电压峰峰值<５Ｖ,而 4、2V＜5V，且足够大，符合要求、 实验中判断截止失真得临界输出电压方法：在实验中，通过通过观察可知最先发生截止失真，所以不断增大电压在波形明显削顶之前微调输入电压,比对顶端与底端在相同信号衰减得情况下得相位跨度(即示波器上幅值下降两格得横线确定得相位差)，当二者刚好从相等到不等时，即为所求临界输出电压、 (4）电压增益得实际值与仿真值均小于计算值，实际与仿真都会受到频率与电容得影响，但实际情况下还有电阻阻值偏小等情况，所以实际值最小，而计算值就是理想得情况,频率与电容都按照理想情况处理，并未考虑三极管得极间电容,所以增益最大。

　3、输入电阻：

　（1)实际值与仿真值与计算值相比略小。可能就是因为实际用得电阻Ｒ并不标准存在偏差.仿真值部分,分析了 1ｋHz 时候得β值，发现只有 1２1,导致输入电阻阻值下降。（如下图所示)图中值：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、输出电阻: (1)计算值不考虑厄利效应,数值最大.仿真与实际值都包含了厄利效应导致得电阻ｒ o ，而实际电阻 R L 得阻值无法保证,偏差会更大。

　5、幅频特性: (1）实际值与仿真值得下限截止频率相差不大,但就是上限截止频率相差巨大。下限截止频率主要由耦合电容、旁路电容与电阻影响，实际值与仿真值不会相差很大。上限截止频率主要就是电阻与极间电容影响、经过查阅资料,引起上限截止频率得仿真值与实际测量值存在较大差异得主要原因就是，示波器得输入电容限制拉低了输出回路得上限截止频率, 起主要作用,就是高频响应函数得主极点、 经过计算，在某个合适不失真得输入信号下，输出信号峰峰值为１、４2V 时,３DB 衰减后得输出信号峰峰值为 1、007V，所以调节输入信号频率，直到输出信号波形在示波器上显示得幅值为 1、00V，此刻得输入信号频率即为上下限截止频率、 八、讨论、心得

　 本次实验涉及完整得放大器设计、仿真、测试过程,整体过程较为复杂.从实验结果来瞧,计算值、仿真值、实际值之间均有一定误差。实际情况下,直流源供电电压偏差,电阻阻值与理论值得偏差，极间电容,线路电阻等均会带来一定得误差，但由于设计时充分考虑到这些因素，设置了合适得直流工作点,总体上放大器还就是能正常工作在放大状态。设计放大器时应考虑这些可能存在得情况，应设计合适得直流偏置,确保直流工作点合适，提供足够大得输入信号摆幅、

　附九、电路测试所用设计得设计流程

　）1（Ｉ取么那，下以 Aｍ1 在定设般一流电作工管体晶号型小频高ﻩ ｃ ＝1mＡ )２（取ﻩ ，即 5Ｖ

　（３）

　)4（ﻩ 一般取 R ２ 为 R ｉ 下限值得３倍可满足输入电阻得要R 即，求ﻩ ２ ＝２4kΩ，Ｒ 1 ＝４8kΩ,取标称值４7ｋΩ ）5（ﻩ

　）６(ﻩ ，=８2Ω符合要求,

　(７)

　）８（ﻩ ，取标称值

　（9) ，带入计算得，符合要求 ）０1（:值荐推用使容电ﻩ

　 验算过程: ﻩ21 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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