实验三晶体管放大器分析与设计..docVIP

实验三 晶体管放大器分析与设计 实验目的： 熟悉仿真软件Mulitisim 的使用，掌握基于Mulitisim 的瞬态仿真方法。 熟悉POCKETLAB硬件实验平台，掌握基于功能的使用方法。 通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体三极管放大器的分析和设计方法。 通过软件仿真和硬件实验验证，掌握场效应管放大器的分析设计方法。 实验预习： 在图3-1所示电路中，双极性晶体管2N3094的=120，V(BEon)=0.7v。根据实验二的直流工作点，计算该单级放大器的电压增益Av.填入表3-1. 图3-1 解：其交流通路等效电路如图3-11所示. 由实验三可知其直流工作点为： Rbe=26/3.662k=7.1k Ri=(7.1+121*0.2) =31.3k Ai=120*4.7/1004.7=0.5614 Av=0.5614*1000/31.3=17.935 图3-11 实验内容 晶体三极管放大器仿真实验 根据图3-1所示电路，在Multisim中搭建晶体三极管2N3094单级放大电路。加入峰峰值=50mv,频率等于10khz的正弦波。 结果查看：采用示波器XCS1，查看输入输出两路波形。并用测量工具，测试输入输出波形的峰峰值，计算得到电压增益Av，填入表格3-1. 实验测得的输入输出波形图如表3-2所示。 表3-1 ：晶体三极管放大器增益 计算值 仿真值 实测值 放大器增益Av 17.935 17.726 19.12 変输入信号峰峰值，取Vinpp=100mv，Vinpp=200mv， Vinpp=300mv，重新进行瞬态仿真和频谱分析，截取各输入条件下的输入输出波形图和频谱分析图，填入表3-2. 表3-2：不同输入情况下的输入输出波形图。 瞬态波形图 频谱分析 Vinpp=50mv 瞬态波形图 频谱分析 Vinpp=100mv 瞬态波形图 频谱分析 Vinpp=200mv 瞬态波形图 频谱分析 Vinpp=300mv 思考题：请说明不同输入情况下的输出波形有何差异，并尝试解释其原因。 答：输入交流电压越大，输出波形的失真度越大。 因为放大器的电压传输是非线性的，当输入电压比较小时，传输为近似线性，当输入电压增大，电压达到非线性的区域，就会出现输出波形失真的情况。 取输入信号为Vinpp=100mv,在信号源上串联一个电阻表征信号源内阻，如图3-3所示。取该电阻为50、1k和10k欧姆重新进行仿真，截取不同电阻情况下的输入输出波形图，并估算电压增益Avs，填入表3-3. 图3-3 信号源内阻 表3-3 不同信号源内阻的输入输出波形图。 源增益电压：17.5 16.0 8.75 R=50欧 R=1k欧 R=10k欧 思考题：请说明不同源电阻情况下的电压增益的差异，并据此估算出晶体管放大器的内阻。 答：源电阻越大，输出电压的增益越小。 17.5=Av[Ri/(50+Ri)] 16=Av[Ri/(1k+Ri)] 8.75=Av[Ri/(10k+Ri)]. 所以Ri=9.862k. 改变旁路电容CE1，将其接在节点5和地之间，重新仿真图3-1，观察到什么现象？为什么？改变输入信号幅度，重新获得不失真波形，并测得此时的电压增益，与原电压增益比较，得到何种结果？请解释原因，并将两种增益值填入表3-4中。 当CE1接5-0时输入输出波形如下： CE1接于7-0 CE1接于5-0 表3-4：CE1不同接法时的放大器增益 CE1接于7-0 CE1接于5-0 电压增益Av 17.726 65 分析： 从图中可以看出当CE1接于7-0的时候输出电压的失真度较小近似为不是真波形，当CE1接于5-0的时候失真度较大，而且此时的电压增益增加很多。 因为当CE1接于7-0的时候E端电流被短路，响应的输出电阻减小，导致输出电压变大，进而提高了电压增益。同时输出信号进入了非线性区域，产生失真。 CE1接于7-0 CE1接于5-0 若将输入电流的峰峰值增加到100mv，则输出波形的失真度也增加。 晶体三极管放大器硬件实验 电路连接 1.首先根据图3-1在面包板上搭试电路，并将POCKETLAB 的直流输出端+5V和GND与电路的电源、地节点连接；POCKETLAB的一路输出端作为电路的输入信号，POCKETLAB的一路输出端接电路输入信号端；另一路输入端接电路输出信号端，分别测试输入输出两路信号。 2.直流测试 在进行波形测试之前，请采用实验二的直流测试法，使用POCKETLAB的直流电压表测试各点直流电压，以确保电路搭试正确。 3.输入信号 打开信号发生器界面，选择输入信号波形为正弦波，频率为5kHZ，信号峰峰值为50