实验5 单级放大器交流特性的测试

一、实验目的

1．学会测量放大器的电压放大倍数和幅频特性。

2．观察静态工作点对放大器输出波形的影响。

3．学会测量放大器的输入电阻和输出电阻。

二、实验原理

1．放大器的电压放大倍数ＡV 及其测量

电压放大倍数ＡV 的值 |ＡV | ，是输出电压与输入电压的比值。即

                          

它以可通过公式计算，对本实验的电路 (图 1.5.3) 而言，有

                          

其中，

                  

在实验中，|ＡV | 值可以通过晶体管毫伏表直接测量输出电压Ｖo 和输入电压 Ｖi 求得。

2.  放大器的输入电阻及其测量

放大器的输入电阻是从放大器的输入端向放大器看进去的等效电阻。在实验中，输入电阻可以采用“换算法”通过测量某些参量而求得。其测量原理如图 1.5.1 所示。其测量方法是：在信号源与放大器之间串入一已知阻值的电阻Ｒ ，并分别测出电阻Ｒ 两端的电压 ＶS 和 Ｖi ，则可算出放大器的输入电阻为

               

当 Ｖi  =ＶS  / 2 时，Ｒ i = Ｒ  。

所串入的电阻Ｒ 的阻值应与Ｒi 为同一数量级。不能取得太大或太小。Ｒ 取得太大则容易引入干扰，取得太小则测量误差较大。

3．输出电阻及其测量

放大器的输出电阻是指将放大器的输入端短路，从放大器的输出端向放大器看进去的等效电阻。和输入电阻一样，输出电阻也可以采用“换算法”通过测量放大器的某些参量而求得。其测量原理如图 1.5.2 所示。图中，放大器的输出端被等效为一个电压源 Voc  和一个输出电阻 Ro 的串联。通过测量放大器接入负载  RL 前后，输出电压 Vo 的 值可以 求 得 输 出 电 阻 Ro  。 具体测量方法是：在放大器的输入端加一个固定的信号电压Ｖi  ，分别测量出 ＲL  断开时输出端的电压Ｖoc 和ＲL 接入时输出端的电压Ｖo ，则输出电阻  Ｒo 可通过下式求得

 当 Ｖo =  Ｖoc  / 2 时，Ｒo =ＲL 。

 为了保证测量精度，ＲL 的阻值应与Ｒo 为同一数量级。

  4．放大器的幅频特性及其测量

放大器的幅频特性是指放大器的放大倍数随信号频率而变化的特性。显示该特性的曲线称为放大器的幅频特性曲线。在如图 1.5.3 所示的阻容耦合放大器中,  由于有耦合电容 C1


文本框: 图 1.5.3 单级放大器实验电路、C2  、旁路电容 Ce 、晶体管的结电容以及各元件、导线和地之间的感应而形成的分布电容等电容的存在，使得放大器的增益随输入信号频率的变化而变化。这种变化在高频段和低频段尤为明显。如图 1.5.4 所示。  在实验中，该特性曲线常用“逐点法”测得。具体测量方法是：在测量全过程中，保持输入信号 Ｖi 的幅度不变，逐点改变输入信号频率，测出对应于不同频率的电压放大倍数 ＡV ，并绘出 |ＡV | 曲线，即可得到 如 图 1.5.4 所示的幅频特性曲线。根据幅频特性曲线，找到放大器的上限频率 fH 和下限 频 率 fL, 可求得放大器 的通频带 BW =   fH - fL 。

三、实验内容及步骤

1.  实验电路

实验电路如图 1.5.3 所示。本电路与实验 1.3 中的图 1.3.1 基本相同。本电路的输入端增加了一个电阻Ｒ ，是专门为了测量该放大器的输入电阻 Ｒ i 时用的。电容 ＣL 是专门为了测试幅频特性曲线而设置的。

2.  测量电压放大倍数和幅频特性

(1) 按照图 1.5.3 接好电路。在放大器的输入端输入频率为 1kHz 、幅度为 5mV 左右的信号 vs ，用示波器观察放大器的输出电压波形。

从原理上讲，选择输入信号的主要原则是保证输出信号不失真。因此，输入信号不能取得过大。另外，输入信号也不能选得过小，输入信号过小（如 1mV ) ，则容易引入干扰，也不易进行测量。同时，输入信号的选择还要便于计算。为了便于计算放大器的放大倍数 Av , 输入信号一般都取整数值如 5mV, 10mV, 50mV, 100mV 等。

(2) 在输出电压波形不失真（用示波器监视）的情况下，保持输入信号的幅度不变，改变输入信号的频率（即信号发生器的频率） 。每改变一次频率就测量一次放大倍数。用逐点法测量不同频率下的 ＡV 值，作出放大器的幅频特性曲线。

在测量中应注意掌握选取测量点的技巧：由图 1.5.4 所示的频率特性可知, 在低频段和高频段，放大倍数变化较大，应多测几个点 。在中频段，放大倍数变化不大, 可以少测几个点。另外还须注意，在改变输入信号的频率时，输入信号的幅度也可能发生变化，因此要随时注意测量输入信号的幅度。为了便于计算，最好在测量的过程中保持输入信号 Vi 的幅度不变。同时还要随时注意观测输出信号 Vo 的波形。若发现输出信号失真，则应适当减小输入信号的幅度。

(3) 根据测得的幅频特性曲线，确定放大器的通频带 BW 。

3．观察工作点对输出波形的影响，确定放大器的最大不失真输出电压。

(1) 断开ＣL ，适当增大输入信号电压，使输出电压波形刚好不失真。

(2) 通过调整电位器ＲW 改变静态工作点，观察并记录波形的失真情况。

(3) 改变输入信号电压，并调整静态工作点，使输出信号波形正、负向刚好不失真，用示波器测出放大器此时的输出电压（峰-峰值），即为最大不失真输出电压。

4．测量输入电阻和输出电阻

按照实验原理部分所介绍的方法，测量放大器的输入电阻和输出电阻，并与计算值进行比较。

四、实验仪器与设备

1．双踪示波器            1台       

2．信号发生器       1台       

3．晶体管毫伏表     2台

4．直流稳压电源       1台         

5．万用表              1块

五、实验报告要求

1．列表整理实验数据，并与理论计算值进行比较。

2．用半对数坐标纸绘出放大器的幅频特性曲线，标出ｆH 、ｆL 和 BW 。

3．绘出观察到的失真波形，并讨论静态工作点对波形失真的影响。