5.2 晶体管单级共射放大电路
一．实验目的
1．学会晶体管单级共射放大电路静态工作点的测量和调试方法，分析静态工作点对放大电路性能的影响。
2．掌握晶体管单级共射放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3．熟悉常用电子仪器及模拟电子实验装置的使用。
4．掌握模拟电子电路基本调试技术，培养训练排除故障的能力。 二、 预习要求
1．预习放大电路静态工作点及动态性能指标（AU、Ri、Ro、Uopp、BW）的调整测量方法。
2．复习实验电路工作原理，熟悉实验内容、方法和步骤。 三．实验电路与原理
图5-7为晶体管单级共射放大电路。放大电路的基本任务是将输入信号给以不失真的放大，实现输入变量对输出变量的控制作用。要使放大电路正常工作，除有保证放大电路正常工作的电压外，还要有合适的静态工作点。若工作点选得太高，放大器在加入交流信号后容易引起饱和失真；若工作点选得太低，容易引起截止失真。一般提到工作点主要是指ICQ和UCEQ。
o
图5-7 晶体管单级共射放大电路
实验电路为分压式偏置工作点稳定电路，它的偏置电路采用Rb1和Rb2组成分压电路，通过改变上偏置电阻Rb1的阻值来确定合适的静态工作点Q 。当流过偏置电阻Rb1 (R和电位器Rp的阻值)和Rb2 的电流远大于晶体管的基极电流IB时(一般5～10倍)，则它的静态工作点可用下式估算
UB=
Rb2
VCC
Rb1+Rb2
IUB-UBE
,β=C
REIB
IC≈IE=
UCE=VCC-IC(RC+Re)
放大电路的动态指标是在放大电路处于线性工作状态下进行测试的，本实验电路的主要性能指标可由下列各式估算。
AU=-β
RC//RL
rbe
Ri =Rb1 //Rb2 //rbe
Ro ≈ Rc
由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大电路的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大电路的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。
放大电路的测量和调试一般包括：放大电路静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大电路各项动态参数的测量与调试等。 1．放大电路静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量
测量放大电路的静态工作点，应在输入信号Ui = 0的情况下进行，即将放大电路输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用IC ≈ IE =UE /Re 算出IC(也可根据IC=（VCC -UC）/RC，由UC确定IC)，同时也能算出UBE=UB-UE，UCE=UC -UE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试
静态工作点是否合适，对放大电路的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大电路在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时Uo的负半周将被削底，如图5-8(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即Uo的正半周被缩顶，如图5-8(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的Ui，检查输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工
作点的位置。
(a) (b) (c)
图5-8 放大电路的失真波形
改变电路参数UCC、RC、Rb(Rb1、Rb2)都会引起静态工作点的变化，工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，
即使工作点较高或较
低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 2．放大电路动态指标测试
放大电路动态指标测试有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。
1) 电压放大倍数Au的测量
调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压Ui ，在输出电压Uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出Ui和Uo的有效值，则
AU=
2)输入电阻Ri的测量
Uo
Ui
为了测量放大器的输入电阻，按图5-9电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出Us和Ui，则根据输入电阻的定义可得
Ri=
UiUUi
=iR=R IiURUS-Ui
图5-9 输入、输出电阻测量原理图
测量时应注意：
① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出Us和Ui，然后按UR=Us-Ui,求出UR值。
② 电阻R的值不易取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R =1 KΩ～2 KΩ。 3) 输出电阻Ro的测量
按图5-9电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压Uo和接入负载后的输出电压UL，根据
UL=
即可求出Ro
RL
Uo
Ro+RLUo
-1)RL UL
Ro=(
在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。 4) 最大不失真输出电压Uopp的测试(最大动态范围)
如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。
为此在放
大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RP (改变静态工作点)，用示波器观察Uo，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用示波器直接测量Uopp。
5) 放大器频率特性的测量
单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图5-10所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率ƒL和上限频率ƒH，则通频带
ƒBW=ƒH－ƒL
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Au。为此，可采用前述测Au的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变。
AA0.707A图5-10 幅频特性曲线
ƒ
四．实验内容 1．组装电路
（1）用万用表检查实验板上所用三极管的好坏。
（2）按图5-7所示组装电路。为防止干扰，各电子仪器的公共端必须连在一起，同时函数发生器、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用测试线。
2．调整测量静态工作点
接通电源前，先将RP调到最大，信号输入Ui=0（可直接将信号输入端接地）。接通+12V电源，调节RP使IC=2.0mA(即UE=3.0V)，测量此时的静态工作点，将结果填入表5-1中。
表5-1 静态工作点的测量
3．测量电压放大倍数Au
将静态测试时的信号输入端接地线断开，调节函数发生器，使其输出频率ƒ为1KHZ、信号幅值为15mV的正弦信号Us，将此信号加入放大电路的Ui输入端，用示波器同时观察
放大电路的输入、输出波形。在输出波形放大且不失真的情况下，用示波器或交流毫伏表分别测出Ui、Uo值，求出放大倍数。
保持Ui不变，改变RL值，观察负载变化对电压放大倍数的影响，将测量结果填入表5-2中。
表5-2 电压放大倍数的测量
实验过程中，有时由于测试仪器连线过长或电路中分布参数的影响，在示波器上显示的输入、输出波形扰动过大而不能完成正常的测试，这时可利用数字存储示波器的“数字滤波”功能先将扰动信号滤除，再完成测试要求。
操作方法：在CH1或CH2 显示界面下， 按“数字滤波”，系统显示“FILTER”数字滤波功能菜单，打开数字滤波器，设置滤波类型（本实验为低通滤波），调节示波器水平“POSITION”旋钮，设置频率上限和下限，选择或设定滤波频率范围。
4．测量输入电阻Ri 、输出电阻Ro
置RC=3KΩ，RL=3KΩ，IC=2.0mA。输入1KHZ正弦信号，在输出电压Uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出Us、Ui和UL记入表5-3中。
保持Us不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表5-3中。
5. 观察静态工作点变化对输出波形的影响
置RC=3KΩ，RL=3KΩ，Ui = 0，调节RP使I
C = 2.0mA（可通过测量UE来估算IC）测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压Uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RP，使波形出现失真，绘出Uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，把结果计入表5-4中。
表5-4 静态工作点对输出波形的影响
i 6. 测量最大动态范围Uopp（选做）
首先将工作点设在合适位置，适当增大输入信号Ui幅度，用示波器观察输出波形。如出现上、下不对称的失真波形，可调节RP修正工作点，使输出不失真。然后再继续增大输入信号反复调节，直到输出端得到最大的不失真输出波形，用示波器或交流毫伏表测量Uopp及Uo，记入表5—5中。
7．测量幅频特性曲线（选做）
（1）取Ic = 2.0mA，RC =3KΩ，RL=3KΩ， Ui ＝15mv, ƒ＝1KHZ，在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表或示波器测出Uo值。
（2）保持Ui大小不变，增加或减少输入信号频率，输出电压Uo，即Au将会减小。当Uo减小到原输出电压的0.707倍（下降3dB）时，此时对应的输入信号频率即分别为放大电路的上限截止频率ƒH和下限截止频率ƒL，即通频带 BW＝ƒH －ƒL。
五、注意事项
1．直流电源、函数发生器、示波器和实验电路板等要共地，以免引起干扰。 2．要保证在输出电压波形不失真的前提下进行电路指标的测试。 六、实验仪器
数字存储示波器；DDS任意波形函数发生器；数字万用表；交流毫伏表；网络智能模拟电路实验装置。
七、思考题
1．调整静态工作点时，Rb1不能直接用电位器调节，而要用一固定电阻与电位器串联，为什么？
2．当调节偏置电阻Rb1，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化?
3．分析下列各输出波形分别是何种失真？是什么原因造成的？如何解决？ （1）正弦波上半部出现削波；（2）下半部出现削波；（3）上、下同时削波。
4．在测试Au，Ri和Ro时怎样选择输入信号的大小和频率? 为什么信号频率一般选1KHZ，而不选100KHZ或更高?
5．能否用数字万用表测量放大电路的幅频特性？为什么？
6．测试中，如果将函数发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪器的接地端不连在一起)，将会出现什么问题?
八、实验报告
1．列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值相比较(取一组数据进行比较)，分析产生误差原因。
2．将实测值与理论估算值比较，如有误差分析其原因。
3．记录实验过程中出现的故障，产生故障的原因及排除故障的方法。 4．撰写的实验报告应注意图表齐全、结论简明，并回答思考题。 5．分析讨论在调试过程中出现的问题。
5.2 晶体管单级共射放大电路
一．实验目的
1．学会晶体管单级共射放大电路静态工作点的测量和调试方法，分析静态工作点对放大电路性能的影响。
2．掌握晶体管单级共射放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3．熟悉常用电子仪器及模拟电子实验装置的使用。
4．掌握模拟电子电路基本调试技术，培养训练排除故障的能力。 二、 预习要求
1．预习放大电路静态工作点及动态性能指标（AU、Ri、Ro、Uopp、BW）的调整测量方法。
2．复习实验电路工作原理，熟悉实验内容、方法和步骤。 三．实验电路与原理
图5-7为晶体管单级共射放大电路。放大电路的基本任务是将输入信号给以不失真的放大，实现输入变量对输出变量的控制作用。要使放大电路正常工作，除有保证放大电路正常工作的电压外，还要有合适的静态工作点。若工作点选得太高，放大器在加入交流信号后容易引起饱和失真；若工作点选得太低，容易引起截止失真。一般提到工作点主要是指ICQ和UCEQ。
o
图5-7 晶体管单级共射放大电路
实验电路为分压式偏置工作点稳定电路，它的偏置电路采用Rb1和Rb2组成分压电路，通过改变上偏置电阻Rb1的阻值来确定合适的静态工作点Q 。当流过偏置电阻Rb1 (R和电位器Rp的阻值)和Rb2 的电流远大于晶体管的基极电流IB时(一般5～10倍)，则它的静态工作点可用下式估算
UB=
Rb2
VCC
Rb1+Rb2
IUB-UBE
,β=C
REIB
IC≈IE=
UCE=VCC-IC(RC+Re)
放大电路的动态指标是在放大电路处于线性工作状态下进行测试的，本实验电路的主要性能指标可由下列各式估算。
AU=-β
RC//RL
rbe
Ri =Rb1 //Rb2 //rbe
Ro ≈ Rc
由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大电路的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大电路的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。
放大电路的测量和调试一般包括：放大电路静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大电路各项动态参数的测量与调试等。 1．放大电路静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量
测量放大电路的静态工作点，应在输入信号Ui = 0的情况下进行，即将放大电路输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用IC ≈ IE =UE /Re 算出IC(也可根据IC=（VCC -UC）/RC，由UC确定IC)，同时也能算出UBE=UB-UE，UCE=UC -UE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试
静态工作点是否合适，对放大电路的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大电路在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时Uo的负半周将被削底，如图5-8(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即Uo的正半周被缩顶，如图5-8(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的Ui，检查输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工
作点的位置。
(a) (b) (c)
图5-8 放大电路的失真波形
改变电路参数UCC、RC、Rb(Rb1、Rb2)都会引起静态工作点的变化，工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，
即使工作点较高或较
低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 2．放大电路动态指标测试
放大电路动态指标测试有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。
1) 电压放大倍数Au的测量
调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压Ui ，在输出电压Uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出Ui和Uo的有效值，则
AU=
2)输入电阻Ri的测量
Uo
Ui
为了测量放大器的输入电阻，按图5-9电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出Us和Ui，则根据输入电阻的定义可得
Ri=
UiUUi
=iR=R IiURUS-Ui
图5-9 输入、输出电阻测量原理图
测量时应注意：
① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出Us和Ui，然后按UR=Us-Ui,求出UR值。
② 电阻R的值不易取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R =1 KΩ～2 KΩ。 3) 输出电阻Ro的测量
按图5-9电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压Uo和接入负载后的输出电压UL，根据
UL=
即可求出Ro
RL
Uo
Ro+RLUo
-1)RL UL
Ro=(
在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。 4) 最大不失真输出电压Uopp的测试(最大动态范围)
如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。
为此在放
大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RP (改变静态工作点)，用示波器观察Uo，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用示波器直接测量Uopp。
5) 放大器频率特性的测量
单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图5-10所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率ƒL和上限频率ƒH，则通频带
ƒBW=ƒH－ƒL
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Au。为此，可采用前述测Au的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变。
AA0.707A图5-10 幅频特性曲线
ƒ
四．实验内容 1．组装电路
（1）用万用表检查实验板上所用三极管的好坏。
（2）按图5-7所示组装电路。为防止干扰，各电子仪器的公共端必须连在一起，同时函数发生器、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用测试线。
2．调整测量静态工作点
接通电源前，先将RP调到最大，信号输入Ui=0（可直接将信号输入端接地）。接通+12V电源，调节RP使IC=2.0mA(即UE=3.0V)，测量此时的静态工作点，将结果填入表5-1中。
表5-1 静态工作点的测量
3．测量电压放大倍数Au
将静态测试时的信号输入端接地线断开，调节函数发生器，使其输出频率ƒ为1KHZ、信号幅值为15mV的正弦信号Us，将此信号加入放大电路的Ui输入端，用示波器同时观察
放大电路的输入、输出波形。在输出波形放大且不失真的情况下，用示波器或交流毫伏表分别测出Ui、Uo值，求出放大倍数。
保持Ui不变，改变RL值，观察负载变化对电压放大倍数的影响，将测量结果填入表5-2中。
表5-2 电压放大倍数的测量
实验过程中，有时由于测试仪器连线过长或电路中分布参数的影响，在示波器上显示的输入、输出波形扰动过大而不能完成正常的测试，这时可利用数字存储示波器的“数字滤波”功能先将扰动信号滤除，再完成测试要求。
操作方法：在CH1或CH2 显示界面下， 按“数字滤波”，系统显示“FILTER”数字滤波功能菜单，打开数字滤波器，设置滤波类型（本实验为低通滤波），调节示波器水平“POSITION”旋钮，设置频率上限和下限，选择或设定滤波频率范围。
4．测量输入电阻Ri 、输出电阻Ro
置RC=3KΩ，RL=3KΩ，IC=2.0mA。输入1KHZ正弦信号，在输出电压Uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出Us、Ui和UL记入表5-3中。
保持Us不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表5-3中。
5. 观察静态工作点变化对输出波形的影响
置RC=3KΩ，RL=3KΩ，Ui = 0，调节RP使I
C = 2.0mA（可通过测量UE来估算IC）测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压Uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RP，使波形出现失真，绘出Uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，把结果计入表5-4中。
表5-4 静态工作点对输出波形的影响
i 6. 测量最大动态范围Uopp（选做）
首先将工作点设在合适位置，适当增大输入信号Ui幅度，用示波器观察输出波形。如出现上、下不对称的失真波形，可调节RP修正工作点，使输出不失真。然后再继续增大输入信号反复调节，直到输出端得到最大的不失真输出波形，用示波器或交流毫伏表测量Uopp及Uo，记入表5—5中。
7．测量幅频特性曲线（选做）
（1）取Ic = 2.0mA，RC =3KΩ，RL=3KΩ， Ui ＝15mv, ƒ＝1KHZ，在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表或示波器测出Uo值。
（2）保持Ui大小不变，增加或减少输入信号频率，输出电压Uo，即Au将会减小。当Uo减小到原输出电压的0.707倍（下降3dB）时，此时对应的输入信号频率即分别为放大电路的上限截止频率ƒH和下限截止频率ƒL，即通频带 BW＝ƒH －ƒL。
五、注意事项
1．直流电源、函数发生器、示波器和实验电路板等要共地，以免引起干扰。 2．要保证在输出电压波形不失真的前提下进行电路指标的测试。 六、实验仪器
数字存储示波器；DDS任意波形函数发生器；数字万用表；交流毫伏表；网络智能模拟电路实验装置。
七、思考题
1．调整静态工作点时，Rb1不能直接用电位器调节，而要用一固定电阻与电位器串联，为什么？
2．当调节偏置电阻Rb1，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化?
3．分析下列各输出波形分别是何种失真？是什么原因造成的？如何解决？ （1）正弦波上半部出现削波；（2）下半部出现削波；（3）上、下同时削波。
4．在测试Au，Ri和Ro时怎样选择输入信号的大小和频率? 为什么信号频率一般选1KHZ，而不选100KHZ或更高?
5．能否用数字万用表测量放大电路的幅频特性？为什么？
6．测试中，如果将函数发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪器的接地端不连在一起)，将会出现什么问题?
八、实验报告
1．列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值相比较(取一组数据进行比较)，分析产生误差原因。
2．将实测值与理论估算值比较，如有误差分析其原因。
3．记录实验过程中出现的故障，产生故障的原因及排除故障的方法。 4．撰写的实验报告应注意图表齐全、结论简明，并回答思考题。 5．分析讨论在调试过程中出现的问题。