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④ 最大不失真输出幅值的测量:(最大动态范围)
放大器的静态工作点确定之后,其“最大不失真输出幅值”就确定了,但由于Q点不一定是在交流负载线的中点,所以不一定是该电路能够达到的最大值。测试“最大不失真输出幅度”的电路接线同AV的测试电路相同。在测量过程中,将输入信号VS的幅值由小逐渐增大,并注意观测VO的波形,当波形刚开始出现失真时,这时的输出电压VO的幅度就是该电路对应当前工作点的“最大不失真输出幅度”。记录该波形和幅值,并注意首先出现的是“截止失真”还是“饱和失真”,可分析出静态工作点是偏低(首先出现截止失真)还是偏高(首先出现饱和失真)。参看图3.2的失真波形。为使电路能达到最大的不失真输出幅度,应该将静态工作点调节到交流负载线的中点。为此,应根据当前工作点情况,将Q点适当调高(Q点偏低时)或调低(Q点偏高时)。同时,逐步增大输入信号的幅度,用示波器监视输出波形,每当波形出现失真时,就根据失真情况微调RW,改变静态工作点,使失真消除。当波形上下半周同时出现削峰现象时,说明静态工作点已调节在交流负载线的中点上,用示波器测量最大不失真输出电压的幅值VOP-P,或用电子管毫伏表测量最大不失真输出电压的有效值VOM有效。两者之间的关系为:
VOP-P=22VOM有效。 ⑤ 放大器频率特性的测量
.lg | AV |Avm0.707Avm≈20dB/dec-20dB/decfΔΦf≈LfHf≈-45-90-135-180-45°/dec≈-45°/dec.图3.4 单管放大器的频率特性曲线 放大器频率特性反映了放大器对不同频率输入信号的放大能力。放大器的频率特性用频率特性曲线来表示。频率特性曲线直观的反映出电压放大倍数AV 、附加相移ΔΦ与输入信号的频率f之间的关系。
单管阻容耦合放大器的频率特性曲线如图3.4所示。Avm为中频(信号频率f0=1KHz)电压放大倍数。当输入信号频率的变化时,电压放大倍数下降3dB(为中频放大倍数的12≈0.707倍)时对应的频率分别称为下限截止频率和(fL)和上限截止频率(fH),并定义通频带fbw为:
fbw =f H - fL
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由于放大器的AV不能直接测得,而是测出Vi和Vo之后根据公式:AV?所以一般采用如下方法测量放大器的上、下限截止频率:
VO计算而得,Vi固定信号发生器的输出Vi的幅值不变,改变其输出频率,这时VO的变化即代表了AV的变化。先将信号发生器的频率设为1KHz,用示波器观察放大电路的输出波形不失真,测量这时示波器显示的输出幅值VOmp或用毫伏表测量放大电路的输出有效值VOm,在保证输出信号不失真的前提下,可微调信号发生器的输出幅度,使放大器的输出电压易于读数(指针指示某一整数值)。然后保持信号发生器的输出幅值不变,逐渐改变信号发生器的输出频率,记录对应该频率点的放大器输出电压VO,当信号频率较低或较高时,VO将下降。这时应减小每次的频率变化增量,仔细寻找使VO=0.707VOm时的频率值f ,该频率值就是fL或fH。为减少测量所用的时间,在中频段,因放大电路的输出电压有较宽的一段基本不变,所以调节频率可适当粗一些,而在放大器输出电压发生变化时,应多测几点,以保证测量的准确性。测试时,必须保证输入信号的幅值不变,只改变频率。所以应使用双踪示波器同时监视Ui和Uo ,当改变输入信号频率时,如果幅值有所改变,应调整信号发生器的输出幅值旋钮使Ui幅值与初始值相同。
⑥ 干扰和自激振荡的消除:参看附录。 三、实验内容:
实验电路如图3.1所示。先画出装配图,然后焊接电路。电路焊接好后,经检查无误,将实验电路与各电子仪器正确连接,再次检查无误后(特别要注意稳压电源的输出电压和极性、万用电表的量程),向下进行通电调试。为防止干扰,信号发生器、示波器、毫伏表的屏蔽线外层屏蔽网和稳压电源的负极应接在公共地线上。
(二)参数测试
1.测量静态工作点:
先将RW调至阻值最大位置,稳压电源输出调至12V,信号发生器的输出幅度调节为0 ,再接通电源。用万用表监视ICQ(参看前面介绍测量ICQ的方法),调节RW,使ICQ=2mA(即VCQ=6V),用数字万用表的直流电压档测量VBQ、VEQ、VCQ,断开电源后,用电阻档测量RB2,记入表3.1中。
表3.1 ICQ=2mA
测量值 VBQ(V) 2.729 VEQ(V) 2.0240 VCQ(V) 7.12 RB(KΩ) 60K VBEQ(V) 0.7 理论计算值 VCEQ(V) 5.2 ICQ(mA) RB(KΩ) 2 61K 2.测量电压放大倍数:保持ICQ = 2mA 不变
在放大器输入端加入频率为1000HZ的正弦信号VS,调节低频信号发生器的输出幅度,使Vi=5mV,同时用示波器观察放大器输出电压VO的波形,在保持波形不失真的条件下,用交流毫伏表测量下述两种情况下的VO值,并用双踪示波器同时观察VO和Vi的相位关系,并计算出AV ,把结果记入表3.2。
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表3.2 ICQ=2mA Vi= 5 mV
RC(KΩ) 2.4 2.4 RL(KΩ) ∞ 2.4 VO(V) 0.933 0.469 AV 93.3 46.9 记录Vi和Vo的波形。 3.观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置RC=3KΩ,RL=∞,Vi适当(≈10mV),调节RW,用示波器监视输出电压波形,在VO不失真的条件下,通过调节Rb改变ICQ的值,测量ICQ为1mA和3mA时VO的值,记入表3.3 ,并计算出AV ,与2mA的AV值比较。
表3.3 RC=3KΩ RL=∞ ICQ(mA) Vi(mV) Vo(V) AV 1 10.0 0.49 49.0 2 10.0 0/933 93.3 3 10.0 1.22 122 测量ICQ时,注意将低频信号发生器的输出幅度调到0 。 4.观察静态工作点对输出波形失真的影响
置RC=3KΩ,RL=3KΩ,Vi=0,调节RW使ICQ=3mA,测出VCEQ值,记入表3.4中。再逐步加大输入信号Vi ,使输出幅值最大但不失真,然后保持输入信号幅值不变,分别增大和减小RW,使波形出现失真,画出VO的波形,并测出失真情况下的ICQ和VCEQ值,把结果记入表3.4中。每次测ICQ和VCEQ时,注意应使输入信号为0。
表3.4 RC=3KΩ RL=∞ Vi= mV ICQ(mA) 0.83 2.0 3.1 VCEQ(V) 0.68 0.847 1.203 VO波形 失真类型 截止失真 不失真 饱和失真 Q点位置 截止 放大 饱和 6.测量输入电阻和输出电阻 置RC=3KΩ,RL=3KΩ,ICQ=2mA。输入1KHZ正弦信号,在输出电压VO不失真的情况下,用交流毫伏表测出Vs,Vi,和VO,记入表3-6;然后,保持Vi不变,断开RL,测得VO,记入表3-6中,并计算得到Ri 、Ro的计算值。表中的理论值是指根据电路图计算得到的值。计算时,rbb’可取100Ω。
表3-6 RC=3KΩ RL=3KΩ ICQ=2mA VS (mV) 360
Vi (mA) 680 Ri (KΩ) 测量计算值 2.1K 理论值 24 Vo’ (V) 0.95 Vo (V) 0.48 Ro(KΩ) 测量计算值 2.534K 理论值 *7.测量幅频特性曲线 置RC=3KΩ,RL=3KΩ,ICQ=2mA,保持输入信号的幅值不变(Vs或Vi约10mV),改变信号频率f ,逐点测出相应
20 500 20000 30000 70000 100000 600000 1000000 2000000 4000000 6000000 7000000 8000000 8500000
0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.71 0.72 0.72 0.72 0.7 0.69 0.68 0.65
的输出电压记入表3-7 。
表3-7 Vi= 2 mV
四、 实验设备与器件:
1.晶体管直流稳压电源(型号DH1718):调节输出电压为+12V; 2.低频信号发生器(型号XD22); 3.双踪示波器(型号XJ4241); 4.交流毫伏表(型号 GB-9); 5.万用电表(型号500);
6.数字万用表(型号D803或D809); 7.电烙铁、焊锡、松香
8.晶体三极管(型号9011、9013或3DG6); 9.电位器(可变电阻)2MΩ; 10. 电阻、电解电容器。
1.直流负载线方程: VCEQ?VCC?ICQRC 2.交流负载线方程: ?VCE???IC?R'L 3.负载线图:
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