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时间:2018-01-20
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1、实验三晶体管放大器分析与设计实验目的:1.熟悉仿真软件Mulitisim的使用,掌握基于Mulitisim的瞬态仿真方法。2.熟悉POCKETLAB硬件实验平台,掌握基于功能的使用方法。3.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。4.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.
2、662k=7.1kRi=(7.1+121*0.2)=31.3kAi=120*4.7/1004.7=0.5614Av=0.5614*1000/31.3=17.935图3-11实验内容一.晶体三极管放大器仿真实验1.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Av17
3、.93517.72619.122.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
4、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。1.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:17.516.08.75R=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
5、[Ri/(1k+Ri)]8.75=Av[Ri/(10k+Ri)].所以Ri=9.862k.1.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7-0CE1接于5-0表3-4:CE1不同接法时的放大器增益CE1接于7-0CE1接于5-0电压增益Av17.72665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
6、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7-0CE1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。一.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
7、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50mV,直流偏置为0,两通道独立设置。点击按钮SET,正弦波信号将输出到电路输入端。4.交流波形测试打开示波器界面,选择合适的时间和电压刻度,显示三极管单端放大器的输入,输出波形。并在窗口中直接读出其输入输出波形的峰峰值,获得其电压增益,填入表格3-1,比较计算值,仿真值和测试值是否一致。其输
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