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1、精选优质文档-倾情为你奉上实验五 晶体管放大器的频率响应实验目的：1. 熟悉仿真软件 Multisim 的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；2. 熟悉 PocketLab 硬件实验平台，掌握波特图功能的使用方法；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上下限频率及通频带概念；实验预习：设置如图 5-1 电路，改变 CC1，CC2 和 CE1 三个电容，并在输出端接负载电容 C1，获 得如图 5-1 所示电路。 1根据实验二中的直流工作点，计算该单级放大器的中频电压增益 Av= -38.59 。2复习放大器上下限频率概念和计算方法。图 5-1 电路中，电容 CC2 和
2、CE1 足够大，可视 为短路电容。具有高通特性的电容 CC1 和输入电阻 Ri 决定了电路的 fL；低通特性的电容 C1 和输出电阻决定了电路的 fH。请分别计算电路的 fL、fH 和通频带 BW，填入表格 5-1。图 5-1. 晶体三极管放大器频响电路解：由实验二可知，=120，VBEon=0.7V（1）忽略沟道长度调制效应，即rce不计忽略基极电流,故VB=52020+501.34V, RB=(5020)/(50+20)14.29k由直流分析，IEQ=VB-VBEon/(RE1+RE2) 0.140mAIBQ=IEQ/(1+)1.16uAICQ=IBQ0.139mA由交流分析，rbe=VT
3、/ICQ22.44 k由ib=Virbe+1+RE1，ic=ib故Av=vovi38.59因此，20lgAv=31.73dB（2）Ri=RB/rbe+1+RE1 10.94 kwL=1RiCC1914.08 rad/sfL=wL2145.48HzRo=Rc1=15 kfH=12RiC15305.16Hz实验内容：一、 NPN 管放大器仿真实验1.放大器幅频和相频仿真：根据图 5-1 所示电路，在 Multisim 中搭建晶体三极管 2N3904 单级放大电路，进行电路 的幅频和相频特性仿真。信号源设置： 加入如图 5-2 所示的信号源，双击它，在弹出如图 5-3 窗口中设置 AC专心-专注-专
4、业仿真信号源。设置 AC analysis magnitude=1V; AC analysis phase=0 deg。注意，此处 的 1V 并不表示输入为 1V 的大信号，仅仅表示输入为 1 个单位信号。因此，此时的输 出电压 Vout/1=Vout。因此输出即为增益值。图 5-2交流电压源图 5-3电压源设置窗口 仿真设置：Simulate AnalysisAC Analysis弹出如图 5-4 所示窗口。在 Frequency parameters 中设置 AC 扫频的开始频率 FSTART，终 止频率 FSTOP，扫频种类：Decade（十倍频），Number of Points pe
5、r decase：10，表示每 10 倍频中扫多少个频率点；Vertical scale：纵坐标的刻度：Decibel（dB 值）。在 Output Tab 中从左侧栏选择需要观测幅频和相频特性的点，点击 Add，加入到右侧栏后，点击 Simulate， 开始进行 AC 仿真。结果查看：在弹出的波形窗口中，如图 5-5 所示，使用 Cursor，可以清楚地看到中频增益和 上下限频率。将仿真结果填入表格 5-1 中。注 1：相位图中当出现相移超过-180 度时，会自动翻转至+180 度继续下降。计算值仿真值实测值放大器增益 AV（dB）-31.73-31.65-28.70下限频率 fL（Hz）1
6、45.48156.7980154.45上限频率 fH（Hz）5305.165452.05243.565159.68注 2：所有展示波形仅为参考，以实际仿真波形为准。图 5-4AC 仿真设置窗口图 5-5幅频和相频曲线表 5-1：晶体三极管放大器频率特性通频带 BW（Hz）5159.685295.2025089.112.放大器瞬态仿真： 采用实验三中的瞬态仿真方法，分别输入三个不同频率的相同幅度正弦波信号，观察瞬态波形输出，并从示波器上显示的波形峰峰值换算出不同频率时的增益值，填入表格 5-2。 并注意输入输出波形中相位之间的关系。将增益和相位关系与 AC 仿真结果相对比，理解放 大器的频率响应
7、。三种频率的具体要求是：低频区fH。表 5-2：不同频率输入信号时放大器增益值电压增益 Av低频区 f=50Hz中频区 f= 4kHz高频区 f= 10kHz:仿真值10.1631.9218.60测试值10.7326.8215.46低频区f=50Hz:中频区f=4kHz:高频区f=10kHz:分析：在误差允许范围内，可以认为仿真值和测试值一致。二、NPN 管放大器频响硬件实验本实验采用 PocketLab 实验平台提供的直流+5V 电源、信号发生器、直流电压表、波特 图仪和示波器。1电路连接首先根据图 5-1 在面包板上搭试电路，并将 PocketLab 的直流输出端+5V 和 GND 与电
8、路的电源、地节点连接；PocketLab 的输出端 SIG1 端口作为电路的输入信号接 CC1 左 侧；PocketLab 示波器 1 通道 CH1 接电路输入信号端；示波器 2 通道 CH2 接电路输出， 即 CC2 右侧，分别测试输入输出两路信号。 注：因为后续需要采用波特图测试仪，波特图测试仪默认将 CH1 作为激励；CH2 作为 观测输出，因此这里 CH1，CH2 通道请勿接反。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方法，使用 PocketLab 直流电压表测试 各点直流电压，以确保电路搭试正确。3波特图测试在电脑中打开 PocketLab 的波特图界面，如图 5-6 所
9、示。扫频信号来自于 SIG1 通道，已 接到电路输入端；波特图默认激励通道为 CH1，因此 SIG1 接 CH1；CH2 默认为响应通 道，接电路输出端。在该界面上，需要设置扫频的起始频率，终止频率，步进和扫频信号 的峰值电压。除了扫频信号的峰值电压外，其余设置定义和 Multisim 中相同，除了 PocketLab 最高能支持的扫频值为 10KHz。而扫频信号的峰峰值要特别注意，因为这是真 实加入的信号，与仿真时的虚拟信号不同，因此为了防止仿真电路进入大信号状态，该峰 峰值应设置为一个足够小的信号，如 0.01V，即 10mV，以保证电路工作于小信号状态。 设置好后，点击 Scan，扫描获
10、得幅频和相频曲线。请读出上下限频率和增益值，填入表格 5-1。图 5-6 波特图界面4瞬态波形测试PocketLab 与电路的连接方式保持不变。在 PocketLab 中打开信号发生器和示波器界 面（Scope），选择输入信号波形为正弦波，信号幅度 Vpp 为 0.01V，DC Offset=0V。在电 脑中打开 PocketLab 的示波器界面，显示三极管单端放大器的输入，输出波形。点击按钮 Run，连续改变输入正弦波的频率，在示波器窗口中选择合适的时间和电压刻度，观察输 出波形峰峰值和输入输出波形相对相位值的变化，体会电路对于不同频率的响应。选取表 5-2 中的三个频率，根据示波器窗口中读
11、出的输入输出波形峰峰值，获得其 电压增益，填入表格 5-2，比较仿真值和测试值是否一致。三、 PNP 管放大器仿真实验1 放大器幅频和相频仿真：给 PNP 管 2N3906 加上合适的偏置电路和输入输出网络，进行电路的幅频和相频特性 仿真。采用 AC 仿真，将其幅频和相频特性截图如图 5-7。图5-7. PNP管放大器幅频和相频响应仿真图2 放大器瞬态仿真：采用瞬态仿真，分别输入三个不同频率的相同幅度正弦波信号，观察瞬态波形输出，同 样设置三种不同频率的输入信号，从示波器上截图于表格 5-3。三种频率的具体要求是：低 频区fH。表 5-3：不同频率输入信号时放大器输入输出波形低频区f=50Hz
12、中频区f=4kHz高频区f=10kHz四、 PNP 管放大器硬件实验1 搭试电路：首先将设计好的 PNP 管放大电路在面包板上搭试，与 PocketLab 正确连 接。2 直流测试：使用 PocketLab 直流电压表测试各点直流电压，以确保电路搭试正确。3波特图测试：根据 NPN 管放大器硬件实验步骤，在电脑中打开 PocketLab 的波特 图界面并进行正确的设置。点击 Run，扫描获得幅频和相频曲线，截图于图 5-8。图 5-8PNP 管幅频相频曲线图4瞬态波形测试选取表 5-2 中的三个频率，将示波器窗口中的输入输出波形截图于图 5-9。低频区 f=50Hz中频区 f=4kHz高频区 f=10kHz图 5-9PNP 管放大器瞬态波形测试图