共集放大器的制作与测试

2．2．1 任务目标

(1)会进行共集放大器的制作。

(2)会调整共集放大器的静态工作点。

(3)会进行共集放大器性能指标的测试。

2．2．2 基本知识

共集放大器

根据输入和输出回路公共端不同，放大电路有三种基本组态: 共射电路、共集电路和共基电路。下面简单介绍共集电极电路。

2．2．2．1 共集放大电路的基本组成

共集电极放大电路如图2-2-1所示，其直流通路和交流通路见图2-2-2。由交流通路图可见，输入信号ui是加在基极和集电极之间，输出信号uo取自于发射极和集电极之间，集电极是输入和输出回路的公共端，所以称这种电路为共集电极放大电路。另外，由于输出信号uo是从射极输出的，因此又称为射极输出器。

图2-2-1 共集电极放大电路

2．2．2．2 共集放大电路的分析

1．静态分析

由图2-2-2(a)所示直流通路可得，基极静态电流为

集电极静态电流为

ICQ=βIBQ

集电极发射极之间电压为

UCEQ=UCC-IEQRE≈UCC-ICQRE

图2-2-2 共集电极放大电路的直流通路

(a)直流通路图; (b)交流通路图

2．动态性能指标

由图2-2-2(b)所示交流通路分析可得，电压放大倍数为

式中: R'L=RE∥RL

由于一般情况下，rbe≪βR'L，因此，输出电压u O与输入电压ui大小基本相等，相位相同，电压放大倍数约等于1，所以共集电极电路又称为电压跟随器。实际应用中，可用作多级放大电路的中间级电路，隔离前后级的影响，起阻抗变换和缓冲作用。

共集放大电路的输入电阻为

Ri=RB//[rbe+(1+β)R'L]

由于输入电阻高，可在要求高输入电阻的放大电路中作为输入级，减少从信号源索取的电流。

共集放大电路的输出电阻为

共集放大电路的输出电阻较低，一般只有几欧到几十欧。由于输出电阻低，常用作输出级，提高带负载能力; 当电路接入负载或负载变化时，使输出电压更稳定。

2．2．2．3 射随器的应用

(1)作为输入级。利用其高输入阻抗，来减轻信号源负担。

(2)作为输出级。利用其低输出阻抗，来增强电压放大器的带负载能力。

(3)作为中间缓冲级，隔离前后级电路的相互影响。

2．2．3 技能实训

共集放大器的制作与测试

2．2．3．1 实训目标

(1)增强专业意识，培养良好的职业道德和职业习惯。

(2)熟悉共集放大器的电路组成及工作原理。

(3)会熟练使用常用电子仪器仪表。

(4)能正确装接电路。

(5)会进行电路的静态工作点调整与性能指标的测试。

2．2．3．2 实训器材

(1)万能板1块;

(2)双踪示波器1台，直流稳压电源1台;

(3)万用表1块，函数信号发生器1台;

(4)晶体管毫伏表1块;

(5)三极管3DG121个、10μF电解电容2个、5．1kΩ电阻2个、10kΩ电阻2个、500 kΩ电位器1个、单掷开关1个、导线若干。

2．2．3．3 实训内容与步骤

(1)识别与检测元器件。若有元器件损坏，请说明情况。

(2)根据图2-2-3，进行电路装接，RP置最大值。

图2-2-3 共集放大器电路图

(3)静态工作点的调整与测试

①静态工作点Q的调整

合上S，接入负载。接通电源+12V直流电源，在B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo波形。反复调整RP及信号源的输出幅度，使放大器输出电压的不失真幅值最大。观测uo波形，得Uom(max)=_______ 。

②静态工作点Q的测试

取走信号源，用万用表直流电压挡测量三极管各极对地电压，并计算UBEQ、UCEQ及IE的值，填入表2-2-1中。

表2-2-1 共集放大器的静态工作点Q测试数据表

(4)性能指标的测试

保持RP不变，以使电路有良好的动态范围。

①电压放大倍数|Au|的测试

S闭合，接入负载。在B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo波形。逐渐调大Ui，在输出最大不失真信号下，用毫伏表测Ui和Uo的值，并计算|Au|，填入表2-2-2中。

表2-2-2 测|Au|的数据表(f=1k Hz)

②输出电阻Ro的测试

在B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo波形。断开S，电路空载。逐渐调大Ui，在输出最大不失真信号下，用毫伏表测量空载输出电压U'o，记入表2-2-3。然后，闭合S，接入负载，用毫伏表测量电路在负载下的输出电压Uo，记入表2-2-3。最后，计算Ro，填入表2-2-3。

表2-2-3 测Ro的数据表(f=1k Hz)

③输入电阻Ri的测试

闭合S，接入负载。在A点加入f=1k Hz的正弦信号us，用示波器监测uo波形。逐渐调大Us，在输出最大不失真信号下，用毫伏表测Us和Ui的值，记入表2-2-4。计算Ri，填入表2-2-4。

表2-2-4 测Ri的数据表(f=1k Hz)

④通频带BW的测试

S闭合，接入负载。要B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo波形。逐渐调大Ui，在输出最大不失真信号时，停止调节。用毫伏表测Ui和Uo值，记入表2-2-5相应位置。仅调节信号源频率f，在uo不失真情况下，用毫伏表测出不同频率所对应的Uo，记入表2-2-5。测试时，低频段与高频段要多测几点，中频段可少测几点。计算各频率对应下的|Au|，填入表2-2-5。根据测试结果。用描图法画出放大器的幅频特性曲线，并据此确定放大器的通频带BW。f L= _______，f H= _______，BW=_______ 。

表2-1-5 幅频特性测试数据(Ui= )

2．2．3．4 实训注意事项

(1)要按工艺要求装接电路。

(2)电解电容的极性不能接错，以免造成电容器的损坏。

(3)电路装接好之后才可接通电源。

(4)进行性能指标测试时，一定要注意测试条件。

2．2．3．5 实训考核

共射放大器的制作与测试考核评价如表2-2-6。

表2-2-6 考核评价表

续表2-2-6

注: 各项配分扣完为止。

2．2．3．6 实训思考

(1)图2-2-7中，接入RB的目的何在?

(2)请仔细思考与体会在对各性能指标进行测试时，测试方法的正确性与测试条件的合理性。

(3)共基极放大电路是以基极作为输入和输出回路的公共端，了解其电路组成、动态性能指标及应用。

2．2．4 知识拓展

多级放大电路

实际应用中，电子设备所要求的放大倍数往往很大，单级放大电路不能满足要求，都是由几级放大电路连接后组成多级放大电路，再对信号进行逐级连续放大，以便获得足够的功率去推动执行机构。多级放大器的组成框图如图2-2-4所示，前级是后级的信号源，后级是前级的负载。多级放大器内部各级之间的连接方式，称为耦合方式。

图2-2-4 多级放大电路组成框图

2．2．4．1 多级放大器的级间耦合方式

常见的级间耦合方式有三种: 直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。

1．直接耦合

前级的输出端不经过任何元器件，与后级的输入端直接相连接的方式，称为直接耦合，如图2-2-5所示。

图2-2-5 直接耦合

这种电路能放大变化缓慢的信号甚至直流信号，因此又称为直流放大器。由于电路中只有晶体管和电阻器，便于集成，故在集成电路中获得了广泛应用。直接耦合使各级的静态工作点不独立、相互影响，存在“零点漂移”现象。“零点漂移”简称“零漂”，指放大电路的输入信号为零时，输出端还有缓慢变化的现象。电路的级数越多，漂移越严重，目前应用最广泛的抑制“零漂”的方法是采用差分放大器。

2．阻容耦合

通过电容和下一级输入电阻连接起来的方式称为阻容耦合，如图2-2-6所示。

图2-2-6 阻容耦合

由于耦合电容具有“隔直通交”的作用，可以防止级间直流工作点的相互影响，各级可以独立进行分析计算，同时，能顺利地将交流传送到下一级。阻容耦合方式的优点是体积小、重量轻，在多数放大器中得到广泛的应用。但阻容耦合方式不适合传递缓慢变化的信号，更不能传递直流信号。另外，在集成电路中难于制造大容量的电容，因此阻容耦合方式在集成电路中几乎无法应用。

3．变压器耦合

在一些特殊的场合，还会用到通过变压器实现级间连接的耦合方式，称为变压器耦合。

如图2-2-7所示，由于变压器的一次和二次侧绕组之间没有直接的电路连接，不能传递信号，具有“隔直”作用，因此，一次、二次侧的静态工作点也是相互独立的。这种方式的优点是能进行阻抗、电压、电流的变换，易于实现阻抗匹配，在功率放大器中得到广泛应用。缺点是体积大、成本高、重量大，不适合集成工艺。

2．4．4．2 多级放大器性能分析

在计算多级放大电路总电压放大倍数时，前一级输出信号可看成后一级的输入信号，而后一级又可以堪称是前一级的负载，因此，多数放大器的电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积。即必须注意，这里各级的电压放大倍数，并不是空载时得到的，而是要考虑后级对前级的影响，即后级的输入电阻是前级的负载电阻。

多级放大器的输入电阻就是第一级的输入电阻，即Ri=Ri1。

同理，多级放大器的输出电阻就是最后一级放大器的输出电阻，即Ro=Ron。

图2-2-7 变压器耦合