模拟电子技术，怎么确定输出电压的最大不失真幅度？

平移交流负载线26，至线段2Q与Q6等长时，线段2Q或Q6在电压横轴的投影就是
输出电压的最大不失真幅度。
这里有两个关键，一是如何画出第一条交流负载线。二是不要受管子输出特性曲线族的干扰。
管子输出特性曲线族在这里是没用的。
一言难尽，详情参考元增民写的《模拟电子技术》。

工作点设置合理。
根据查询相关资料信息，工作点设置不合理情况下随着输入信号幅度增大，会出现正或负半周削波失真，工作点设置合理时才能获得最大不失真输出，最大不失真输出电压幅度可达Uommax=Ucc/(2+Rc/RL)，对附图，Uommax=12V/(2+1/1)=4V。
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

一．实验目的
1．对晶体三极管(3DG6、9013)、场效应管（3DJ6G）进行实物识别，了解它们的命名方法和主要技术指标。
2．学习用数字万用表、模拟万用表对三极管进行测试的方法。
3．用图3-10提供的电路，对三极管的β值进行测试。
4．学习共射、共集电极（）、共基极放大电路静态工作点的测量与调整，以及参数选取方法，研究静态工作点对放大电路动态性能的影响。
5．学习放大电路动态参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压）的测量方法。
6 调节CE电路相关参数，用示波器观测输出波形，对饱和失真和截止失真的情况进行研究。
7．用Multisim软件完成对共射极、共集电极、共基极放大电路性能的分析，学习放大电路静态工作点的测试及调整方法，观察测定电路参数变化对放大电路的静态工作点、电压放大倍数及输出电压波形的影响。加深对共射极、共集电极、共基极基本放大电路放大特性的理解。
二．知识要点
1．半导体三极管
半导体三极管是组成放大电路的核心器件，是集成电路的组成元件，在电路中主要用于电流放大、开关控制或与其他元器件组成特殊电路等。
半导体三极管的种类较多，按制造材料不同有硅管、锗管、砷化镓管、磷化镓管等；按极性不同有NPN型和PNP型；按工作频率不同有低频管、高频管及超高频管等；按用途不同有普通管、高频管、开关管、复合管等。其功耗大于1W的属于大功率管，小于1W的属于小功率管。
半导体三极管的参数主要有电流放大倍数β、极间反向电流ICEO、极限参数（如最高工作电压VCEM、集电极最大工作电流ICM、最高结温TjM、集电极最大功耗PCM）以及频率特性参数等。有关三极管命名、类型以及参数等可查阅相关器件手册。
下面给出几种常用三极管的参数举例如表3-01所示：
表3-01 几种常用三极管的参数
参数 PCM(mW） ICM(mA) VBRCBO(V) ICBO(μA hFE fT(MHz) 极性
3DG100D 100 20 40 1 4 001 NPN
3DG200A 100 20 15 01 25~270 001 NPN
CS9013H 400 500 25 05 144 150 NPN
CS9012H 600 500 25 05 144 150 PNP
参数 VP(V) IDSS gm(mA/V) PDM(mW) rGS（Ω） fM
3DJ6G -9 3~65 1 100 108 30 N沟道
2．半导体三极管的识别与检测
半导体三极管的类型有NPN型和PNP型两种。可根据管子外壳标注的型号来判别是NPN型，还是PNP型。在半导体三极管型号命名中，第二部分字母A、C表示PNP型管；B、D表示NPN型管；而A、B表示锗材料；C、D表示硅材料。另外，目前市场上广泛使用的9011～9018系列高频小功率9012、9015为PNP型，其余为NPN型。半导体三极管的型号和命名方法，与半导体二极管的型号及命名方法相同，详见康华光第四版P44页附录或者参考有关手册。
(1)三极管的电极和类型判别
1) 直观辨识法。
半导体三极管有基极(B)、集电极(C)和发射极(E)三个电极，如图3-11所示，常用三极管电极排列有E-B-C、
B-C-E、C-B-E、E-C-B等多种形式。
2) 特征辨识法。如图3-01所示，有些三极管用结构特征标识来表示某一电极。如高频小功率管3DGl2、3DG6的外壳有一小凸起标识，该凸起标识旁引脚为发射极；金属封装低频大功率管3DD301、3AD6C的外壳为集电极等。

图3-11 三极管结构特征标识极性
3) 万用表欧姆档判别法
如图3-12所示，选用指针式万用表欧姆档R×lkΩ档。首先判定基极b方法：用万用表黑表笔碰触某一极，再用红表笔依次碰触另外两个电极，并测得两电极间阻值。若两次测得电阻均很小(为PN结正向电阻值)，则
黑表笔对应为基极且此管为NPN型；或
者两次测得电阻值均很大(为PN结反向
电阻值)，但交换表笔后再用黑笔去碰触
另两极，也测量两次，若两次阻值也很小，
则原黑表笔对应为管子基极，且此管为
PNP型。注意：指针式万用表欧姆档时，
黑表笔则为正极，红表笔为负极；这与 （a） （b）
数字式万用表不同。 图3-12 万用表欧姆档判别法
其次，判别集电极和发射极。其基本原理是把三极管接成基本放大电路，利用测量管子的电流放大倍数值β的大小，来判定集电极和发射极。
以NPN管为例说明，如图3-12b所示，基极确定后，不管基极，用万用表两表笔分别接另两电极，用100kΩ的电阻一端接基极，电阻的另一端接万用表黑表笔，若表针偏转角度较大，则黑表笔对应为集电极，红表笔对应为发射极。也可用手捏住基极与黑表笔(但不能使两者相碰)，以人体电阻代替l00kΩ电阻的作用(对于PNP型，手捏红表笔与基极)。
上面这种方法，实质上是把三极管接成了正向偏置状态，若极性正确，则集电极有较大电流。
(2)硅管、锗管的判别 根据硅材料PN结正向电阻较锗材料大的特点，可用万用表欧姆R×1kΩ档测定，若测得PN结正向阻值约为3～l0kΩ，则为硅材料管；若测得正向阻值约为50～1kΩ，则为锗材料管。或测量发射结(集电结)反向电阻值，若测得反向阻值约为500kΩ，则为硅材料管；若测得反向阻值约为100kΩ，则为锗材料管。
3．三极管场效应管放大电路
共射极放大电路既有电流放大作用，又有电压放大作用，故常用于小信号的放大。改变电路的静态工作点，可调节电路的电压放大倍数。而电路工作点的调整，主要是通过改变电路参数(Rb、Rc)来实现。(负载电阻RL的变化不影响电路的静态工作点，只改变电路的电压放大倍数。)该电路信号从基极输入，从集电极输出。输入电阻与相同材料的二极管正向偏置电阻相当，输出电阻较高，适用于多级放大电路的中间级。
共集电极放大电路信号由晶体管基极输入，发射极输出。由于其电压放大倍数Av接近于l，输出电压具有随输入电压变化的特性，故又称为射极跟随器。该电路输入电阻高，输出电阻低，适用于多级放大电路的输入级、输出级，还可以作为中间阻抗变换级。
共基极放大电路信号由晶体管发射极输入，集电极输出。其电流放大倍数Ai接近于1但恒小于1，(又叫电流跟随器)，电压放大倍数Av共射极放大器相同，且输入电压与输出电压同相。其输入电阻低，只有共射放大电路的l／(1+β)倍，输出电阻高，输入端与输出端之间没有密勒电容，电路频率特性好，适用于宽带放大电路。
下面以图3-13基本共射放大电路为例进行说明。
(1)放大电路静态工作点的测量和调试
由于电子元件性能的分散性很大，在
制作晶体三极管放大电路时，离不开测量
和调试技术。在完成设计和装配之后，还
必须测量和调试放大电路的静态工作点及
各项指标。一个优质的放大电路，一个最
终的产品，一定是理论计算与实验调试相
结合的产物。因此，除了熟悉放大电路的
理论设计外，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主要包括放大
电路静态工作点的测量和调试、放大电路 图3-13 基本共射放大电路（固定偏置式）
各项动态指标的测量和调试、消除放大电路的干扰和自激等。在进行测试之前，务必先检查
三极管的好坏，并确定具体的β值。
1)静态工作点Q的测量
放大电路静态工作点的测量是在不加输入信号(即VI=0)的情况下进行的。
静态工作点的测量是指三极管直流电压VBEQ、VCEQ和电流I CQ的测量。应选用合适的直流电压表和直流毫安表，分别测量三极管直流电压VBEQ、VCEQ和I CQ。为了避免更改接线，采用电压测量法来换算电流。例如，只要测出实际的Rb、RC的阻值，即可由 ； ；（或 ）
提示：在测量各电极的电位时最好选用内阻较高的万用表，否则必须考虑到万用表内阻对被测电路的影响。
2)静态工作点的调整
测量静态工作点I CQ和VCEQ的目的是了解静态工作点的设置是否合适。若测出VCEQ <05 V，则说明三极管已进入饱和状态；如果VCE≈VCC，则说明三极管工作在截止状态。对于一个放大双极性信号(交流信号)的放大电路来说，这两种情况下的静态偏置都不能使电路正常工作，需要对静态工作点进行调整。如果是出现测量值与选定的静态工作点不一致，也需要对静态工作点进行调整。否则，放大后的信号将出现严重的非线性失真和错误。
通常，VCC 、Rc都已事先选定，当需要调整工作点时，一般都是通过改变偏置电阻Rb来实现。应当注意的是．如果偏置电阻Rb选用的是电位器，在调整静态工作点时，若不慎将电位器阻值调整过小(或过大)，则会使IC过大而烧坏管子，所以应该用一只固定电阻与电位器串联使用。图3-18电路中是用Rb1和电位器Rb2串联构成Rb。
2．放大电路的动态指标测试
放大电路的主要指标有电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro,以及最大不失真输出电压VO(max)等。在进行动态测试时，各电子仪器与被测电路的连接如图3-14所示。实验电路则如后面的图3-18所示。

图3-14 实验电路与各测试仪器的连接
提示：为防止干扰，各仪器的公共接地端与被测电路的公共接地端应连在一起。同时，信号源、毫伏表和示波器的信号线通常都采用屏蔽线，而直流电源VCC的正、负电源线可只需普通导线即可。
(1)电压放大倍数Av的测量
输入信号选用1KHz、约5 mV的正弦交流信号，用示波器观察放大电路输出电压VO的波形，在输出信号没有明显失真的情况下，用毫伏表测得VO和VI，于是可得 。
(2)最大不失真输出电压的测量
放大电路的线性工作范围与三极管的静态工作点位置有关。当I CQ偏小时，放大电路容易产生截止失真；而I CQ偏大时，则容易产生饱和失真。需要指出的是，当I CQ增大时，VO波形的饱和失真比较明显，
波形下端出现“削底”，如
图3-15a所示。而当I CQ
减小时，VO波形将出现截
止失真，如图3-15b所
示，波形上端出现“削顶”。 （a） （b） （c）
当放大电路的静态工作点调 图3-15 静态工作点对输出电压Vo波形的影响
整在三极管线性工作范围的 (a) VO易出现饱和失真 (b)VO易出现截止失真
中心位置时，若输入信号 (c) VO波形上下半周同时出现失真
VI过大，VO的波形也会出现失真，上下同时出现“削顶”和“削顶”失真，如图3-15(c)所示。此时，用毫伏表测出VO的幅度，即为放大电路的最大不失真输出电压Vo（max）。
(3)输入电阻Ri的测量
输入电阻的测量电路如图3-16所示。

图3-16 测量输入电阻的电路
放大电路的输入电阻：
在放大电路的输入端串联一只阻值已知的电阻RS（可取510Ω），见图3-16所示，通过毫伏表分别测出RS两端对地电压，求得RS上的压降(Vs-Vi)，则：
所以有
通过测量VS和Vi来间接地求出RS上的压降，是因为RS两端没有电路的公共接地点。若用一端接地的毫伏表测量，会引入干扰信号，以致造成测量误差。
(4)输出电阻的测量
放大电路的输出端可看成有源二端网络。如图3-17所示。

图3-17 测量输出电阻的电路
用毫伏表测出不接RL时的空载电压Vo’和接负载RL后的输出电压Vo，即可间接地推算RO的大小： 。
(5)放大电路频率特性的测量
放大电路频率特性是指放大电路的电压放大倍数Av，与输入信号频率之间的关系。Av随输入信号频率变化下降到0707Av。时所对应的频率定义为下限频率 和上限频率 ，通频带为 。
上、下限频率可用以下方法测量：先调节输入信号Vi使Vi频率为1kHz；调节Vi幅度，使输出电压Vo幅度为1V。保持Vi幅度不变，增大信号Vi的频率，Vo幅度随着下降，当Vo下降到0707 V时，对应的信号额率为上限频率 ；保持Vi幅度不变，降低Vi频率，同样使Vo幅度下降到0707 V时，
对应的信号频率为下限频率 。
(6)观察截止失真、饱和失
真两种失真现象
测量电路如图3-18所示，
在ICQ=30 mA，RL=∞情况下，
增大输入信号，使输出电压保
持没有失真，然后调节电位器
Rb2阻值，改变电路的静态工
作点，使电路分别产生较为明
显的截止失真与饱和失真，测
出产生失真后相应的集电极静
态电流。做好相应的实验记录。 图3-18 共射放大电路举例
图3-19 共射放大电路对应的三个仿真电路图
图3-20 共集电极放大电路举例
三．实验内容
1．查阅手册并测试晶体三极管(3DG100D、CS9013)、场效应管（3DJ6G）的参数，记录所查和所测数据。
2．用晶体三极管3DG100D或CS9013组成如图3-21所示单管共射极放大电路，通过改变电位器R2，使得VCE为4V，测量此时VCEQ、VBEQ、Rb的值，计算放大电路的静态工作点Q对应的三个参数值。
3．在下列两种情况下，测
量放大电路的电压放大倍数和
最大Av不失真输出电压VOMAX。
(1)RL=R4=∞（开路）②RL=R4=
10kΩ。
建议：最初使用1KHz、5mV的正
弦信号作为输入信号进行测试；
然后改变输入信号的幅值，使用
双踪显示方式同时显示VI与
VO，进行监视，尽量选择较大幅
度的正弦信号作为放大器的VI，
在保证VO波形不失真的条件下 图3-21 单管共射极放大电路
进行测量。（若VO波形失真，所测动态参数就毫无意义）。
表3-09 静态数据记录表
实测值 实测计算值
VCE（V） VBE（V） Rb（KΩ） VCEQ（V） IBQ（μA） ICQ（mA）

表3-10 测AV的记录表
实测值 理论估算值 实测计算值
Vi（mV） Vo（mV） AV AV
4． 观察饱和失真和截止失真，并测出相应的集电极静态电流。
5． 测量放大电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro。
6．按照图3-10设计BJT的β测试电路，确定电路中所有元器件和输入电压的参数值，并对测试结果进行比较和误差分析。
图3-10 BJT的β值测试电路图
7．测量图3-18放大电路带负载时的上限频率 和下限频率 。
8．实验电路如图3-20 所示，要求仿真并实物实现电路，计算并实测电路的输入电阻和输出电阻。
四．思考题
1．Rb为什么要由一个电位器和一个固定电阻串联组成？
2．电解电容两端的静态电压方向与它的极性应该有何关系？
3．如果仪器和实验线路不共地会出现什么情况？通过实验说明。
五．实验报告
1．按照实验准备的要求完成设计作业一份，并估算放大电路的性能指标。
2．记录实验中测得的有关静态工作点和电路的Au、Vo(max)、Ri和Ro的数据。
3．认真记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出输入、输出对应的波形图。
4．对测试结果进行理论分析，找出产生误差的原因。
5．详细记录组装、调试过程中发生的故障或问题，进行故障分析，并说明排除故障的过程和方法。
6．写出对本次实验的心得体会，以及改进实验方法的建议。
提示：
1．组装电路时，不要弯曲三极管的三个电极，应当将它们垂直地插入面包板孔内。
2．先分别组装好电路，经检查无误后，再打开电源开关。
3．测试静态工作点时，应关闭信号源。
4．本实验接点多，元器件多，组装时一定要确保接触良好，否则，会因接触不良，出现错误或造成电路故障。

大致估测的话，用万用表交流电压档，并联在功放输出端，用一个层次丰满的音源输入，慢慢开大音量，直到刚刚产生失真，记录下此时交流电压值，再用测到的电压的平方值除以扬声器的阻抗，即可大致估算出它的最大不失真功率，希望能帮助你。

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