实验四、R_b变化对Q点和电压放大倍数的影响 ​

一、题目

研究 $R_b$ 变化对 $Q$ 点和 ${\dot{A}}_u$ 的影响。

二、仿真电路

仿真电路如图1(b)、($c$)所示。晶体管采用 FMMT5179。其datasheet的相关参数如下：$$(a)\text{FMMT5179}的参数$$

$$(b)R_b为3\text{MΩ}时的情况$$$$(c)R_b为3.2\text{MΩ}时的情况$$$$(d)输入信号增大后输出电压的波形$$$$图1阻容耦合共射放大电路的测试$$

三、仿真内容

（1）分别测量 $R_b=3\text{M}\Omega$ 和 $R_b=3.2\text{M}\Omega$时的 $U_{CEQ}$ 和 ${\dot{A}}_u$。由于信号幅值很小，有效值为 $1\text{mV}$，输出电压不失真，故可从万用表直流电压（为平均值）挡读出静态工作管压降 $U_{CEQ}$。从示波器可读出输入及输出电压的峰值。
（2）输入电压有效值逐渐增大至$16\text{mV}$，观察输出电压波形的变化情况。

四、仿真结果

（1）$R_b=3\text{M}\Omega$ 和 $3.2\text{M}\Omega$ 时的 $U_{CEQ}$ 和 ${\dot{A}}_u$ 仿真结果如下表所示。

基极偏置电阻 $R_b$/MΩ	直流电压表读数 $U_{CEQ}$/V	信号源峰值 $U_{ipp}$/mV	示波器显示波形峰值 $U_{opp}$/mV	$I_{CQ}$/mA	$|{\dot{A}}_u|$
3	8.435	1.401	156.337	0.66	112
3.2	8.785	1.400	148.849	0.62	106

（2）将信号源 V1 有效值逐渐增大到 8 mV 时输出电压波形正、负半周幅值有明显差别。当 V1 有效值为 16 mV（此时峰值为 22 mV）时，输出电压波形仿真结果如图(d)所示。正半周幅值为 1.955 V，负半周幅值为 2.756 V，波形明显失真（截止失真）。

五、结论

（1）$R_b$ 增大时，$I_{CQ}$ 减小，$U_{CEQ}$ 增大，$|{\dot{A}}_u|$ 减小。
在图1(b)所示电路中，若 $r_{b{b}^{\prime }}<<(1+\beta )\frac{U_T}{I_{EQ}}$，则电压放大倍数$${\dot{A}}_u=-\frac{\beta \cdot R_L^{\prime }}{r_{be}}=-\frac{\beta \cdot R_L^{\prime }}{r_{b{b}^{\prime }}+(1+\beta )\frac{U_T}{I_{EQ}}}\approx -\frac{I_{CQ}{R}_L^{\prime }}{U_T}$$表明 ${\dot{A}}_u$ 几乎与晶体管无关，而仅与电路中电阻值和温度有关，且与 $I_{CQ}$ 成正比。因此，调节电阻 $R_b\text{Rb}{R}_b$ 以改变 $I_{CQ}\text{ICQ}{I}_{CQ}$，是改变阻容耦合共射放大电路放大倍数最有效的方法；而利用换管子以增大 $\beta$ 的方法，对 ${\dot{A}}_u$ 的影响是不显的。
（2）由于先进入了截止失真，根据图解分析，图示电路的最大不失真输出电压峰值 $U_{omax}=I_{CQ}{R}_L^{\prime }\approx 3.3\text{V}$。而当信号源 V1有效值为 16 mV（峰值为 22.6 mV）时，输出电压的正半周幅值（1.955V）仅约为负半周幅值（2.756V）的 71%，波形明显失真；而此时，负半周还没有到达理论计算的最大不失真输出电压峰值 3.3V。因此，可得如下结论：
① 实际的最大不失真输出电压小于理论分析值。产生这种误差的主要原因在于晶体管的输入、输出特性总是存在非线性，而理论分析是将晶体管特性作了线性化处理。
② 对于实际电路，失真后的波形并不是顶部成平顶（如图(d)所示）或底部成平顶，而是圆滑的曲线。测试放大电路时，可以通过输出电压波形正、负半周幅值是否相等来判断电路是否产生失真。