分压式偏置放大电路实验教学设计及分析研究

邓龙 李财盛

摘  要：放大电路的静态分析和动态研究是模拟电子技术的重要基础，合理设计实验教学以配合理论学习，能够为后续模拟电路的学习打下坚实基础。文章讨论了分压式偏置放大电路的实验设计思路，详细分析了电路参数改变对电路性能的影响，为实验教学提供参考。

关键词：放大电路;实验教学;设计与分析

1.背景及意义

电工电子实验作为电工电子技术的重要组成部分，能够培养学生理论运用、实践动手和综合分析能力。研究实验设计的原理，合理的构建实验，进行有效的教学引导，有利于学生对所学理论建立直观认识，激发学习兴趣、巩固理论知识。对于实验教师而言，掌握实验的设计、教学和分析方法，便于理顺教学思路、梳理重难点，便于根据学情合理的调整实验内容，便于预测实验中可能出现的问题及其解决方案，从而提高教学质量。分压式偏置放大电路具有较为稳定的静态工作点，在多级放大电路通常作为中间级，此电路在放大电路的理论、实验教学中都具有典型性。

2.实验设计与教学思路

为达到较好的实验教学目的，按照循序渐进、由简到难的原则，设计本实验，主要分为以下三个部分：

2.1 元器件的测试

利用万用表核验元器件的好坏及其精准度。发现异常，及时报告，采取更换设备或者现场维修等方式进行处理。过程中，要提示学生要注意万用表的档位切换。

2.2 静态分析与测量

理论学习中，分压式偏置放大电路的静态分析，是已知电路工作在放大状态，并已知晶体管放大倍数β的情况下展开的。而实验中，与理论学习有所区别，主要原因就是需要判断电路是否工作在放大状态，β值也需要测算。为使电路工作在放大状态，需要先进行估算，确定范围，而后调节电位器，使得电路符合放大要求。实验指导时需要讲清此区别。

2.2.1晶体管静态工作点的确定方法

通过晶体管放大电路的输出特性曲线（交流负载线与直流负载线），可以分析出，当 左右时，放大电路静态工作点处在比较理想的放大状态，不容易出现失真。据此，可估算出集电极电流与发射极电流：

2.3 动态分析与测量方法

重点分析改变参数对电压放大倍数的影响。按上图接线，R1、R2为分压衰减电路（衰减100倍）。

2.3.1 静态工作点不变情况下电路的分析方法

电路中，是否接入旁路电容CE，是否接入负载，对静态工作点是无影响的，但會影响到动态指标。输入信号幅值增大，对静态工作点也无影响，但是可能会出现非线性失真。

①电路中接入旁路电容CE（与RE并联，图中未标出）和负载。调节信号发生器的幅值到合适位置（0.5V～1.2V），确保电路处在良好放大状态，测量此状态下的Vi和VO，从而计算出 。将实测计算值与理论估算值 ，进行对比验证。而后断开负载，重复上述过程。此时理论估算值变为 。通过分析对比，可得结论：不带负载时电压放大倍数要比带负载时大。

②输入信号不变，断开旁路电容CE，不接负载。测量Vi和VO，并计算出 ，此时放大倍数理论值为 ，进行对比验证。将步骤②与步骤①数值进行对比分析，可得结论：不带旁路电容时电压放大倍数要比带旁路电容时小。

③保持电路不变，调大信号发生器的幅值，直至观察到输出波形出现截止失真（削顶）与饱和效果（削底）。此时静态工作点处在适中位置，但由于输入信号幅值过大，导致交流电压负半轴与直流电压叠加后，uBE小于死区电压，发射结反偏，晶体管进入截止状态，放大电路截止失真，输出波形上半周失真;同理，交流电压正半轴与直流电压叠加后，放大电路饱和失真，输出波形的下半周失真。可得结论：输入信号幅值过大，可引起非线性失真。

2.3.2静态工作点改变情况下电路的分析方法

改变 ，都会引起静态工作点的改变，甚至可使得电路因静态工作点过低进入截止，或者静态工作点过高进入饱和状态。在图1基础上接入旁路电容，不接负载，改变电位器Rp，观察输出波形情况。可观察到Rp过大时，出现截止失真;Rp过小时，出现饱和失真。可得结论：Rp增大，静态工作点下移;Rp减小，静态工作点上移。

②电路不变，调节Rp使得VE=3V，而后同时改变射极电阻 、集电极电阻 ，确保 ，测算出此时静态工作点与电压放大倍数，并与2.3.1步骤①中相应数据对比。可得结论：当 、 均增大时，集电极电流 减小，静态工作点下移， 由于 增加而减小，而 增大，故电压放大倍数 将会减小。相反 、 同时减小时，静态工作点上移，电压放大倍数增加。但， 、 过大会导致电路进入截止状态，过小会导致电路进入饱和状态。

3.结语

在教学中，实验教师要不断理解实验内涵，掌握实验的设计与教学方法，从讲线路连接转为理论引导、思维引导，帮助学生透过现象看到本质。同时，要逐步带领学生从验证性实验过渡到自主设计实验，真正培养会研究设计、会分析思考、会动手实践的工程人才。

参考文献

[1]  吴戈，单级交流放大电路实验教学方法探索[J]，教育教学论坛，2016.（18）

[2]  张静秋，静态工作点对放大电路性能指标的影响[J]，电子基础，2017.06

[3]  秦曾煌，电工学[M]，北京：高等教育出版社，2016.09