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单管放大电路输入电阻的测量方法

2020-06-09 17:16模拟电路 人已围观

简介放大电路动态参数的测试一直是本科《模拟电子技术实验》课程的一项固定内容, 其中放大电路的输入电阻测量一直是实验中遇到的难题,学生在实际操作过程中获得的测试数据与理论...

  “放大电路动态参数的测试”一直是本科《模拟电子技术实验》课程的一项固定内容, 其中放大电路的输入电阻测量一直是实验中遇到的难题,学生在实际操作过程中获得的测试数据与理论分析结果总是存在较大偏差。如何缩小测试结果与理论分析的偏差,选择更合适的测量方法是此类实验要思考的问题,针对这个问题,以实验中所运用的分压式偏置共射极放大电路为例,对放大器的几种输入电阻测量方法进行探讨分析。
  

  一、现有实验测量方法

  
  放大器输入电阻的大小,反映放大器消耗前级信号功率的大小,是放大器的重要指标之一。根据实验中所测的分压式偏置共射极放大电路,目前,测试放大电路输入电阻的大小主要采用两种办法:
  
  把放大电路看做一个整体,在放大器的输入回路中串联一个已知电阻 R(一般R 取值与 Ri 为同一数量级为好),加入交流信号源后,在放大器输入端产生一个电压 V ,测试原理图如图 1.1,在放大器正常工作情况下,根据输入电阻的定义可得:
  
  公式1
  图 1.1 输入电阻的测试原理图
  图 1.1 输入电阻的测试原理图
  
  这是目前我们学校在实验中采用的办法,需要测量的数据是输入信号源的大小 Vs 和整个放大器输入端信号 Vi 的大小。
  
  用替代法测量输入电阻,测试原理图如图 1.2,在放大器输入端并联可调电位器Rp,先把开关拨到 1,测出 1 端到地的电压,然后,开关拨到 2 端,测 2 端到地的电压, 同时调节电位器 Rp,使 2 端的电压与 1 端的相同,则 Rp 的阻值即为放大器输入电阻 Ri 的值,Ri=Rp
  图 1.2 用替代法测量 Ri 的原理图
  图 1.2 用替代法测量 Ri 的原理图
  
  这种替代法也是在实验室中比较常用的实验方法,只需要测量整个放大器输入端信号Vi,串联可调电位器后使得输入信号变为 Vi 时电阻器大小 Rp 就可。
  
  此两种方法都是测量放大电路的输入端电压情况,实验原理较容易理解,学生在实验的过程中主要需要关注的就是输入端的情况,这是其优势。但是在实验教学中,由于受实验条件的限制,实验参数的调节范围和实验仪器的精确度也是受限的,对于观察实验现象的演示与模拟也不充分,而对于放大电路来说,首先要确保信号能无失真的放大,其次实验中所采用的信号源是低频小信号,一般在几毫伏甚至更小,若在电路的输入端串联一个已知电阻后,放大器的输入端电压 Vi 更小,在实际测量过程中,小信号很容易被噪声信号干扰,难以捕捉到有效可用的信号,给实验带来困难,数据将会难以测量或者误差很大,无法准确测算出输入电阻的情况,这是我们在实际实验中面临的一个严峻挑战。
  

  二、新增实验测量方法

  
  针对现在所采用的输入电阻电阻测量方法的弊端,对输入电阻的测量方法作出调整, 提出了以下两种改善办法:
  
  可采用隔离法,即不直接测量输入电压,而改测放大器的输出电压,测试原理图如图 2.1 所示。闭合开关在放大器的输入端提供信号源,确保信号无失真的放大输出,此时可以测量输出端电压 Vo1,然后,断开开关,在放大器的输入回路中串联一个可调 Rs,输入信号源保持不变,再测量此时输出端电压 Vo2,根据放大器输入输出关系可得:
  
  Vo=Vi·AV(AV为放大电路倍数)
  
  根据电路回路有:
  
  公式3
  图 2.1 用隔离法测量输入电阻 Ri 原理图
  图 2.1 用隔离法测量输入电阻 Ri 原理图
  
  这种测量方法不再关注放大电路输入端的情况,只需要测量开关在不同状态下输出结果就可以,而且,此种方法测量点只有一个 Uo,方法简单易操作,是一种较为理想的测试方法。
  
  (2)对替代法进行改进,其测试原理图如图 2.2,闭合开关,在放大器的输入端提供信号源,确保信号无失真的放大输出,此时可以测量输出端电压 Vo1,然后,断开开关,在放大器的输入回路中串联一个可调电阻器 Rs,输入信号源保持不变,使得此时输出端电压 Vo2=0.5Vo1,测量得到此时可调电阻器的阻值即为放大器的输入电阻。
  图 2.2 用新替代法测量 Ri 原理图
  图 2.2 用新替代法测量 Ri 原理图
  
  这种测量方法的关键在电路的调试和可调电阻器的大小测量,首先无法保证开关断开时输出电压正好是开关闭合时的一半,其次用万用表测量可调电阻器时容易受影响,误差可能会比较大。
  
  此两种方法均是测量放大器的输出端电压情况,实验原理相对复杂,需要学生理解放大器输入与输出之间的关系,但是对于放大电路来说,在实际电路中,几毫伏的小信号被放大百倍以后,测量输出端 Uo 的量程比测输入端 Ui 的量程要大数档,量程大就能减小噪声干扰电压对电路的影响,有利于观察信号和测量数据,相对误差也可能会相应减小,大大降低了实验的难度,提高了实验的可行性和可操作性。

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