🎯 实验目的
- 理解放大电路静态工作点(Q点)的物理意义及测试方法。
- 掌握共射极放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的动态指标测量。
- 能够使用仿真工具及仪器观测放大电路失真波形，分析非线性失真原因。
- 培养辩证思维与工程思维，树立诚信品质及解决复杂工程问题的能力。
放大的本质：能量控制与转换 —— 输入小信号通过直流电源的能量转换为负载上的大信号。
📘 放大原理与三极管组态
放大的本质：利用三极管的电流控制作用，将直流电源能量转换为输出信号能量，实现功率放大。
三极管内部条件：发射区重掺杂、基区很薄、集电结反偏——使得基区少子扩散形成集电极电流。
三种基本组态对比
| 组态 | 输入/输出端子 | 电压增益 | 电流增益 | 输入电阻 | 输出电阻 |
|---|---|---|---|---|---|
| 共射极 | 基极输入，集电极输出 | 高 (反相) | 高 | 中 | 中 |
| 共集极 | 基极输入，发射极输出 | $\approx 1$ | 高 | 高 | 低 |
| 共基极 | 发射极输入，集电极输出 | 高 | $\approx 1$ | 低 | 高 |
本实验重点：分压式偏置共射放大电路（能稳定静态工作点）。
📐 电压放大倍数 $A_v = -\beta \times \dfrac{R_C \parallel R_L}{r_{be}}$ (负号表示反相)
📐 输入电阻 $R_i \approx R_3 \parallel R_5 \parallel r_{be}$
📐 输出电阻 $R_o \approx R_4$
🔌 分压式偏置共射放大电路
静态分析 (直流工作点) — 采用精确公式
$$U_{BQ} \approx V_{CC} \times \frac{R_5}{R_3 + R_5}$$
$$U_{EQ} = U_{BQ} - 0.7\,\text{V},\qquad I_{EQ} = \frac{U_{EQ}}{R_6 + R_7},\qquad I_{CQ} \approx I_{EQ}$$
$$U_{CQ} = V_{CC} - I_{CQ} \times R_C,\qquad U_{CEQ} = U_{CQ} - U_{EQ}$$
根据实际电路：发射极总电阻 $R_{e\_total} = R_6 + R_7$ (两电阻串联)。
下方交互仿真完全遵照静态/动态公式计算：
$U_{BQ} \approx V_{CC} \cdot \dfrac{R_5}{R_3 + R_5}$，$U_{EQ} = U_{BQ} - 0.7$，$I_{EQ} = \dfrac{U_{EQ}}{R_6 + R_7}$，$I_{CQ} \approx I_{EQ}$，$U_{CQ} = V_{CC} - I_{CQ} \cdot R_C$。
动态 $r_{be} = 300 + (1+\beta) \times \dfrac{0.026}{I_{EQ(A)}}$，电压增益 $A_v = -\beta \cdot \dfrac{R_C \parallel R_L}{r_{be}}$ 。
下方交互仿真完全遵照静态/动态公式计算：
$U_{BQ} \approx V_{CC} \cdot \dfrac{R_5}{R_3 + R_5}$，$U_{EQ} = U_{BQ} - 0.7$，$I_{EQ} = \dfrac{U_{EQ}}{R_6 + R_7}$，$I_{CQ} \approx I_{EQ}$，$U_{CQ} = V_{CC} - I_{CQ} \cdot R_C$。
动态 $r_{be} = 300 + (1+\beta) \times \dfrac{0.026}{I_{EQ(A)}}$，电压增益 $A_v = -\beta \cdot \dfrac{R_C \parallel R_L}{r_{be}}$ 。
⚙️ 电路参数交互调节器
调整以下参数，实时观察 静态工作点 及 电压放大倍数 $A_v$。
📈 静态工作点 & 动态指标
$U_{BQ}$: — V
$I_{CQ}$: — mA
$U_{CEQ}$: — V
$r_{be}$: — Ω
$A_v$ (带载情况): —
输入电阻 $R_i$: — kΩ
输出电阻 $R_o$: — kΩ
公式依据:
① $U_{BQ} \approx V_{CC} \cdot \dfrac{R_5}{R_3 + R_5}$
② $U_{EQ} = U_{BQ} - 0.7$, $\;I_{EQ} = \dfrac{U_{EQ}}{R_6 + R_7}$ (注意单位：$R_6$为Ω，$R_7$为kΩ需统一为kΩ)
③ $r_{be} = 300 + (1+\beta) \times \dfrac{0.026}{I_{EQ(A)}}$, $\;I_{EQ(A)} = I_{EQ(mA)} / 1000$ 安培
④ $A_v = -\beta \times \dfrac{R_C \parallel R_L}{r_{be}}$ (负载可断开，断开时按无穷大即 $R_L = \infty$)
① $U_{BQ} \approx V_{CC} \cdot \dfrac{R_5}{R_3 + R_5}$
② $U_{EQ} = U_{BQ} - 0.7$, $\;I_{EQ} = \dfrac{U_{EQ}}{R_6 + R_7}$ (注意单位：$R_6$为Ω，$R_7$为kΩ需统一为kΩ)
③ $r_{be} = 300 + (1+\beta) \times \dfrac{0.026}{I_{EQ(A)}}$, $\;I_{EQ(A)} = I_{EQ(mA)} / 1000$ 安培
④ $A_v = -\beta \times \dfrac{R_C \parallel R_L}{r_{be}}$ (负载可断开，断开时按无穷大即 $R_L = \infty$)
📊 静、动态技术指标测试方法
静态测量
断开输入信号，使用万用表直流电压档测量 $U_B$、$U_E$、$U_C$，计算 $I_{CQ} = (V_{CC} - U_C)/R_C$，$U_{CEQ} = U_C - U_E$。
动态测量
输入正弦信号 ($f=1\text{kHz}$)，用示波器观测输出波形，用交流毫伏表测 $U_i$ 和 $U_o$，电压放大倍数 $A_v = U_o/U_i$。通过串/并联电阻法测输入/输出电阻。
输入电阻测量：在输入回路串电阻 $R$，测前后电压比 $R_i = R \times \dfrac{U_i}{U_s - U_i}$
输出电阻测量：空载 $U_o'$ 与带载 $U_o$，$R_o = \left( \dfrac{U_o'}{U_o} - 1 \right) \times R_L$
通频带测量
保持输入幅度不变，改变频率直到增益下降至中频增益的0.707倍，对应 $f_L$ 和 $f_H$，通频带 $BW = f_H - f_L$。
⚠️ 常见故障分析及调试能力
- 截止失真：输出波形顶部削平( NPN管 ) → 增大基极偏流 (减小$R_{b1}$或增大$R_{b2}$)。
- 饱和失真：输出波形底部削平 → 减小基极偏流或增大$R_e$总阻值。
- 静态工作点漂移：检查温度补偿或更换分压电阻，确保分压偏置稳定。
- 增益过低：检查耦合电容是否开路，发射极旁路电容是否失效，或$\beta$值太小。
工程思维训练：逐步排查——先测静态工作点是否正常，再测动态信号通路，使用信号注入法判断故障级。
失真波形观测
在实际调试中，降低输入信号幅度可观察线性放大区，增大信号可观察到双向失真或饱和/截止失真，通过调整$R_{b1}/R_{b2}$消除失真。