哈尔滨工程大学数字信号处理实验七.docx
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哈尔滨工程大学数字信号处理实验七
实验原理及内容
一、共发射极放大电路
利用基尔霍夫定律建立起电路方程,然后用矩阵求逆的方法求出电压和电流的具体数值,便可得到该放大点路的各项参数,采用低频h参数等效电路,忽略各电容器的阻抗。
amplif1函数的用法如下:
>>[Av,Zi,Zo,Ie,Vb,Vc,vo]=amplif1(Rb1,Rb2,Rc,Re,RL,h,Rs,vs,beta,Ec,Kp)
h=[hiehre;hfehoe]为晶体管的h参数,beta为晶体管的直流放大系数,Ec为电源电压,参数Kp=1表示硅管,Kp=2表示锗管,vs为信号源的开路电压
输出参数:
Av电压放大倍数(V),Zi输入阻抗(Ω),Zo输出阻抗(Ω),
Ie集电极电流(mA),Vb基极电压(V),Vc集电极电压(V),
Vo放大器输出电压(V)建立amplif1函数如下
function[Av,Zi,Zo,Ie,Vb,Vc,vo]=amplif1(Rb1,Rb2,Rc,Re,RL,h,Rs,vs,beta,Ec,Kp);
%UNTITLEDSummaryofthisfunctiongoeshere
%Detailedexplanationgoeshere
ifnargin<11;Kp=1;end;
ifnargin<10;Ec=12;end;
ifnargin<9;beta=50;end;
ifnargin<8;vs=10e-03;end;
ifnargin<7;Rs=1e+03;end;
ifnargin<6;h=[1.2e+033.37e-4;5027.1e-6];end;
ifnargin<5;RL=6e+03;end;
ifnargin<4;Re=1.5e+03;end;
ifnargin<3;Rc=2e+03;end;
ifnargin<2;Rb2=6e+03;end;
ifnargin<1;Rb1=24e+03;end;
Rb=Rb1*Rb2/(Rb1+Rb2);
YL=(Rc+RL)/(Rc*RL);
Rs1=Rs*Rb/(Rs+Rb);
Zi=h(1,1)-h(2,1)*h(1,2)/(YL+h(2,2));
Z1=Zi*Rb/(Zi+Rb);
vb=vs*Z1/(Z1+Rs);
ib=vb/Zi;
Ro=1/h(2,2);ic=h(2,1)*ib*Ro/(Ro+1/YL);
vo=-ic/YL;Av=vo/vb;formatshort;
Yo=h(2,2)-h(2,1)*h(1,2)/(h(1,1)+Rs1)+1/Rc;Zo=1/Yo;
Zi=round(Zi);Zo=round(Zo);Av=round(Av*10)*.1;
ifKp==1;Vbe=.6;ns='Si';else;Vbe=.2;ns='Ge';end;
A=[(Rb1+Rb2)/Rb2Rb1;1Rb+(1+beta)*Re];
B=inv(A)*[EcVbe]';
Vb=B
(1);Ib=B
(2);Ie=(1+beta)*Ib;Vc=Ec-beta*Ib*Rc;
Vb=round(Vb*10)*.1;Vc=round(Vc*10)*.1;
Ie=round(Ie*1e+04)*.1;
end
实验内容一
学习共发射极放大电路的原理,使用缺省参数或自己设定参数运行amplif1程序
。
设置参数如下,运行程序,得到输出结果
Kp=1;Rc=10*10^3;Ec=12;beta=100;vs=10^(-3);
>>h=[1.2e+33.37e-4;5027.1e-6];Rb1=8*10^3;
>>Rb2=3*10^3;Re=10^3;RL=5*10^3;Rs=500;
>>[Av,Zi,Zo,Ie,Vb,Vc,vo]=amplif1(Rb1,Rb2,Rc,Re,RL,h,Rs,vs,beta,Ec,Kp)
Av=-133.1000Zi=1148Zo=8575Ie=-2.7000Vb=3.3000Vc=38.5000vo=-0.0800
二、直接耦合放大器
实验讲义第55页图3.8是一个典型的直接耦合放大电路,由3个晶体管组成,第一级为低噪声放大,第二级为高增益放大,第三级为射随器,整个放大器的电压有负反馈电路决定,该电路具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。
amplif2函数的用法如下:
>>[Av,Zi,Zo,Vb,Ie,E,vo]=amplif2(Rb1,Re1,Rc1,R1,R2,Rc2,Re3,Rf,h,vs,beta,Ec,Ed,Kp)
h=[hiehre;hfehoe]为晶体管的h参数,beta为晶体管的直流放大系数,Ec为电源电压,Ed第一级的输入电压,参数Kp=1表示硅管,Kp=2表示锗管,vs为信号源的开路电压
输出参数:
A=[AvAv0Av1Av2]Av电压放大倍数(V),Av0开环电压放大倍数Av1第一级电压放大倍数,Av2第二级电压放大倍数Zi输入阻抗(Ω),Zo输出阻抗(Ω),
Vb=[Vb
(1)Vb
(2)Vb(3)]三个晶体管的基极电压(V)Ie=[Ie
(1)Ie
(2)Ie(3)]
三个晶体管的发射极电流(mA)
建立amplif2函数如下
function[Av,Zi,Zo,Vb,Ie,E,vo]=amplif2(Rb1,Re1,Rc1,R1,R2,Rc2,Re3,Rf,h,vs,beta,Ec,Ed,Kp);
%UNTITLEDSummaryofthisfunctiongoeshere
%Detailedexplanationgoeshere
ifnargin<14;Kp=1;end;
ifnargin<13;Ed=15;end;
ifnargin<12;Ec=24;end;
ifnargin<11;beta=50;end;
ifnargin<10;vs=1e-03;end;
ifnargin<9;h=[1.2e+033.37e-4;8027.1e-6];end;
ifnargin<8;Rf=33e+03;end;
ifnargin<7;Re3=3.3e+03;end;
ifnargin<6;Rc2=18e+03;end;
ifnargin<5;R2=3.9e+03;end;
ifnargin<4;R1=130;end;
ifnargin<3;Rc1=100e+03;end;
ifnargin<2;Re1=100;end;
ifnargin<1;Rb1=1000e+03;end;
hie=h(1,1);hfe=h(2,1);hoe=h(2,2);Rc=hie*Rc1/(hie+Rc1);
T=[hoe+1/Re1-hoe-1-hfe;-hoehoe+1/Rchfe;10hie];
V=inv(T)*[00vs]';v2=V
(2);ib2=v2/hie;Av1=v2/vs;
Zi=vs/V(3);
Re=Re3/hoe/(Re3+1/hoe);Rc=Rc2/hoe/(Rc2+1/hoe);
T=[1/Re-1-hfe;1hie+Rc];
V=inv(T)*[0-hfe*Rc*ib2]';Av2=V
(1)/v2;
Av0=V
(1)/vs;
Zo=V
(1)/((1+hfe)*hfe*Rc*ib2/(Rc+hie));Zo=abs(Zo);
B=Re1/(Rf+Re1);
F=1+Av0*B;
Av=Av0/F;Zi=Zi*F;Zi=Zi*Rb1/(Zi+Rb1);Zo=Zo/F;vo=Av*vs;
Av=[AvAv0Av1Av2];
ifKp==1;Vbe=.7;ns='Si';else;Vbe=.2;ns='Ge';end;
Z=[Rb1+R2+(1+beta)*Re1-(1+beta)*R2;beta*Rc1-R2Rc1+(1+beta)*(R1+R2)];
Ib=inv(Z)*[-VbeEd-Vbe]';
I1=(1+beta)*Ib
(1);I2=(1+beta)*Ib
(2);
I3=(1+beta)*(Ec-Vbe-Rc2*beta*Ib
(2))/(Rc2+(1+beta)*Re3);
I=[I1I2I3];I=round(I*1e+04)*.1;
V=[Re1*I1(R1+R2)*I2Re3*I3]+Vbe;
V=round(V*10)*.1;
Zi=round(Zi);Zo=round(Zo);Av=round(Av);
E=[EcEd];Vb=V;Ie=I;formatshort;
end
实验内容二
学习直接耦合放大电路的原理,使用缺省参数或自己设定参数运行amplif2程序
。
设置参数如下,运行程序,得到输出结果
>>Rb1=2e6;Re1=150;Rc1=1e5;R1=450;R2=5e3;
>>Rc2=3e4;Re3=5e3;Rf=4e4;h=[1.2e33.37e-4;8027.1e-6];
>>vs=1e-3;beta=100;Ec=24;Ed=12;Kp=1;
>>[Av,Zi,Zo,Vb,Ie,E,vo]=amplif2(Rb1,Re1,Rc1,R1,R2,Rc2,Re3,Rf,h,vs,beta,Ec,Ed,Kp)
Av=2681630074-7-230243
Zi=1950469Zo=8Vb=0.70003.30009.4000
Ie=0.10000.50001.7000
E=2412
vo=0.2676
三、差分放大器
在分析差分放大器交流参数的过程中,可忽略射随输入阻抗对前一级的影响,这样该放大器可用晶体管T1的基极,发射极和集电极;晶体管T2多的基极,发射极和集电极;晶体管T5的集电极,7个节点来描述。
T1的基极为放大器的输入端,T2的基极在交流上是接地的,因此节点方程有5个,另外再加上两个晶体管的基极电流方程一共得到7个方程,使用矩阵方法求解这些方程就可以得到差分放大器的各项交流参数。
Amplif3函数的用法如下:
>>[Av,Zi,Zo,V,I,vo]=amplif3(Rb,Rc,Re,R1,R2,R3,R4,Re3,Zee,h,vs,beta,Ec,Kp);
Zee恒流源的等效交流阻抗,
h=[hiehre;hfehoe]为晶体管的h参数,beta为晶体管的直流放大系数,
Ec为电源电压,Ed第一级的输入电压,参数Kp=1表示硅管,Kp=2表示锗管,vs为信号源的开路电压
输出参数:
A=[Av1Av2]Av11端电压放大倍数,Av22端电压放大倍数
Zi输入阻抗(Ω),Zo输出阻抗(Ω),
Vb=[Vb5Vb2Vb4]晶体管T5,T2,T4的基极电压(V)
Ie=[Ie1Ie4]晶体管T1T4的发射极电流(mA)
建立amplif3函数如下
function[Av,Zi,Zo,V,I,vo]=amplif3(Rb,Rc,Re,R1,R2,R3,R4,Re3,Zee,h,vs,beta,Ec,Kp);
%UNTITLED4Summaryofthisfunctiongoeshere
%Detailedexplanationgoeshere
ifnargin<14;Kp=1;end;
ifnargin<13;Ec=12;end;
ifnargin<12;beta=50;end;
ifnargin<11;vs=10e-03;end;
ifnargin<10;h=[1.2e+033.37e-4;10027.1e-6];end;
ifnargin<9;Zee=1e+05;end;
ifnargin<8;Re3=3300;end;
ifnargin<7;R4=47;end;
ifnargin<6;R3=680;end;
ifnargin<5;R2=2400;end;
ifnargin<4;R1=4800;end;
ifnargin<3;Re=68;end;
ifnargin<2;Rc=560;end;
ifnargin<1;Rb=4700;end;
hie=h(1,1);hfe=h(2,1);hoe=h(2,2);
A=[10000hie0;001000hie;];
A=[A;(1+Re*hoe)-Re*hoe00-1-(1+hfe)*Re0];
A=[A;00(1+Re*hoe)-Re*hoe-10-(1+hfe)*Re];
A=[A;Zee0Zee0-(2*Zee+Re)00];
A=[A;Rc*hoe-(1+Rc*hoe)000-hfe*Rc0];
A=[A;00Rc*hoe-(1+Rc*hoe)00-hfe*Rc];
V=inv(A)*[vs000000]';
vo=[V
(2)V(4)];Av=vo/vs;Av=round(Av*10)*.1;
Rb1=1/(1/Rb+1/R2+1/R1);Zi=vs/V(6);Zi=Zi*Rb1/(Zi+Rb1);
Zo=(Rc+hie)/(1+hfe);Zo=round(Zo);Zi=round(Zi);
ifKp==1;Vbe=.8;ns='Si';else;Vbe=.2;ns='Ge';end;
A=[(R1+R2+R3)/R3R1+R2R2;1-(1+beta)*R40;0beta-2*(1+beta)];
B=inv(A)*[Ec+(R1+R2)/R3*VbeVbe0]';formatshort;
V=[B
(1)Ec-R1*((B
(1)-Vbe)/R3+B
(2)+B(3))-Rb*B(3)Ec-beta*B(3)*Rc];
I=[B(3)*(1+beta)(V(3)-Vbe)/Re3];I=round(I*1e+04)*.1;
end
实验内容三
学习差分放大电路的原理,使用缺省参数或自己设定参数运行amplif2程序
。
设置参数如下,运行程序,得到输出结果
>>Rb=6e3;Rc=800;Re=150;R1=7e3;R2=3500;R3=900;
>>R4=100;Re3=4e3;Zee=2e5;h=[1.2e33.37e-4;10027.1e-6];
>>vs=1e-3;beta=100;Ec=12;Kp=1;
>>[Av,Zi,Zo,V,I,vo]=amplif3(Rb,Rc,Re,R1,R2,R3,R4,Re3,Zee,h,vs,beta,Ec,Kp)
Av=-2.40002.4000
Zi=1596Zo=20
V=1.60704.64948.8354
I=42
vo=-0.00240.0024
四、阻容耦合音频放大器的频率响应
将晶体管的h参数转换成Z参数后,考虑发射极的电阻和电容,相当于两个串联的两端口网络,总的Z参数为晶体管的Z参数与发射极电阻电容的Z参数之和,然后再将Z参数转换成A参数,就可以用T型网络A参数相乘的方式求出整个等效电路的A参数,也可得幅频特性,相频特性和输入阻抗。
Amplif4函数的用法如下:
>>[H,Zi]=amplif4(Ce,C1,C2,Rb1,Rb2,Rc,Re,RL,h,Rs);
输入参数:
C1基级耦合电容,C2集电极耦合电容,Ce发射极旁路电容,Rs信号源内阻h=[hiehre;hfehoe]为晶体管的h参数
输出参数:
H=vo/vi放大器的转移函数,Zi输入阻抗
建立amplif4函数如下
function[H,Zi]=amplif4(Ce,C1,C2,Rb1,Rb2,Rc,Re,RL,h,Rs);
%UNTITLED5Summaryofthisfunctiongoeshere
%Detailedexplanationgoeshere
ifnargin<10;Rs=1e+03;end;
ifnargin<9;h=[1.2e+033.37e-4;5027.1e-6];end;
ifnargin<8;RL=6e+03;end;
ifnargin<7;Re=1.5e+03;end;
ifnargin<6;Rc=2e+03;end;
ifnargin<5;Rb2=6e+03;end;
ifnargin<4;Rb1=24e+03;end;
ifnargin<3;C2=20e-06;end;
ifnargin<2;C1=20e-06;end;
ifnargin<1;Ce=200e-06;end;
symss;
hie=h(1,1);hfe=h(2,1);hoe=h(2,2);
zt=[hie0;-hfe/hoe1/hoe];ze=Re/(1+s*Re*Ce);ze=ones(2,2)*ze;
Z=zt+ze;A=[Z(1,1)det(Z);1Z(2,2)]/Z(2,1);
Rb=Rb1*Rb2/(Rb1+Rb2);
A=[1Rs+1/s/C1;01]*[10;1/Rb1]*A*[10;1/Rc1]*[11/s/C2;01];
A=A*[10;1/RL1];Zi=A(1,1)/A(2,1)-Rs;
f=logspace(1,5,101);
[b,a]=numden(Zi);b=sym2poly(b);a=sym2poly(a);
Zi=freqs(b,a,2*pi*f);k=max(abs(Zi+Rs)./Zi);
H=k/A(1,1);[b,a]=numden(H);
b=sym2poly(b);a=sym2poly(a);H=freqs(b,a,2*pi*f);
Av=20*log10(abs(H));Avm=round(max(Av)*10)*.1;
subplot(211);semilogx(f,Av);grid;zoomxon;
xlabel('requency(Hz)');ylabel('Av(dB)');
title(['Av_m_a_x=',num2str(Avm),'(dB)']);
subplot(212);semilogx(f,real(Zi),f,imag(Zi));grid;zoomxon;
xlabel('requency(Hz)');ylabel('Zi(Ohm)');
set(gcf,'units','pix','pos',[200,120,560,420],'name','CommonEmitterAmplifer,BBI2000','num','off');
end
实验内容四
学习阻容耦合音频放大电路的原理,使用缺省参数或自己设定参数运行amplif4程序,得到各输出参数,绘出阻容耦合音频放大器的幅频特性和输入阻抗曲线。
运行程序,得到输出结果如下图所示
五、共发射极放大电路的高频频率响应
分析高频频率响应,应采用混合π型高频等效电路,整个高频等效电路如60页图3.11所示,表征一个晶体管高频工作特性的主要参数有:
特征频率fT集电极电容Cc,集电极工作电流Ic,其他参数可以有上述参数和低频h参数得到。
Amplif5函数的用法如下:
>>[H]=amplif5(Cc,ft,Ic,Rb1,Rb2,Rc,RL,Rs,h,rbc);
Cc集电极电容,ft晶体管的特征频率
Ic集电极电流(mA)Rb1和Rb2基极偏执电流,两者并联之后为Rb
Rc集电极电阻,RL负载电阻,Rs信号源内阻,rbc集电极交流电阻
h=[hiehre;hfehoe]晶体管的h参数
建立amplif5函数如下
function[H]=amplif5(Cc,ft,Ic,Rb1,Rb2,Rc,RL,Rs,h,rbc);
%UNTITLED5Summaryofthisfunctiongoeshere
%Detailedexplanationgoeshere
ifnargin<10;rbc=5e+06;end;
ifnargin<9;h=[12003.37e-4;5027.1e-6];end;
ifnargin<8;Rs=1e+03;end;
ifnargin<7;RL=6e+03;end;
ifnargin<6;Rc=2e+03;end;
ifnargin<5;Rb2=6e+03;end;
ifnargin<4;Rb1=24e+03;end;
ifnargin<3;Ic=2.5;end;
ifnargin<2;ft=100e+06;end;
ifnargin<1;Cc=3e-012;end;
symss;
hie=h(1,1);hfe=h(2,1);hoe=h(2,2);
gm=Ic/26;hfe=min([hfe.95*hie*gm]);
rbe=hfe/gm;rbb=hie-rbe;cbe=gm/(2*pi*ft);
Rb=Rb1*Rb2/(Rb1+Rb2);
RL1=1/(hoe+1/Rc+1/RL);
ybe=1/rbe+s*cbe;
zc=1/(1/rbc+s*Cc);
A=[1zc;gm1]/(1-gm*zc);
A=[1Rs;01]*[10;1/Rb1]*[1rbb;01]*[10;ybe1]*A*[10;1/RL1];
H=1/A(1,1);[b,a]=numden(H);b=sym2poly(b);a=sym2poly(a);
f=logspace(3,8,201);H=freqs(b,a,2*pi*f);
Av=20*log10(abs(H));Avm=max(Av);I=find(abs(Av-(Avm-3))<.1);
I=fix(mean(I));f3db=f(I);Av3db=Av(I);
subplot(211);semilogx(f,Av,[f3dbf3db],Avm-[020],'r:
');
grid;zoomxon;
xlabel('frequency(Hz)');ylabel('Av(dB)');
tstr=['f_3_d_B=',num2str(round(f3db*1e-04)*.01),'(MHz)'];
tstr=[tstrblanks(6)'Av_0=',num2str(round(Avm*10)*.1),'dB'];
title(tstr);
subplot(212);
semilogx(f,angle(H)*180/pi-180);grid;
xlabel('frequency(Hz)');
ylabel('Phase(a)');
set(gcf,'units','pix','pos',[200,120,560,420],'name','CommonEmitterAmplifier,BBI2000','num','off');
end
实验内容五
学习共射集放大电路的高频频率响应原理,使用缺省参数或自己设定参数运行amplif5程序,得到各输出参数,绘出图
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