multisim10晶體管單管放大電路的仿真分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告.docx

1、multisim, 10,晶體管單管放大電路的仿真分析，實(shí)驗(yàn)報(bào)告multisim, 10,晶體管單管放大電路的仿真分析，實(shí)驗(yàn)報(bào)告基于Multisim的三極管放大電路仿真分析基于Multisim的三極管放大電路仿真分析來源:大比特半導(dǎo)體器件網(wǎng)引言放大電路是構(gòu)成各種功能模擬電路的基本電路，能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)最基本的處 理一放大，因此掌握基本的放大電路的分析對(duì)電子電路的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作 用。三極管放大電路是含有半導(dǎo)體器件三極管的放大電路，是構(gòu)成各種實(shí)用放大電 路的基礎(chǔ)電路，是模擬電子技術(shù)課程中的重點(diǎn)內(nèi)容。在課程學(xué)習(xí)中，一再向 學(xué)生強(qiáng)調(diào)，放大電路放大的對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，但放大電路能進(jìn)行放大的前提是必須

2、 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，如果靜態(tài)工作點(diǎn)不合適，輸出的波形將會(huì)出現(xiàn)失真，這樣 的“放大”就毫無意義。什么樣的靜態(tài)工作點(diǎn)是合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；電路中的參數(shù) 對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)及動(dòng)態(tài)輸出會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響；正常放大的輸出波形與失真的輸出波 形有什么區(qū)別;這些問題單靠課堂上的推理及語言描述往往很難讓學(xué)生有一個(gè)直觀 的認(rèn)識(shí)。在課堂教學(xué)中引入Multisim仿真技術(shù)，即時(shí)地以圖形、數(shù)字或曲線的形 式來顯示那些難以通過語言、文字表達(dá)令人理解的現(xiàn)象及復(fù)雜的變化過程，有助于 學(xué)生對(duì)電子電路中的各種現(xiàn)象形成直觀的認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)于電子電路本質(zhì)的理解，提高課堂教學(xué)的效果。實(shí)現(xiàn)在有限的課堂教學(xué)中，化簡單抽 象為具體形象，化枯燥

3、乏味為生動(dòng)有趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性。1 Multisim 10 簡介Multisim 10是美國國家儀器公司（NI公司）推出的功能強(qiáng)大的電子電路仿真設(shè) 計(jì)軟件，其集電路設(shè)計(jì)和功能測試于一體，為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、儀器齊 全的虛擬電子工作平臺(tái)，設(shè)計(jì)者可以利用大量的虛擬電子元器件和儀器儀表，進(jìn)行 模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)和射頻電子線路的仿真和調(diào)試。Multisim 10的主窗口如同一個(gè)實(shí)際的電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)。屏幕中央?yún)^(qū)域最大的窗口 就是電路工作區(qū)，電路工作窗口兩邊是設(shè)計(jì)工具欄和儀器儀表欄。設(shè)計(jì)工具欄存放 著各種電子元器件，儀器儀表欄存放著各種測試儀器儀表，可從中方便地選擇所需 的各種

4、電子元器件和測試儀器儀表在電路工作區(qū)連接成實(shí)驗(yàn)電路，并通過“仿真” 菜單選擇相應(yīng)的仿真項(xiàng)目得到需要的仿真數(shù)據(jù)。2三極管放大電路的仿真分析本文以圖1所示的阻容耦合三極管單級(jí)放大電路作為分析對(duì)象，分別進(jìn)行靜態(tài) 分析和動(dòng)態(tài)分析。靜態(tài)分析將分析電路的直流工作情況，動(dòng)態(tài)分析將分析電路對(duì)交 流信號(hào)的放大情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖，在Multisim界面下模擬連接電路，確定電路中的各元器件 參數(shù)，使用Multisim虛擬儀器進(jìn)行在線測量。與理論分析一樣，仿真分析時(shí)應(yīng)遵 循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則。首先獲取電路的靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)，再輸出電路的動(dòng)態(tài)輸出情況。這里將利用“直 流工作點(diǎn)分析”功能讀取靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用虛擬

5、儀器“示波器”觀察三極管的 輸入/輸出波形。2. 1仿真分析的理論依據(jù)分析圖1所示電路，可求得其靜態(tài)工作點(diǎn)估算表達(dá)式：由理論分析可知，當(dāng)利用三極管單級(jí)放大電路對(duì)交流小信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，如果 為電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q,就能保證三極管在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均工作在放大區(qū)，放大輸出的信號(hào)就不會(huì)失真。若Q點(diǎn)偏高，三極管會(huì)在輸入信號(hào)的正半周因 集電極電位UC低于基極電位UB而飽和，集電極電流IC因此會(huì)出現(xiàn)頂部失真， 而放大電路輸出的信號(hào)則會(huì)出現(xiàn)底部失真。若Q點(diǎn)偏低，三極管會(huì)在輸入信號(hào)的負(fù) 半周因發(fā)射結(jié)電壓UBE低于導(dǎo)通電壓UON而截止，基極電流IB及集電極電流IC 因此會(huì)出現(xiàn)底部失真，而放大電路輸出的信號(hào)

6、則會(huì)出現(xiàn)頂部失真。三極管在直流電 源及外電路的共同作用下靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，可由UBEQ ,UCEQ的取值進(jìn)行判 斷。(1) 若UBEQ的取值為三極管2N222A的導(dǎo)通電壓UON，約在0. 60. 7 V之間， 且UCEQ的取值接近于VCC的1 2時(shí)，能保證三極管在整個(gè)信號(hào)周期均能工作在 放大區(qū)，輸入信號(hào)被放大一定倍數(shù)后在輸出端不失真的輸出，且輸出與輸入反向。(2) 若UBEQ的取值為三極管2N222A的導(dǎo)通電壓UON，但UCEQ的取值小于UBEQ時(shí)，三極管此時(shí)已經(jīng)飽和，在輸入信號(hào)的正半周會(huì)一直處于飽和狀態(tài)，輸出信號(hào)因此出現(xiàn)底部失真現(xiàn)象。(3) 若UBEQ的取值小于三極管2N222A的導(dǎo)通電壓

7、U0N，但UCEQ的取值接近于 VCC時(shí)，三極管此時(shí)基本處于截止?fàn)顟B(tài)，在輸入信號(hào)的負(fù)半周會(huì)一直處于截止?fàn)?態(tài)，輸出信號(hào)因此出現(xiàn)頂部失真現(xiàn)象。2. 2仿真分析在圖1所示電路中選擇節(jié)點(diǎn)電壓U1 (UB) ,U6(UC) ,U5(UE)作為“直流工作點(diǎn) 分析"的三個(gè)電路變量，據(jù)此計(jì)算UBEQ ,UCEQ的值，并判斷晶體管此時(shí)的工作狀態(tài)。獲得靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)后，通過電阻R1 ,R2為電路輸入頻率為1 kHz、幅值為500 mV的正弦信號(hào)ui ,此時(shí)三極管上真正的輸入信號(hào)應(yīng)為電阻R2兩端 獲得的動(dòng)態(tài)小信號(hào)uR2，其幅值低于10 mV,符合實(shí)驗(yàn)電路交流小信號(hào)的要求。三極管的動(dòng)態(tài)輸出信號(hào)為負(fù)載RL兩

8、端的輸出電壓uRL ,用雙蹤示波器顯不實(shí)時(shí)的輸入 信號(hào)uR2及輸出信號(hào)uRL的波形，驗(yàn)證上述分析的結(jié)果。由式(1)式(3)可知，可調(diào)電位器Rp的取值將影響各靜態(tài)工作點(diǎn)的取值，仿真 過程中通過修改電路元件Rp的參數(shù)改變基極電阻，觀察各項(xiàng)靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)及輸 出波形因此產(chǎn)生的變化。2.2. 1合適的靜態(tài)工作點(diǎn)當(dāng)Rp = 91 kQ時(shí)得到如圖2(a)所示的直流工作點(diǎn)數(shù)據(jù)，可得三極管三個(gè)極 此時(shí)的電位：UB? 2. 47 V, UC? 7.81 V, UE? 1.86 V由此計(jì)算得靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)：UBEQ? 0.61 V, UCEQ? 5. 95 V 可見，UBEQ U0N , UCEQUBEQ ,且U

9、CEQ接近于VCC的1 2,三極管在直流電源的作用下理論上取得合適 的靜態(tài)工作點(diǎn)，能保證在整個(gè)小信號(hào)周期均能工作在放大區(qū)。圖2(b)所示即為此時(shí)的輸入輸出波形，從波形圖看出，輸入與輸出反相，uRL 正負(fù)半周對(duì)稱，uR2的信號(hào)峰值約為9. 75 mV, uRL的信號(hào)峰值約為101. 78 mV, uRL 實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)uR2不失真的放大，符合理論分析的結(jié)果。2.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)偏高由式(1廣式(3)可知，當(dāng)Rp減小時(shí)，三極管基極電位UBQ會(huì)升高，發(fā)射極電 流和集電極電流會(huì)增大，則集電極電阻Rc上的壓降及發(fā)射極電阻(Rel +篇二:基于Multisim的單管共射放大電路仿真分析基于Multisi

10、m的單管共射放大電路仿真分析單管共射放大電路中交流信號(hào)的作用和直流信號(hào)的作用共存。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析 時(shí)，首先要進(jìn)行直流分析，再進(jìn)行交流分析。根據(jù)從事多年電類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn) 判斷，學(xué)生對(duì)于單管共射放大的直流分析和交流分析容易混淆。傳統(tǒng)的在實(shí)驗(yàn)室中 測試共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，運(yùn)用萬用表測試電壓值時(shí)，容易影響電路，使得測試值和理論值有出入。并且晶體管會(huì)受到溫度的影響和制作工藝影響，導(dǎo)致測試 放大倍數(shù)不太準(zhǔn)確。為了解決這些矛盾，引入了一些仿真軟件完成虛擬實(shí)驗(yàn)。1 Multisim軟件簡介Multisim是加拿大IIT公司推出的一個(gè)專門用于電子線路仿真和設(shè)計(jì)的EDA工 具軟件，在保留EWB形象直觀等

11、優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了大量的VHDL元件模型，大 大增強(qiáng)了軟件的仿真測試和分析功能。幾乎可以完全地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。 Multisim是EWB6（0版的仿真設(shè)計(jì)模塊。它把實(shí)驗(yàn)過程涉及到的電路、儀器以及實(shí) 驗(yàn)結(jié)果等一起展現(xiàn)在使用者面前，整個(gè)學(xué)習(xí)過程好象在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，電路參數(shù)調(diào) 整方便，絕不束縛使用者的現(xiàn)象力。自學(xué)、擴(kuò)展很容易實(shí)現(xiàn)Multisim的主要功能 有以下幾點(diǎn)。（1）通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設(shè)計(jì)電路。（2）支持模擬電路、數(shù)字電路 以及模數(shù)混合電路仿真。（3）電路分析手段完備，提供多種篇三：晶體管共射極單管放大電路的實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)二晶體管共射極單管放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? （學(xué)會(huì)放大器靜

12、態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)式方法和測量方法。2 （掌握放大器電壓放大倍數(shù)的測試方法及放大器參數(shù)對(duì)放大倍數(shù)的影響。3 （熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理圖21為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖。偏置電阻RBI、RB2組成分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE,以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號(hào)后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與輸入信號(hào)相位相 反、幅值被放大了的輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、+12直流電源2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3、雙蹤示波器4、交流毫伏表5、 直流電壓表6、直流毫安表7、頻率計(jì)8、萬用電表9、晶體三極管3DG6*l(8=50-100)或

13、9011*1 10、電阻器、電容器若干四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1(測量靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)驗(yàn)電路如圖21所示，它的靜態(tài)工作點(diǎn)估算方法為：UB?RB17UCCRB17RB2圖21共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖IE,UB?UBE?Ic REUCE = UCC, IC(RC, RE)實(shí)驗(yàn)中測量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)為零的情況下進(jìn)行。接1,先 將通直流電源前，先將RW調(diào)至最大，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。接通+12V 電源、調(diào)節(jié)RW,使IC =2. OMa,用直流電壓表測量UB、UE、UC及用萬用電表測量 RB2 值。表 21B2所有測量結(jié)果記入表21中。2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用:IC?IE,U?UCUE或 IC,

14、CCRCREUBE, UB, UEUCE, UC, UE計(jì)算出放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。2（測量電壓放大倍數(shù)關(guān)掉電源，各電子儀器可按上圖連接，為防止干擾，各儀器的公共端必須連在 一起后接在公共接地端上。1）檢查線路無誤后，接通電源。從信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)頻率為IKHz、幅值為10mv （用毫伏表測量ui）的正弦信號(hào)加入到放大器輸入端。2）用示波器觀察放大器 輸出電壓的波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下表中三種情況下的輸 出電壓值，記入表中。表22AV = uO/ui3）用雙蹤示波器觀察輸入和輸出波形的相位關(guān)系，并描繪它們的波形。3、觀 察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響置RC=2.4K, RL

15、=?, UI適量，調(diào)節(jié)RW,用示波器監(jiān)視輸出電壓波形，在UO不 失真的條件下，測量數(shù)組IC和UO值。4、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響置RC=2. 4K, RL=2. 4K, Ui=0,調(diào)節(jié)Rw使Ic=2. OmA,測出UCE值，再逐步加大輸 入信號(hào)，使輸出電壓Uo足夠大但不失真。然后保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減小Rw,使波形出現(xiàn)失 真，繪出Uo的波形，并測出失真情況下的Ic和Uce*4（測量輸入電阻和輸出電阻 根據(jù)定義:輸入電阻Ri?uiui?RS IiuS?ui輸出電阻RO?（uO?1）RLuL置 RC=2. 4KQ, RL=2.4KQ, IC=2. OmA,輸入 f=lKHz, u

16、i=10mV 的正弦信號(hào)，在 輸出電壓波形不是真的情況下，用交流毫伏表測出uS、ui和uL記入表23中。 斷開負(fù)載電阻RL,保持uS不變，測量輸出電壓uO,記入表23中。五、實(shí)驗(yàn)分析1 （列表整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，把實(shí)測的靜態(tài)工作點(diǎn)與理論值進(jìn)行比較、分析。BEB, UE, 0. 6963V,而理論為0. 7V,產(chǎn)生誤差的原因可能是UB、UE的值 接近，這種接近的兩個(gè)量相減的間接測量，則合成相對(duì)誤差就比較大了。2 （分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響。答:靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)u。的負(fù)半 周將被削底；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)生截止，即u。的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失 真明顯）。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須進(jìn) 行動(dòng)態(tài)測試，即在放大器的輸入端加入一定的ui,以檢查輸出電壓u。的大小和波 形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。3（怎樣測量RB2阻值，答:測量在線電阻時(shí)，要確認(rèn)被測電路沒有并聯(lián)支路并且被測電路所有電源已 關(guān)斷及所有電容已完全放電時(shí)，才可進(jìn)行;因此本實(shí)驗(yàn)測量RB2時(shí)要將開關(guān)K斷 開。測量前先將開關(guān)