共發(fā)射極基本放大電路的靜態(tài)仿真測試分析

共發(fā)射極基本放大電路的靜態(tài)仿真測試分析

0靜態(tài)仿真測試分析作為一門重要的科學(xué)工程課程，模擬電子技術(shù)是高校文科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其實(shí)踐能力非常強(qiáng)。由于課程知識體系和分析方法等方面的特點(diǎn),學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)存在一定的困難。鑒于此,在模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)中,采取將傳統(tǒng)的電路理論分析與仿真技術(shù)相結(jié)合的方式,對課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識進(jìn)行突破,不失為一種有效的措施。靜態(tài)工作點(diǎn)的概念幾乎貫穿整個(gè)“模擬電子技術(shù)”教學(xué)的始終,是本課程的教學(xué)重點(diǎn),也是教學(xué)難點(diǎn)。為了使學(xué)生在基本放大電路的學(xué)習(xí)中就對靜態(tài)工作點(diǎn)的概念、靜態(tài)工作點(diǎn)對放大電路的必要性和重要性有比較清晰正確的認(rèn)識,為模擬電路后期的學(xué)期打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。本文利用仿真Multisim10軟件,對共發(fā)射極基本放大電路進(jìn)行靜態(tài)仿真測試分析。利用計(jì)算機(jī)仿真軟件,課內(nèi)講授和課外探究相結(jié)合,化簡單抽象為具體形象,化枯燥乏味為生動(dòng)有趣,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性,幫助學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。1基本放大電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)1.1靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)當(dāng)輸入信號為零時(shí),放大電路工作在直流工作狀態(tài),也稱為靜態(tài)。此時(shí),晶體管的基極電流IB、集電極電流IC、基一射極間的電壓UBE和集一射極間管壓降UCE,統(tǒng)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)。又因這些直流量所對應(yīng)的正是晶體管輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn),故稱其為靜態(tài)工作點(diǎn)Q,如圖1所示。1.2電路輸出波形的仿真分析設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)是保障放大電路正常放大信號的前提。設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的在于保證輸入信號在整個(gè)變化范圍內(nèi),工作點(diǎn)始終處于放大區(qū),從而使放大電路不失真地放大信號。在如圖2所示電路中不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)(去掉電路的上偏電阻),利用Multisim10仿真軟件進(jìn)行仿真后觀察分析電路的輸出波形。在仿真過程中觀察到:當(dāng)輸入電壓較小時(shí),峰值小于晶體管的基-射極間的開啟電壓,則晶體管在輸入信號的整個(gè)周期內(nèi)均截止,因此觀察不到輸出信號;進(jìn)一步調(diào)整輸入信號的幅度,幅值足夠大,晶體管也只可能在信號正半周數(shù)值大于基-射極間的開啟電壓時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通,輸出波形必然會失真。失真波形如圖3所示。由結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生從理論上分析輸出波形出現(xiàn)失真的原因[1，10]?；谝陨戏抡妗⒂^察、分析,說明不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),電路就不能正常放大輸入信號。使學(xué)生進(jìn)一步理解設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性。2共激發(fā)極基本上是放大電路的靜態(tài)分析2.1靜態(tài)工作點(diǎn)電路模擬結(jié)果利用Multisim軟件搭建的仿真電路如圖4所示,接通+12V電源,輸入信號vi,調(diào)整電位器Rp的值,調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn),使靜態(tài)集電極電流IC=2mA。利用仿真軟件中虛擬儀表測試靜態(tài)值,見表1。在輸入相同的情況下,放大電路在空載時(shí)和負(fù)載為2.4kΩ時(shí)的輸出波形如圖5,圖6所示。在觀察圖5,圖6后,得到結(jié)論:電路能夠正常放大信號,且共發(fā)射極放大電路的輸出波形與輸入波形是反相的,相位差是180°;在帶負(fù)載時(shí),電路輸出信號比空載時(shí)的輸出信號減小了。2.2靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置保持輸入信號不變,在如圖7所示的電路中,慢慢調(diào)大Rp,使得電路出現(xiàn)如圖8所示的波形,此時(shí)測試電路的靜態(tài)工作點(diǎn),具體測試數(shù)據(jù)見表2。仿真結(jié)果分析可以得到:對于共發(fā)射極放大電路來說,截止失真波形是輸出波形的正半周失真,從理論上分析導(dǎo)致失真的原因是因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過低,使得輸入信號的負(fù)半周部分沒有被正常放大;從測試數(shù)據(jù)可以看出,截止失真時(shí)靜態(tài)集電極電位值接近于直流電源的電壓值,發(fā)射極電位值接近于0V,靜態(tài)集電極電流值接近于0。接著,保持輸入信號不變,在如圖9所示的電路中,慢慢調(diào)小Rp使得電路出現(xiàn)如圖10所示的波形,此時(shí)測試電路的靜態(tài)工作點(diǎn),具體測試數(shù)據(jù)見表3。從以上仿真結(jié)果分析可以得到:對于共發(fā)射極放大電路來說,飽和失真波形是輸出波形的負(fù)半周失真,從理論上分析導(dǎo)致失真的原因是因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過高,使得輸入信號的正半周部分沒有被正常放大;從測試數(shù)據(jù)可以看出,飽和失真時(shí),發(fā)射結(jié)正向偏置,集-射極間的壓降較小。通過仿真技術(shù)分析單管放大電路在靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不同的情況下的輸出波形、靜態(tài)值等特點(diǎn),使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置對放大電路正常放大信號的重要性。同時(shí)也使學(xué)生進(jìn)一步了解了同一放大電路在不同的工作狀態(tài)下,靜態(tài)電流、電壓的數(shù)值特點(diǎn),也將此數(shù)值特點(diǎn)可以作為今后在電路調(diào)試中判斷電路工作狀態(tài)的基本依據(jù)。3靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的重要性將放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的知識講授與Multisim10仿真有機(jī)結(jié)合起來,對靜態(tài)工作點(diǎn)這個(gè)教學(xué)重點(diǎn)的突破不失為一種有效的途徑。首先,借助Multisim10仿真,使學(xué)生對靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的必要性和重要性有進(jìn)一步深刻的理解。其次,借助Multisim10仿真,將靜態(tài)工作點(diǎn)正確設(shè)置和不能正確設(shè)置兩種情況下,電路的輸出波形的特點(diǎn)、靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)值特點(diǎn),形象直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前,由此創(chuàng)設(shè)情景,激發(fā)了學(xué)生探究的興趣,進(jìn)一步從理論上解釋觀察到的現(xiàn)象