成都理工大學電子設計仿真與虛擬實驗課程設計

成都理工大學電子設計仿真與虛擬實驗課程設計題目名稱：三極管放大電路仿真分析學院名稱：信息科學與技術學院所屬專業(yè)：通信工程學生姓名：學號：班級：通信4班是否選課：已選課郵箱：日期：2014/10/19

一.設計的題目及其要求（1）設計題目三極管放大電路仿真分析（2）課程設計的目的、基本要求及其功能實驗利用該軟件對三極管單級放大電路進行仿真分析，驗證電路元件參數(shù)的改變是否影響電路的靜態(tài)工作點，動態(tài)輸出是否也因此產(chǎn)生變化。該實驗揭示了靜態(tài)工作點的重要性。（3）設計要求的最終指標電路元件參數(shù)的改變直接影響電路的靜態(tài)工作點，動態(tài)輸出也因此產(chǎn)生變化。二.設計的基本思路及其設計出發(fā)點放大電路是構成各種功能模擬電路的基本電路，能實現(xiàn)對模擬信號最基本的處理--放大，因此掌握基本的放大電路的分析對電子電路的學習起著至關重要的作用。三極管放大電路是含有半導體器件三極管的放大電路，是構成各種實用放大電路的基礎電路，放大電路放大的對象是動態(tài)信號，但放大電路能進行放大的前提是必須設置合適的靜態(tài)工作點，如果靜態(tài)工作點不合適，輸出的波形將會出現(xiàn)失真，這樣的“放大”就毫無意義。什么樣的靜態(tài)工作點是合適的靜態(tài)工作點；電路中的參數(shù)對靜態(tài)工作點及動態(tài)輸出會產(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有一個直觀的認識。本實驗有助于我們對電子電路中的各種現(xiàn)象形成直觀的認識，加深我們對于電子電路本質的理解。三.方案原理論述圖1阻容耦合三極管單級放大電路圖1阻容耦合三極管單級放大電路使用Multisim虛擬儀器進行在線測量。仿真分析時應遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”的原則。首先獲取電路的靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)，再輸出電路的動態(tài)輸出情況。這里將利用“直流工作點分析”功能讀取靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)，利用虛擬儀器“示波器”觀察三極管的輸入/輸出波形。分析圖1所示電路，可求得其靜態(tài)工作點估算表達式：UBQICQUCEQ由理論分析可知，當利用三極管單級放大電路對交流小信號進行放大時，如果為電路設置了合適的靜態(tài)工作點Q，就能保證三極管在整個信號周期內均工作在放大區(qū)，放大輸出的信號就不會失真。若Q點偏高，三極管會在輸入信號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因此會出現(xiàn)頂部失真，而放大電路輸出的信號則會出現(xiàn)底部失真。若Q點偏低，三極管會在輸入信號的負半周因發(fā)射結電壓UBE低于導通電壓UON而截止，基極電流IB及集電極電流I（1）若UBEQ的取值為三極管2N222A的導通電壓UON，約在0.6~0.7V之間，且（2）若UBEQ的取值為三極管2N222A的導通電壓UON，但UCEQ（3）若UBEQ的取值小于三極管2N222A的導通電壓UON，但四.仿真設計分析在圖1所示電路中選擇節(jié)點電壓UB,UC,UE作為“直流工作點分析”的三個電路變量，據(jù)此計算U獲得靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)后，通過電阻R1，R2為電路輸入頻率為1kHz、幅值為500mV的正弦信號Ui，此時三極管上真正的輸入信號應為電阻R2兩端獲得的動態(tài)小信號UR2，其幅值低于10mV，符合實驗電路交流小信號的要求。三極管的動態(tài)輸出信號為負載RL兩端的輸出電壓URL，用雙蹤示波器顯示實時的輸入信號U由式（1）~式（3）可知，可調電位器Rp的取值將影響各靜態(tài)工作點的取值，仿真過程中通過修改電路元件Rp的參數(shù)改變基極電阻，觀察各項靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)及輸出波形因此產(chǎn)生的變化。合適的靜態(tài)工作點當Rp=350kΩ時得到如圖所示的直流工作點數(shù)據(jù)?？傻萌龢O管三個極此時的電位：UB≈0.8398V,UC≈6.65V,UE由此計算得靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)：UBEQ≈0.6224V,UCEQ≈可見，UBEQ>UON，UCEQ>UBEQ，且此時的輸入輸出波形，從波形圖看出，輸入與輸出反相，URL正負半周對稱，URL實現(xiàn)了對輸入信號靜態(tài)工作點偏高由式（1）~式（3）可知，當Rp減小時，三極管基極電位UBQ會升高，發(fā)射極電流和集電極電流會增大，則集電極電阻Rc上的壓降及發(fā)射極電阻(Re1+Re2)上的壓降會增大，使得U現(xiàn)調節(jié)Rp使之取值為91kΩ，得到如圖所示的直流工作點數(shù)據(jù)?？傻萌龢O管三個極此時的電位：UBQ≈1.13V,UCQ≈0.589,UEQ由此計算得靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)：UBEQ≈0.659V,UCEQ≈可見，UBEQ>UON，但UCEQ出現(xiàn)了明顯的底部失真，此失真顯然是因為靜態(tài)工作點過高導致的。靜態(tài)工作點偏低反之，當基極電阻Rp增大時，三極管基極電位UBQ會降低，同時發(fā)射極電流和集電極電流會減小，則集電極電阻Rc上的壓降及發(fā)射極電阻(Re1+Re2)上的壓降會減小，使得U調節(jié)Rp取值為700kΩ。，得到如圖所示的直流工作點數(shù)據(jù)?？傻萌龢O管三個極此時的電位：UBQ≈0.576V,UCQ≈11.4V,UEQ由此計算得靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)：UBEQ≈0.552V,UCEQ≈可見，UBEQ<UON，UCEQ五、總結和設計心得體會由上述仿真結果可知，電路元件Rp的取值將直接影響電路的靜態(tài)工作點，電路靜態(tài)工作點的取值直接影響電路的動態(tài)輸出，體現(xiàn)了靜態(tài)工作的重要性，與理論分析的結果一致。利用仿真軟件對電路進行仿真，可以一邊修改電路參數(shù)一邊觀察仿真結果，能實時看到電路參數(shù)改變帶來的結果，省去了復雜的計算推理，結果卻更加形象直觀。同時還能得到一些單靠理論分析所看不到的結果，如三極管出現(xiàn)底部失真及頂部失真對應的電路元件參數(shù)臨界值。本次電子設計的勝利完成是對我所學知識的檢驗。從確定設計題目到找資料，畫圖，分析，仿真，寫報告