单管共射放大电路课程设计.pdf
单管共射放大电路课程设计 任务一 共射极单管放大器 教学时数:6学时 教学方法:一体化教学 教学目的:1、了解共射极放大电路的组成；2、会利用软件仿真设置Q点和动态性能指标的测试；3、分压式偏置电路稳定静态工作点的原因；4、放大电路失真产生的原因及消除方法；教学重点：共射极放大电路的组成元件的作用；分压式偏置电路稳定静态工作点的原因；放大电路 失真产生的原因及消除方法 教学难点:分压式偏置电路稳定静态工作点的原因；放大电路失真产生的原因及消除方法 教学过程 任务导入 按下列要求设计电路：a、Au50；b、Uom=5Up-p；c、Ri、Ro 均不要求 任务描述 本任务采用稳定静态工作点的分压式共射极放大电路，测试并验证其静态工作点和动态性能指标。任务实施 分压式共射极放大电路的实验电路如图2.1.2所示 图2.1.2 共射极单管放大器实验电路 一、放大电路静态工作点的测量与调整 对三极管而言，静态分析就是画出其直流通路，求其静态工作点：BQI、CQI和CEQU。1、静态工作点理论分析 其等效的直流通路为：图2.1.2 分压式共射放大直流通路 稳定静态工作点的条件为：I1IB和 VBUBE；此时，CCbbbBQVRRRU211，即当温度变化时，BQU基本不变。BQBEQBQCQEQEEUUUIIRR 根据EI和BI的关系可得：CQBQII()CEQCCCQCEQECCCQCEUVIRIRVIRR 2、调试静态工作点（1）三极管采用9031型号，选择值范围在100到200之间，用万用表测得值为（）。（2）按图2.1.1所示电路，将Rp调到最大值测量放大电路的Q点，计算并填入表。（3）将Rp调到最小值测量放大电路的Q点，计算并填入表2.1.1。（4）若设计要求CQI=，应将怎样调整测出此时放大电路的Q点和实际偏置电阻的大小。表2.1.1 静态工作点测量 Rp BEQU CEQU CQI BQI 电路状态 Rp最大 理论数据（4）中的要求 Rp最小 测试数据 Rp最大 （4）中的要求 Rp最小 二、放大电路动态性能 1、动态理论分析 分压式共射极放大电路交流通路、微变等效电路如图2.1.3（a）（b）所示。,26()(1)()bebbEQmVrrImA 交流等效输出电阻为：oCRR 交流等效输入电阻为：12/ibebbRrRR 电路中电压放大倍数为：(/)/bCLcLuoib bebei RRRRAuui rr 2、放大电路的动态性能观察 调整好静态工作点，CQI=。输入端接入低频信号发生器，幅值为1mV，频率为1KHz的正弦波。按要求进行测量，将值填入下表2.1.2.表2.1.2 放大电路动态测量 LR Ui Uo 测量值 Au 计算值 Au 测量值 Ri 计算值 Ro 测量值 Ri 计算值 Ro 无穷大 2K 3、观察静态工作点对输出波形失真的影响（1）双击信号发生器图标，设置参数为：10mV/1kHz/0Deg;设置示波器相关参数；调节 Rw,Rc,Re 的阻值（2）保持 Us 不变，将 Rw 调至最小，输出电压讲产生饱和失真，用示波器观察，并汇出输出波形；（3）将 Us 调至 50mV，将 Rw 调至最大 100k，将 Re 调至 100k，输出电压讲产生截止失真，用示波器并汇出输出波形；（4）将 Us 调至 150mV，将 Re 调至 10k，Rc 调至 10k，输出电压讲产生双向失真，用示波器观察，并汇出输出波形。4、观察电路的频率响应 图 电路的幅频特性 知识连接“放大”作用的实质是电路对电流、电压或能量的控制作用。晶体管的三种组态：共射极、共集电极和共基极。一、晶体管基本放大电路原则 1、为保证放大必须满足发射结正偏，集电结反偏。2、输入信号能加至放大电路输入回路；3、输出信号能加至负载上。判断放大电路是否具有放大作用，就是根据这几点，它们必须同时具备。例1：判断图（1）电路是否具有放大作用 解：图（1）a 不能放大，因为是 NPN 三极管，所加的电压 UBE不满足条件（1），所以不具有放大作用。图（1）b 具有放大作用。二、共射极放大电路（一）基本共射极放大电路介绍 1、电路见图 2.1.6 所示：电路中各元件作用：晶体管 VT：核心元件起放大作用；基极偏置电阻BR：与CCV一起提供合适的 Q 点；集电极负载电阻CR：把晶体管的电流放大转化为电压放大；耦合电容1C和2C：隔直流通交流；集电极电源CCV：作用一是给晶体管提供合适的工作状态；二是为放大电路提供电源。图 2.1.6 基本共射放大电路 2、电路参数对静态工作点的影响 静态工作点的位置在实际应用中很重要，它与电路参数有关。下面我们分析一下电路参数BR，CR，CCV对静态工作点的影响。改变BR 改变CR 改变CCV BR变化，只对 IB有影响。BR增大，IB减小，工作点沿直流负载线下移。CR变化，只改变负载线的纵坐标 CR增大，负载线的纵坐标上移,工作点沿 iB=IB这条特性曲线右移 CCV变化,IB和直流负载线同时变化 CCV增大,IB 增大,直流负载线水平向右移动,工作点向右上方移动 BR减小，IB增大，工作点沿直流负载线上移 CR减小,负载线的纵坐标下移,工作点沿 iB=IB这条特性曲线左移 CCV减小,IB 减小,直流负载线水平向左移动,工作点向左下方移动 3、电路分析（1）静态分析+VCC RC RL T +_ ui RB uo+_+C1 C2 什么是 Q 点它就是直流工作点，又称为静态工作点，简称 Q 点。我们可以根据放大电路的直流通路，估算出放大电路的静态工作点。直流通路：将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。计算 Q 点的方法前面已讲述。（2）动态分析：即设置了合适的 Q 点之后的分析（CCV=0）交流通路：将放大电路中的电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短路即得。它又被称为动态分析。一般还要将晶体三极管采用微变等效电路法来进行分析其动态性能指标。微变等效的思想是：当信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的。在应用中我们把三极管等效为图（1）所示的电路 其中：Ie=（1+）Ib rbe为基极和发射极之间的等效电阻 （二）稳定 Q 点的分压式偏置电路 其电路见图 2.1.13 所示；图 2.1.13 分压式偏置共射电路 1、稳定静态工作点的原理 稳定静态工作点的条件为：I1IB和 VBUBE；此时，+VCC RC C1 C2 RL RE+CE+RB2 RB1 RS+ui +us +uo I2 I1 IBQ CCbbbBQVRRRU211，即当温度变化时，BQU基本不变。静态工作点的稳定过程为：当温度降低时，各物理量向相反方向变化。这种将输出量（CI）通过一定的方式（利用eR将CI的变化转化为电压EU的变化）引回到输入回路来影响输入量BEU的措施称为反馈。可见，在Q 点稳定过程中，eR作为负反馈电阻起着重要的作用。典型静态工作点稳定电路利用直流负反馈来稳定 Q 点。2、额外思考题 如果晶体三极管发射极无旁路电容时，其性能指标的计算。（三）放大电路中的非线性失真 在使用放大电路时，我们一般是要求输出信号尽可能的大，但是它要受到三极管非线性的限制。有时输入信号过大或者工作点选择不恰当，输出电压波形就会产生失真。这种失真是由于三极管的非线性引起的，所以它被称为非线性失真。1.输入信号过大引起的非线性失真.它主要表现在输入特性的起始弯曲部分，输出特性的间距不匀，当输入又比较大时，就会使 Ib、Uce 和 Ic 的正负半周不对称，即产生非线性失真。如图（1）所示 2.工作点不合适引起的失真 当工作点设置过低，在输入信号的负半周，工作状态进入截止区，从而引起 Ib、Uce 和 Ic 的波形失真，称为截止失真（对于 PNP 型来说）如图（2）所示 T（）CI（EI）ReEEIU（因为BQU基本不变）BEUBI CI 当工作点设置过高，在输入信号的正半周，工作状态进入饱和区，此时 Ib继续增大而 Ic 不再随之增大，因此引起 Ic 和 Uce 的波形失真，称为饱和失真。如图（3）所示 由于放大电路有失真问题，因此它存在最大不失真输出电压幅值 Uom。最大不失真输出电压是指：当工作状态一定的前提下，逐渐增大输入信号，三极管还没有进入截止或饱和时，输出所能获得的最大电压输出。当电压受饱和区限制时 Uom=Uce-uce，当电压受截止区限制时，当电压受截止区限制时。小结 1、放大电路实际上是能量转换器，在输入信号的控制下，将电源提供功率的一部分转换为交流功率输出，使负载获得的随信号而变化的能量比信号源提供给的能量大得多。2、放大电路的性能指标和分析方法。3、共射极放大电路不仅能够放大电压，而且能放大电流。但一般作电压放大级。课后作业 1、分压式偏置电路如果发射极不接旁路电容时，估算其Q点和交流性能指标。2、P115-116 上的1、2、3。目录 1.课程设计的目的与作用.3 2.设计任务、及所用 multisim 软件环境介绍.3 2.1 设计任务.3 2.2 multisim 软件环境介绍.3 3.电路模型的建立.3 3.1 单管共射放大电路分析电路图.3 3.1.1 静态工作点分析电路图.4 3.1.2 动态工作点分析电路图.4 3.2 二极管单向导电性分析电路图.4 4.理论分析及计算.5 4.1 单管共射电路.5 4.1.1 静态工作.5 4.1.2 动态分析.6 4.2 二极管单向导电性.6 5.仿真结果分析.6 5.1 单管共射放大电路.6 5.1.1 测量静态工作点.6 5.1.2 动态工作点.7 5.2 二极管单向导电性.8 6.设计总结和体会.9 7.参考文献.10 1.课程设计的目的与作用 学习基本放大电路的设计方法 研究基本放大电路的设计方案 掌握基本放大电路的参数设定 学习研究稳压管稳压特性电路设计方法 通过仿真加深对稳压管稳压特性的了解 了解并掌握 Multisim软件，并能熟练的使用其进行仿真 2.设计任务、及所用 multisim软件环境介绍 2.1设计任务 单管共射放大电路仿真及二极管单向导电性分析（1）采用 multisim 仿真软件建立电路模型；（2）对电路进行理论分析、计算；（3）在 multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图。2.2 multisim 软件环境介绍 NI Multisim 11 是美国 NI 公司推出的电子线路仿真软件的最新版本。NMul 它用软件的方法虚拟电子与电工元器件以及电子与电工仪器和仪表，通过软件将元器件和仪器集合为一体。它是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。NI Multisim 11 的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用。同时可以新建或扩展有的元器件库，建库所需元器件参数可从生产厂商的产品使用手册中查到。NI Multisim 11的虚拟测试仪器表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源等等；还有一般实验室少有或者没有的仪器，如波特图仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪,安捷伦多用表，安捷伦示波器、以及泰克示波器等。NI Multisim 11 具有详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析、稳态分析等各种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。它还可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。3.电路模型的建立 3.1单管共射放大电路分析电路图 在 multisim中构建单管共射放大电路如图 1,2所示 3.1.1 静态工作点分析电路图 图 1 3.1.2 动态工作点分析电路图 图 2 3.2二极管单向导电性分析电路图 在 multisim中构建稳压管稳压特性电路如图 3 所示 图 3 4.理论分析及计算 4.1单管共射电路 4.1.1 静态工作 当外加输入信号为零时，在直流电源 vcc 的作用下，三极管的基极回路和集电极回路均存在着直流电流和直流电压，这些直流电流和电压在三极管的输入、输出特性上各自对应一个点，成为静态工作点。静态工作点处的基极电流、基极与发射极之间的电压分别用符号 IBQ、UBEQ 表示，集电极电流，集电极与发射极之间的电压则用 ICQ、UCEQ 表示。由三极管的输入特性可知，UBEQ 的变化范围很小，可近似认为 硅管 VUBEQ8.06.0 锗管 VUBEQ3.01.0 此次实验用的是硅管，设三级管的VUBEQ7.0 由图中的直流通路，可求得单管共射放大电路的静态基极电流为 34.15-集电极静态电流1.79 静态几点集合发射机之间电压2.581V 4.1.2 动态分析 近似有mAIICQEQ02.2 43.956261EQbbbeImVrr kRRRCLL5.1/放大倍数42.78beLUrRA 输入电阻17.953/bebirRR 输出电阻kRRCO3 4.2二极管单向导电性 输入信号是一个双向正弦波电压，而经过二极管以后，在输出端得到一个单方向脉动电压，二极管具有单向导电性 当 Ui0 时，U0 当 Ui0 时，UUi 5.仿真结果分析 5.1单管共射放大电路 5.1.1 测量静态工作点 在仿真电路中接入三个虚拟数字万用表，分别设置为直流电流表或直流电压表，以便测量BQI,CQI,和CEQU.仿真如图 5 图 5 静态工作点直流工作分析 图 6 5.1.2 动态工作点 图 7 输出波形 电路仿真后可以从虚拟示波器观察到的输入 ui和输出 u0波形如图，channelA 为输入波形，channelB 为输出波形。可见波形没有明显非线性失真，两者波形相位相反 动态工作输入点 3 和输出点 2 的幅频特性和相频特性点 图 8 仿真电路电压表和电流表读数 图 9 计算得到UA,iR,和OR 将虚拟数字万用表设置为交流电压表和交流电流表，可测得当 Ui=1.414v，Ib=8.566A，U0=14.14mA 时，输入电阻 703k 输出电阻kRRCO3 因此，仿真结果和理论结果基本相同证明理论的正确性。5.2二极管单向导电性 图 10 如上图所示，仿真以后，可由示波器观察到输入、输出波形，输入信号是一个双向正弦波的电压，而经过二极管以后，在输出端得到一个单方向的脉动电压，可见二极管具有单向导电性。6.设计总结和体会 首先，通过这次模电仿真设计使我对模电有了更深一步的了解，使我认识到了在模电课程设计中，对模电知识的掌握是十分重要的，对 Multisim 软件的操作也是十分重要的。为了能熟练的进行设计，我对课本知识进行了系统的复习，以熟练准确的设计-。为了能熟练的使用 Multisim10 软件，以符合设计的需求，我对这个软件进行了基础操作的学习和练习。在进行了充分的准备之后，做起课程设计便得心应手。其次，课程设计是一门专业课。在设计前，将抽象的理论知识与实际电路设计联系在一起是我设计电路的初步方法，在设计电路的过程中加深了我对课本知识的理解和综合运用，培养了我综合运用理论知识和专业知识解决实际工程问题的能力，以及工程意识探索和创新能力。7.参考文献 1 杨素行.模拟电子技术基础简明教程.第三版.高等教育出版社 2 路勇.电子电路实验及仿真.清华大学出版社
