余茂全， 吳舒翰

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥 231603)

利用Multisim仿真軟件可以實現(xiàn)電路仿真分析,對電路性能作較深入的研究,并對仿真電路需要測量的數(shù)據(jù)進行理論計算,以便將測量值與理論值進行對照。通過Multisim以及虛擬儀器技術(shù),可以完成從電路的理論設(shè)計到測試及生產(chǎn)這一較為完整的綜合設(shè)計流程。本文對模擬電子技術(shù)中的基本共射放大電路進行了仿真研究,分析了基本共射放大電路的靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù),利用虛擬儀器分析了波形圖、頻率響應(yīng)曲線,并進行了參數(shù)動態(tài)掃描[1-4]。

1 仿真電路模型的建立

使用Multisim建立基本共射放大電路模型,采用阻容耦合及分壓式負反饋,圖1中XFG為信號源,作為輸入信號,產(chǎn)生幅值為2mVp,頻率為10kHz的正弦波;XSC1為示波器,通道A測量輸入電壓波形,通道B測量輸出電壓波形;XBP1為波特儀;XDA1為失真分析儀;晶體管型號選擇為2N2222A,并設(shè)置β=100;Rw為可調(diào)電阻;集電極電阻RC、直流負反饋電阻Re等其他參數(shù)值如圖1所示。

圖1 阻容耦合基本共射放大電路

用Multisim中的IV分析儀單獨分析2N2222A晶體管的輸出特性曲線。輸出特性曲線描述了基極電流IB為常數(shù)時,集電極電流ic與管壓降UCE之間的函數(shù)關(guān)系,即ic=f(uce)|IB=呈。由于對于每一個確定的基極電流IB都有一條曲線,所以輸出特性是1族曲線,IB取6.65μA至66.5μA內(nèi)等差的十條曲線,如圖2所示。

圖2 晶體管2N2222A的輸出特性曲線

2 靜態(tài)工作點分析

用Multisim中的“直流工作點分析”功能進行直流工作點分析,測量靜態(tài)工作點,得靜態(tài)工作點的測量值及以計算值為基準的誤差如表1所列,且靜態(tài)工作點基本對應(yīng)圖2中的Q1點。和計算值相比,測量值的誤差較小。

表1 放大電路的靜態(tài)工作點測量值和計算值

3 動態(tài)參數(shù)的分析

圖3 交流等效電路

3.1 輸入、輸出電壓波形

圖4 放大電路的輸入、輸出電壓波形

3.2 頻率響應(yīng)

用波特測試儀觀測相頻特性曲線和幅頻特性曲線,并測量中頻電壓放大倍數(shù)AU為72.4414。當(dāng)信號頻率上升或者下降到一定程度,放大倍數(shù)數(shù)值也減小,當(dāng)放大倍數(shù)的數(shù)值等于0.707倍AU時候?qū)?yīng)的兩個頻率分別稱為上限截止頻率和下限截止頻率。由圖5中幅頻特性曲線可以看出,上限截止頻率為42.4022MHz時對應(yīng)的增益為51.2428,下限截止頻率為1.2279kHz時對應(yīng)的增益為51.1908,通頻帶為42.401MHz。由圖5中相頻特性曲線可以看出,低頻段輸出電壓波形和輸入電壓波形相位差約為90o,中頻段輸出電壓波形和輸入電壓波形相位差為180o,即輸入電壓和輸出電壓的相位相反。

圖5 幅頻特性曲線和相頻特性曲線

3.3 輸入、輸出電阻

可見Ri的實測值1.044kΩ和計算值1.07kΩ相差不大,但Ro的計算由于輸出電阻RL=5.1kΩ的值較小,受電路誤差及晶體管電阻的影響,實測值1kΩ和計算值1.2kΩ相差較大。如果將RL的取值增大到45.9kΩ時,RO=1.16kΩ就較為接近計算值。

3.4 失真分析

使用失真分析儀分析輸出電壓UO的總諧波失真(THD),當(dāng)輸入電壓Ui所加頻率均為10kHz的正弦波,而幅值不同時,總諧波失真如表2所列。

表2 總諧波失真

其中輸入電壓Ui加幅值為50mVp,頻率為10kHz的正弦波時,輸入和輸出波形如圖6所示。明顯可以看出,此時輸出電壓UO上半部分已經(jīng)發(fā)生失真。

3.5 參數(shù)掃描

利用參數(shù)掃描分析研究負載電阻對電路電壓放大倍數(shù)的影響,在輸入電壓幅值為2mV,頻率為10kHz時,圖7顯示了負載電阻RL為不同值時,輸出電壓的參數(shù)掃描分析結(jié)果,由圖中可知,負載RL的阻值越大,負載所獲得的電壓越大,輸出電壓增大,電壓放大倍數(shù)就越大。但當(dāng)RL的值增加到一定值的時候,負載所獲得的電壓將不會再增大,放大倍數(shù)基本上保持不變或者變化很小。因為輸出電壓實際上是負載電阻RL和RO串聯(lián)之后RL的分壓,而電路的輸出電阻RO=1.2kΩ,在RL值大于RO十倍左右以后UO的值變化就不再明顯。

圖6 發(fā)生失真時的輸出電壓波形

圖7 負載電阻RL為不同值時的輸出電壓波形

4 結(jié)束語

本文運用Multisim 軟件對基本共射放大電路進行了仿真研究,測試了三極管的輸出特性曲線,電路的靜態(tài)工作點,輸入輸出電阻等參數(shù),并獲得了輸入電壓、輸出電壓波形,幅頻特性曲線和相頻特性曲線。將仿真的結(jié)果與理論計算結(jié)果進行分析,可以看出仿真的結(jié)果可以形象的描述基本共射放大電路的工作特點,有利于研究放大電路的參數(shù)及工作過程。