. '. 单管共射放大电路的仿真
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'. 仿真电路图介绍及简单理论分析 电路图:
电路图介绍及分析: 上图为电阻分压式共射极单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路,并在发射极中接有电阻RE,以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后,在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反,幅值被放大了的输出信号uo,从而实现了电大的放大。 元件的取值如图所示。
静态工作点分析(bias point): 显示节点:
仿真结果: . '. 静态工作点分析: VCEQ=1.6V, ICQ≈1.01mA,IBQ= ICQ/ ß 电路的主要性能指标: 理论分析: 设ß=80,VBQ =2.8v VEQ=VBQ-VBEQ=2.1v rbe≈2.2kΩ Ri=1.12kΩ,Ro≈8.3 kΩ Au=-βRL’/rbe=56.7 仿真分析: 输入电阻: 输出电阻: .
'.
Ri=0.86kΩ Ro≈9.56 kΩ
输入电压: 输出电压: .
'. 则Au=51.2 在测量电压放大倍数时,Au=-βRL’/rbe,根据此公式计算出来的理论值与实际值存在一定的误差。引起误差的原因之一是实际器件的β和rbe与理想值80和200Ω有出入。在测量输入输出阻抗时,输出阻抗的误差较小,而输入阻抗的误差有些大,根据公式Ri=RB// rbe,理论值与实际值相差较大应该与β和rbe实际值有很大关系。
失真现象: 1. 当Rb1,Rb2,Rc不变时,Re小于等于1.9 kΩ时,会出现饱和失真 .
'. 当Re大于等于25 kΩ时,会出现较为明显的截止失真
2. 当Rb1,Rb2, Re不变时,Rc大于8.6 kΩ时,会出现饱和失真 3. 当Rb1, Rc, Re不变时,Rb2大于10.4 kΩ时,会出现饱和失真 .
'. 当Rb1, Rc, Re不变时,Rb2小于5.6 kΩ时,会出现截止失真 4. 当Rb2, Rc, Re不变时,Rb1小于32 kΩ时,会出现饱和失真
动态最大输出电压的幅值: .
'. 改变静态工作点,我们可以看到有波形出现失真。静态工作点偏低,出现截止失真;静态工作点偏高,出现饱和失真。
放大电路的幅频相应和相频相应:
测出温度变化对静态工作点的影响: 第四章 结论 通过以上实验可知,仿真所得值与理论计算基本一致。 偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路,并在发射极中接有电阻RE,以稳定放大器的静态工作点。 放大器在线性工作范围内,可以将信号不失真地放大,超过这个线性范围后,其输出信号. '. 将产生非线性失真。要得到不失真的放大效果,必须设置合适的静态工作点。 基极的电压是与直流工作电压成线性关系,VBQ=[RB2/(RB1+RB2)]*Vcc,即VBQ应与Vcc成线性关系。 在电压频率特性曲线中,可以得到电路的通频带。通频带的宽度表明放大电路对不同频率信号的放大能力。 在瞬态波形上,可以读出输入和输出电压的峰值,从而求出增益Au。同时发现,输入输出电压相位相反。 设定RL为全局参数后,RL变大,VO变大。输出电压变大,电压增益会变大。即随着负载的增大,输出电压和增益都会增大。 通过以上的仿真结果及分析,我们发现仿真结果和理论结果大体是一致的。所以仿真是成功的。
理论分析: 由以上结果可知,理论分析的值与仿真分析的值相对误差较小,引起误差的主要原因是在理论分析时,VBE取0.7v,,而在实际电路中,由管的材料性质本身决定的VBE不到0.7v。另外,三极管的放大倍数也不是理想的150,有一定的误差。
1. 直流特性扫描分析(DC sweep) 参数设置: .
'. 仿真结果: V_VCC0V1V2V3V4V5V6V7V8V9V10V11V12VV(Rb2:2)
0V
2.0V4.0V VBQ=[RB2/(RB1+RB2)]*Vcc,VBQ应与Vcc成线性关系,所以仿真结果与理论分析很符合。 2. 交流小信号频率分析(AC sweep) 参数设置: .
'. 幅频响应曲线: Frequency10Hz100Hz1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(RL:2)
0V
40V80V(1.9404K,67.014)
通频带为13.122MHz,增益为67.014 输入电阻的频率响应曲线:
Frequency10Hz100Hz1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(Vs:+) / I(Vs)
0
4K8K12K . '. Frequency10Hz100Hz1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(Vs:+) / I(Vs)
0
4K8K12K(1.0000K,2.8328K) 信号1KHz时,输入电阻为2.8328KΩ 改变电路图:
VsFREQ = 1kVAMPL = 5mVOFF = 0VCCQ1Q2N2222
Cc33uCb33uRc3kVCC12VdcV0Rp200kR51k
Rb251kVVCCCe220uRe2k
0
输出电阻的频响曲线: Frequency10Hz100Hz1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(Vs:+) / I(Vs)
0
2.0K4.0K(1.0000K,2.8374K)
信号1KHz时,输出电阻为2.8374KΩ 理论分析: IBQ=0.01mA rb’e=VT/IBQ=2.6KΩ rbe= rb’e+ rbb’=2.9 KΩ . '. RB=34.12 KΩ Ri=RB∥rbe=2.67 KΩ Ro=Rc=3 KΩ Au=-62
4.瞬态特性分析(Transient Analysis) 参数设置:
仿真结果: Time0s0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0msV(RL:2)
-400mV
0V400mVV(Vs:+)-5.0mV0V5.0mVSEL>>
绿色的为输入电压,红色的为输出电压 输入电压最大值Vimax=5mv,输出电压最大值Vomax=349.314mv 增益|Au|=Vomax/Vimax=69.863,大于理论值。造成误差的原因是,实际上输出的最大值是不相等的,因而求出的最大值可能会偏大,造成求出的增益偏大。 加大输入电压峰值时,可以看到明显的输出波形失真 . '. Time0s0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0msV(RL:2)
-1.0V
0V1.0V2.0V
Time0s0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0msV(RL:2)
-1.0V
-0.5V-0.0V0.5V
5.参数扫描分析(Parametric Analysis) 设定RL为全局参数
Q1Q2N2222Rc3kRe2kCc33uCe220uVCC12VdcRL{Rl}VCCPARAMETERS:VCCRp200kVsFREQ = 1kVAMPL = 5mVOFF = 00R51k0Rb251k
Cb33uV
参数设置: .
'. 仿真结果: Time0s0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0ms... V(Cc:2)... V(Cc:2)
-1.0V
0V1.0V RL变大,VO变大。输出电压变大,电压增益会变大。 理论分析,Au=-βRL’/[ rbe+(β+1)RE1],RL’=RL∥RC,RL变大,RL’变大,增益会变大,输出电压会随着负载电阻的增大而增大。
第四章 结论 通过以上实验可知,仿真所得值与理论计算基本一致。 偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路,并在发射极中接有电阻RE,以稳定放大器的静态工作点。 放大器在线性工作范围内,可以将信号不失真地放大,超过这个线性范围后,其输出信号将产生非线性失真。要得到不失真的放大效果,必须设置合适的静态工作点。 基极的电压是与直流工作电压成线性关系,VBQ=[RB2/(RB1+RB2)]*Vcc,即VBQ应与Vcc成线性关系。 在电压频率特性曲线中,可以得到电路的通频带。通频带的宽度表明放大电路对不同频率