实验一 单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1）掌握单级放大电路在仿真软件中的设计。

1）掌握放大电路与静态工作点的调整和测试方法。

2）掌握放大电路的动态参数的测试方法。

3）观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。

二、实验要求1.设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率10kHz(峰值1mV) ，负载电阻3.9kΩ，电压增益大于70。

2.调节电路静态工作点(调节偏置电阻)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。

3.调节电路静态工作点(调节偏置电阻)，使电路输出信号不失真，并且幅度最大。

在此状态下测试：①电路静态工作点值；②三极管的输入、输出特性曲线和 、 rbe 、rce 值；③电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；4.电路的频率响应曲线和L f 、H f 值。

三、实验步骤1.单级放大电路的原理图及原理图1.1单级放大电路原理图放大电路的原理图如上，该电路为一个分压偏置单级共射放大电路，其中信号源为10kHz （峰值为5mV ），该电路的负载为8k Ω。

输入输出信号都是通过耦合电容连接信号源和负载的，这样做可以使得静态工作点不受负载和信号源的影响。

该电路利用R4和R5从而稳定住三极管基极的电压值。

引进了的电容C3对三极管的静态工作点没有影响，而在三极管的动态分析时可以将R2的作用忽略，使得小信号分析更加的简便。

分压偏置的电路中引入了一个电位器R6，目的是为了在实验中便于修改三极管的静态工作点。

2.电路的截止失真和饱和失真（1）电路的饱和失真调节电位器R6，可以改变三极管的静态工作点，当R6值为1%时（0.7k Ω）在虚拟示波器中可以观察到输出波形明显的出现了饱和失真的现象，输出波形如图1.2所示。

利用Multisim 的“直流工作点分析”功能可以测出三极管的静态工作点。

由于软件本身的限制，无法直接读取三极管的Vce 值。

为了解决这个问题，实验中添加表达式测量项b e V V （本实验电路中的表达式为“V(3)-V(2)”）来表示Vce ，测量结果如图1.3所示。

图1.2输入波形和饱和失真的输出波形图1.3饱和失真时三极管的静态工作点值电路输出波形发生饱和失真的原因是由于三极管进入了饱和区。

当输入信号正半周的部分波形进入晶体管的饱和区，三极管的放大能力不够使得波形出现了失真。

并且共射电路输入和输出信号存在着180°的相位差，所以从图上我们可以看到波形的失真发生在输出波形的负半周。

如果画出负载线图形就会发现饱和失真时，静态工作点Q过高，为了解决饱和失真，可以降低Q点，即减小Vb或者增大Vc（在本实验中调节电位器R6就是采用调节Vb的方法）。

（2）电路的截止失真调节电位器R6，当R6的值为74%时（51.8 kΩ）输出波形发生了截止失真，如图1.4，截止失真的静态工作点值如图1.5。

由于通过观察输出波形无法判断是否发生了截止失真，因此采用以下两种方法来判断输出信号是否发生了截止失真。

①观察Vce的直流电压值，当电压值接近Vcc时（本实验指12V）电路发生了截止失真。

②观察输出信号的交流电压值，当输出电压小于等于输入信号的交流电压值时，输出信号发生了截止失真。

图1.4输出信号发生截止失真时的波形图图1.5电路发生截止失真时的静态工作点值因为三极管进入了截止区工作，从而引起了输出波形的截止失真。

若用图解法分析，晶体管的静态工作点Q设置较低时，由于输入信号的叠加有可能使叠加后的波形一部分进入截止区，这样就会出现截止失真，NPN型三极管共射极放大电路的截止失真的表现是输出电压的顶部出现削波，PNP型三极管的共射放大电路的截止失真是底部失真（本实验中理论上应出现顶部削波但是现象并不明显）。

三极管的输出和输入正好是反过来的，即反相输出。

假设输入的是正弦波，静态工作点正好合适，即静态工作点电压是正弦波电压峰峰值的一半，那么当输入的波形是正半周时，输出电压波形正好和负半周期波形是一样的;当输入的波形是负半周时，输出电压波形正好和正半周期波形是一样的。

如果静态工作点电压大于输入波形的峰峰值的一半，那么当输入的波形是正半周时，快到峰值时，三极管就会处于饱和状态，那么此时的输出就不再随输入变化了，出现了饱和失真;即输出得到的负半周正弦波波形就没有谷底了.反之，当输入的波形是负半周时，快到谷值时，三极管就会处于截止状态，那么此时的输出就不再随输入变化了，出现了截止失真;即输出得到的正半周正弦波波形就没有峰值了，我们称之为截止失真。

Q点设置过低造成的截止失真属于输入端失真，所以只能从输入端解决。

解决方法有增大Vb(本实验中采用减小电位器R6值)。

（3）电路最大不失真①电路的输出波形与静态工作点当R6的值为5%时（3.5kΩ）电路出现最大不失真状态，输出信号的波形如图1.6所示，静态工作点值如图1.7所示。

图1.6最大不失真时输出信号的波形图1.7最大不失真时静态工作点值②静态工作点下β，rbe，rce值的求解用实验的三极管重新设计两个电路用以测量β，rce，rbe的值如图1.8和图1.9所示。

图1.8输入特性曲线分析电路图1.9输出特性曲线分析电路利用Multisim的“直流扫描”功能，可以分别画出三极管的输入/输出特性曲线图。

从而求出β，rce，rbe。

现在画出输入特性曲线如图1.10。

图1.10输入特性曲线为了测量rbe的值，选取静态工作点附近的两个曲线上的点，测量出rbe的值，如下图。

图1.11曲线静态工作点附近测量 图1.12静态工作点附近的测量值 下面计算rbe 的值：570.3896| 1.4047406.0659BE be Q B v V r k i nAμ∆==≈Ω∆ 利用输出特性曲线可以计算β和rce 的值。

曲线图及计算过程如下：图1.13不同ib 时的输出特性曲线图1.14曲线的测量值下面计算β：4.8632 1.4235|171.98520C Q B i mV mV i Aβμ∆-===∆ 利用输出特性曲线在静态工作点Q 附近的值，可以算出rce ，如下图。

图1.15输出特性曲线 图1.16输出特性曲线 下面计算rce 的值：570.3896| 1.4047406.0659BE be Q B v V r k i nAμ∆==≈Ω∆ ③放大倍数的求解测量输入信号和输出信号的电压值，求出实验电路的电压增益如下：304.1||||86.03.535out v in V mV A V mV==≈ 下面计算理论上电压增益的值：13(||R ||r )87.3276ce v be R A r β=-≈-理论误差分析如下：v ||||||100% 1.52%v v A A e A -=⨯=理论理论④输入输出电阻的测量与求解测量输入电阻时，用万用表交流档，分别测量输入电压和输入电流，就可以测量出输入电阻的阻值。

计算过程如下：3.535782.9464.515i mV R Aμ==Ω 下面计算理论上的输入电阻值：546||(0.75)||r 884.5be i R R R R =+≈Ω理论图1.17输入电阻测量电路在测量输出电阻时，应该先对电路加以处理，即将电压源置零，负载断开，在输出端口加以激励。

测量输出端的电压电流值，便可以求得输出电阻的值。

计算过程如下：3.535805.14.391o mV R Aμ=≈Ω 下面计算输出电阻的理论值：3||r 783.1ce o R R =≈Ω理论计算理论值与实际值的误差有：o o e ||100% 2.809%o R R R -=⨯≈理论理论 ⑤电路的幅频相频曲线利用Multisim 的“交流分析”的功能，能够仿真出电路的幅频曲线图和相频曲线图，如图1.18所示。

图1.18电路幅频和相频曲线 图1.19曲线的测量值 由于放大电路中电容、电感及半导体器件结电容等电抗元件的存在，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的数值会下降并产生相移。

通常情况下，放大电路只适用于放大某一个特定频率范围内的信号。

因此在设计电路中必须确定上下限的截止频率和通频带。

由图1.18中仿真曲线的可以看出，电压增益下降到0.7倍（3dB ）时，可以看做是上下限截止频率。

由图1.19可以看出上限频率为36.1610H f MHz = ，下限截止频率为 1.5691L f kHz = 。

求解通频带宽：33.7819H L BW f f MHz =-=四、实验小结通过本次实验，可以看出利用Multisim 软件仿真出来的结果与理论计算上得出的结论相差并不大。

理论计算与仿真结果的误差可能是由于在理论计算时，对电路进行了化简。

而在仿真软件中元器件参数存在温度系数等差别，也造成了与理论值不符合的现象。

其次，试验中求解rbe ，rce 时，用的是图解法，那么在测量曲线的斜率的时候采取的是用割线代替切线的做法，不能避免的引入了误差。

但是，在现实中搭建电路时，可能与理论值或者实际值存在更大的差别。

因为实际电路中的元件的参数是离散的，厂家给出的仅仅是原件参数的一个平均值。

并且模拟电路容易受到温度的影响，在不同温度下做出的结果也会存在差异。

因此对于模拟电路的设计，在理论计算和仿真之后的电路符合设计标准时，仍然需要在面包板或者实验板上搭建电路进行测试。

在本次实验的过程中，在求解三极管静态工作点的时候，由于软件本身不具备求解三极管Vce 的选项，因此采取了求解表达式“Vc-Ve ”的方法间接求取Vbe 的值。

在调节电路到截止失真时，通过示波器并不能观察出理论上截止失真时应该出现的顶端削波的情形。

为了解决这个问题，本实验中采取了在输出端加入一个万用表，通过观察万用表的交流电压值是否小于或等于输入信号电压值，来判断电路是否发生了截止失真的情况。

本实验通过调节电位器R6来控制波形的输出，但是R6的最小调节单位为1%，有时可能会正好调节过电路所需要的最佳工作点。

因此，实验中在R6下面加入了一个电阻R4，用以控制电路的最佳工作点。

作为推广，在电路需要某个最佳工作点时，也可以将R4变为大阻值电阻，R6的变化范围减小，这样可以用R4将工作点设置在最佳点附近，而用R6进行微调，从而得到最佳工作点。

实验二 差动放大电路的设计与仿真一、实验目的1.掌握长尾差动放大电路的设计方法。

2.掌握长尾差动放大电路的静态工作点的调试方法。

3.掌握长尾差动放大电路的差模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。

了解差模电压放大倍数的频率特性，观察交流参数的特点。

二、实验要求（1）设计一个长尾式差动放大电路，给定阻值为100k Ω的射极公共电阻，要求空载时的VD A 大于20。

（2）测试电路每个三极管的静态工作点值和 、 rbe 、rce 值。

（3）空载下给电路分别输入差模和共模交流小信号，分别测试电路的双端输出的差模增益VD A ，单端输出的差模增益1VD A ,双端输出的共模增益VC A 以及单端输出的共模增益1VC A 值。