成都理工大學(xué)電子設(shè)計(jì)仿真與虛擬實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

成都理工大學(xué)電子設(shè)計(jì)仿真與虛擬實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)題目名稱：三極管放大電路仿真分析學(xué)院名稱：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院所屬專業(yè)：通信工程學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：通信4班是否選課：已選課郵箱：日期：2014/10/19

一.設(shè)計(jì)的題目及其要求（1）設(shè)計(jì)題目三極管放大電路仿真分析（2）課程設(shè)計(jì)的目的、基本要求及其功能實(shí)驗(yàn)利用該軟件對(duì)三極管單級(jí)放大電路進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證電路元件參數(shù)的改變是否影響電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，動(dòng)態(tài)輸出是否也因此產(chǎn)生變化。該實(shí)驗(yàn)揭示了靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性。（3）設(shè)計(jì)要求的最終指標(biāo)電路元件參數(shù)的改變直接影響電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，動(dòng)態(tài)輸出也因此產(chǎn)生變化。二.設(shè)計(jì)的基本思路及其設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)放大電路是構(gòu)成各種功能模擬電路的基本電路，能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)最基本的處理--放大，因此掌握基本的放大電路的分析對(duì)電子電路的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。三極管放大電路是含有半導(dǎo)體器件三極管的放大電路，是構(gòu)成各種實(shí)用放大電路的基礎(chǔ)電路，放大電路放大的對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，但放大電路能進(jìn)行放大的前提是必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，如果靜態(tài)工作點(diǎn)不合適，輸出的波形將會(huì)出現(xiàn)失真，這樣的“放大”就毫無(wú)意義。什么樣的靜態(tài)工作點(diǎn)是合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；電路中的參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)及動(dòng)態(tài)輸出會(huì)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(wèn)題單靠課堂上的推理及語(yǔ)言描述往往很難有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。本實(shí)驗(yàn)有助于我們對(duì)電子電路中的各種現(xiàn)象形成直觀的認(rèn)識(shí)，加深我們對(duì)于電子電路本質(zhì)的理解。三.方案原理論述圖1阻容耦合三極管單級(jí)放大電路圖1阻容耦合三極管單級(jí)放大電路使用Multisim虛擬儀器進(jìn)行在線測(cè)量。仿真分析時(shí)應(yīng)遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則。首先獲取電路的靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)，再輸出電路的動(dòng)態(tài)輸出情況。這里將利用“直流工作點(diǎn)分析”功能讀取靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)估算表達(dá)式：UBQICQUCEQ由理論分析可知，當(dāng)利用三極管單級(jí)放大電路對(duì)交流小信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，如果為電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，就能保證三極管在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均工作在放大區(qū)，放大輸出的信號(hào)就不會(huì)失真。若Q點(diǎn)偏高，三極管會(huì)在輸入信號(hào)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(huì)出現(xiàn)頂部失真，而放大電路輸出的信號(hào)則會(huì)出現(xiàn)底部失真。若Q點(diǎn)偏低，三極管會(huì)在輸入信號(hào)的負(fù)半周因發(fā)射結(jié)電壓UBE低于導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)通電壓UON，但UCEQ（3）若UBEQ的取值小于三極管2N222A的導(dǎo)通電壓UON，但四.仿真設(shè)計(jì)分析在圖1所示電路中選擇節(jié)點(diǎn)電壓UB,UC,UE作為“直流工作點(diǎn)分析”的三個(gè)電路變量，據(jù)此計(jì)算U獲得靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)后，通過(guò)電阻R1，R2為電路輸入頻率為1kHz、幅值為500mV的正弦信號(hào)Ui，此時(shí)三極管上真正的輸入信號(hào)應(yīng)為電阻R2兩端獲得的動(dòng)態(tài)小信號(hào)UR2，其幅值低于10mV，符合實(shí)驗(yàn)電路交流小信號(hào)的要求。三極管的動(dòng)態(tài)輸出信號(hào)為負(fù)載RL兩端的輸出電壓URL，用雙蹤示波器顯示實(shí)時(shí)的輸入信號(hào)U由式（1）~式（3）可知，可調(diào)電位器Rp的取值將影響各靜態(tài)工作點(diǎn)的取值，仿真過(guò)程中通過(guò)修改電路元件Rp的參數(shù)改變基極電阻，觀察各項(xiàng)靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)當(dāng)Rp=350kΩ時(shí)得到如圖所示的直流工作點(diǎn)數(shù)據(jù)。可得三極管三個(gè)極此時(shí)的電位：UB≈0.8398V,UC≈6.65V,UE由此計(jì)算得靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)：UBEQ≈0.6224V,UCEQ≈可見，UBEQ>UON，UCEQ>UBEQ，且此時(shí)的輸入輸出波形，從波形圖看出，輸入與輸出反相，URL正負(fù)半周對(duì)稱，URL實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)靜態(tài)工作點(diǎn)偏高由式（1）~式（3）可知，當(dāng)Rp減小時(shí)，三極管基極電位UBQ會(huì)升高，發(fā)射極電流和集電極電流會(huì)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(huì)增大，使得U現(xiàn)調(diào)節(jié)Rp使之取值為91kΩ，得到如圖所示的直流工作點(diǎn)數(shù)據(jù)?？傻萌龢O管三個(gè)極此時(shí)的電位：UBQ≈1.13V,UCQ≈0.589,UEQ由此計(jì)算得靜態(tài)工作點(diǎn)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?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)過(guò)高導(dǎo)致的。靜態(tài)工作點(diǎn)偏低反之，當(dāng)基極電阻Rp增大時(shí)，三極管基極電位UBQ會(huì)降低，同時(shí)發(fā)射極電流和集電極電流會(huì)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(huì)減小，使得U調(diào)節(jié)Rp取值為700kΩ。，得到如圖所示的直流工作點(diǎn)數(shù)據(jù)?？傻萌龢O管三個(gè)極此時(shí)的電位：UBQ≈0.576V,UCQ≈11.4V,UEQ由此計(jì)算得靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)：UBEQ≈0.552V,UCEQ≈可見，UBEQ<UON，UCEQ五、總結(jié)和設(shè)計(jì)心得體會(huì)由上述仿真結(jié)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(diǎn)，電路靜態(tài)工作點(diǎn)的取值直接影響電路的動(dòng)態(tài)輸出，體現(xiàn)了靜態(tài)工作的重要性，與理論分析的結(jié)果一致。利用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，可以一邊修改電路參數(shù)一邊觀察仿真結(jié)果，能實(shí)時(shí)看到電路參數(shù)改變帶來(lái)的結(jié)果，省去了復(fù)雜的計(jì)算推理，結(jié)果卻更加形象直觀。同時(shí)還能得到一些單靠理論分析所看不到的結(jié)果，如三極管出現(xiàn)底部失真及頂部失真對(duì)應(yīng)的電路元件參數(shù)臨界值。本次電子設(shè)計(jì)的勝利完成是對(duì)我所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)。從確定設(shè)計(jì)題目到找資料，畫圖，分析，仿真，寫報(bào)告