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1、单管放大器的设计与仿真单管放大器的设计与仿真学院：材料与光电物理专业： 微电子学号： 2007700326姓名： 朱润贵指导老师：唐明华教授2010年9月14号目录摘要：1关键词：1Abstract:1Keywords:11 引言22 单管放大电路的设计52.1 提出设计指标52.2 拟定电路方案52.3 设置静态工作点计算元件参数52.4 电路调试62.5 结果 测量73 单管放大电路的仿真113.1 multisim11 简介113.2 运用multisim11进行电路仿真133.2.1 直流分析133.2.2 交流分析143.3.3 噪声分析163.3.4 灵敏度分析173.3.5 温度
2、扫描分析184 结论205 心得与体会216.致谢22参考文献23附录24单管放大器的设计与仿真摘要：本文采用的是分压式电流负反馈偏置电路设计成的共发射极放大器，对分压式电流负反馈偏置电路能稳定静态工作点的原理作了说明，并将对晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大电路的性能指标与测试方法、放大器的调试技术做阐述。介绍模拟电子电路的一般设计方法和思路，以及EDA软件的一些基本操作和仿真功能。关键词：共射放大器, 阻容耦合，直流负反馈，静态工作点，Multisim11The design and simulation of Single-tube amplifierAbstract: Thi
3、s paper designs a RC coupled common emitter amplifier according to Current negative feedback bias circuit with voltage divider. Also, the principle of why Current negative feedback bias circuit with voltage divider can keep quiescent operating point stable is also explained. Whats more, the method o
4、f setting and adjusting quiescent operating point of transistor amplifier, the way of testing amplifiers performance index and the method of debugging amplifier are mentioned in this paper. Otherwise, this paper contains some general design method and idea of analog electronic circuits, and some bas
5、ic operations and simulation capabilities of EDA.Keywords: Common-emitter amplifier, resistive and capacitive coupling, direct current negative feedback, static operating point, Multisim111 引言放大现象存在于各种场合中，例如，利用放大镜放大微小的物体，这是光学中的放大；利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大；利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。而作为电子电路中的放大 晶体管放大器是放大电
6、路的基础【1】，也是模拟电子技术、电工电子技术等课程的经典实验项目，实验内容涉及方面广泛。本文已常见的作为集成运放电路的中间级的共射放大电路为讨论对象，一方面，对具体包括模拟电路的一般设计步骤、单管共射放大电路设计方案的拟定、静态工作点的设置与电路元件参数的选取、放大电路性能指标的测量、稳定静态工作点的措施等做阐述。对我们在校大学生来说除了要对所学的知识进行回顾外还要单独完成实验项目无疑具有挑战性，另一方面，multisim11作为著名的电路设计与仿真软件，不需要真实电路环境介入，具有仿真速度快，精确度高，准确，形象等优点【2】。本文利用multisim11软件进行实验仿真，具体对共射放大电路
7、进行了静态工作点仿真分析、动态分析、瞬态特性分析、灵敏度分析、参数扫面分析，可以动态直观地观察不同参数对放大电路性能指标的影响，对理解实验原理，熟悉实验过程具有很大的帮助，了解了multisim11仿真软件的一些基本仿真功能和应用，提高了运用multisim11实际动手进行电路仿真操作的能力。一般的共射放大电路采用偏置电路稳定, 为直流负反馈电阻，采用阻容耦合的电路原理图如图一。图 一 采用分压式带直流负反馈的阻容耦合放大电路此放大电路的电压放大倍数：(1)(2)由于半导体材料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。对放大电路，温度对晶体管交流电流放大系数的影响将直接改变电路的放大能力，导致电
8、路的输出不稳定【3】。本文将对上述电路进行改进如图二。由此原理图：（3）图 二 改进后放大电路若，则 ()（4）可见，虽然使减少了，但由于仅取决于电阻取值，不受环境温度的影响，所以温度稳定性好【4】。一般的模拟电路的设计步骤如图三【5】图 三 电路设计的一般步骤下文将参照图二的电路原理图，提出指标，设定元件的具体值，再用multisim11对电路进行仿真分析。2 单管放大电路的设计2.1 提出设计指标用bjt设计一个RC阻容耦合的单管共射放大电器【6】1) 给定条件：, 3KW , 600 KW ，10 mV 2) 性能指标： KW, KW ，20，100Hz ， 103) 其他要求：温度特性
9、好；bjt的参数对放大器性能影响小；具有最大不失真动态范围。2.2 拟定电路方案图二 电路原理图采用的是分压式直流负反馈偏置电路。放大电路的电路静态工作点主要由、及电源电压所决定。该电路利用电阻、的分压固定基极电压VBQ。如果满足流过的电流远大于IBQ，当温度升高时，ICQ VEQ(VBQ不变) VBE IBQ ICQ,结果抑制ICQ了的变化，从而获得稳定的静态工作点。根据所提出的性能指标要求，用常见的2sc1815低频 小功率管。2.3 设置静态工作点计算元件参数工作点稳定的必要条件： ，一般取直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。所以要求 ，一般取（5）由性能指标要求有： ，所以有,取。若取,
10、得,取标称值1.5kW因，得由（3）式，因为有20，又,综合考虑，取标称值。计算电容为：(6)大概取值10，通常取(7)估值取100。2.4 电路调试电路的调试过程中我们将换为的电位器，换为的电位器，如图四，图 四 调试电路将两个值在估算值附近微调，观察波形，选取最佳标称值=61.9W，=40W2.5 结果测量图 五 单管共射放大电路1）放大倍数 （8）由图五调用multisim11的虚拟仪器万用表通常可以测量电阻、电流、电压等参数，我们用万用表分别测量节点1的电压值如图六，测得节点7的电压值如图七图 六图 七将两读数代入公式（8）可得出2)输入电阻的测量输入电阻的测量采用串联电阻法，即在信号
11、与放大器之间串联一个已知的电阻R（一般选取接近的值为宜）如图八，在输出波形不失真的情况下，用虚拟万用表分别测量出与的值，则可求得(9)图 八 求输入电阻的电路原理图两万用表的读数如图九图 九 求输入电阻万用表的读数将两表读数代入公式（9）可得3）输出电阻的测量由图八的电路原理图，在输出波形不失真的情况下进行测量。为放大器负载开路时的输出电压值，为接入负载后放大器的电压值，则(10)测量的电压值如图十，测量电压值如图十一。图 十图 十一将两读数代入公式（10），可得3 单管放大电路的仿真3.1 multisim11 简介NI Multisim11软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软
12、件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim11 是一个完整的集成化设计环境。它具有以下几个特点【7】1) 直观的图形界面 ：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的。2) 丰富的元器件 ：提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。3) 强大的仿真能力 ：以SPICE3F5和X
13、spice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。4) 丰富的测试仪器 ：提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量Multimeter（万用表)Function Generatoer(函数信号发生器)Wattmeter（瓦特表）Oscilloscope（示波器)Bode Plotter（波特仪)Word Generator（字符发生器 )Logic Analyzer（逻辑分析仪)Logic Converter(逻辑转换仪)Distortion
14、Analyer(失真度仪) Spectrum Analyzer(频谱仪) Network Analyzer(网络分析仪) Measurement Pribe(测量探针) Four Channel Oscilloscope(四踪示波器) Frequency Counter(频率计数器) IV Analyzer（伏安特性分析仪）Agilent Simulated Instruments（安捷伦仿真仪器) Agilent Oscilloscope（安捷伦示波器） Tektronix Simulated Oscilloscope（泰克仿真示波器) Voltmeter（伏特表）Ammeter（安培表）C
15、urrent Probe（电流探针） Lab VIEW Instrument（Lab VIEW仪器） 这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。除了Multisim11提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。5) 完备的分析手段 ：Multisimt11提供了许多分析功能DC Operating Point Analysis（直流工作点分析 ）AC Analysis（交流分析） Transient Analysis（瞬态分析） Fourier Analysis（傅里叶分析） Noise Analysis（噪声分析）Distortion Analysis（失真度分析）
