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1、基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 1 页 共 8 页基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计齐龙友( 安庆师范学院物理与电气工程学院 安徽安庆 246011)指导教师：王鹏摘 要: 随着计算机技术的发展,计算机辅助分析与设计在电子电路的设计中得到越来越广泛的应用。文章叙述了利用 Multisim软件对 NPN型三极管进行输出特性曲线测试的方法和步骤,及对基本共射放大电路进行静态和动态分析的方法和设计过程。关键词: Multisim ， 单极共射放大电路，仿真设计一、引 言传统的电子线路分析主要是根据经验和成熟的电路数据来分析、计算、判断,若想更进一步地得到电路的
2、相关数据或波形等参数,则需要搭建试验电路来进行测试,但这种方法费用高、效率低。随着计算机技术的发展,采用计算机仿真来代替实际的实验电路,可以大大减少工作量,提高工作效率，还能保持仿真过程中产生的大量数据、图形，为电子线路整体分析与改进提供方便。实验所需时间较长,加上仪器本身的缺陷,所采集到的数据量较少且误差较大, 使用Multisim软件能很好的解决这些问题， 它具有直观的图形界面、丰富的元器件库、丰富的测试仪器、完备的分析手段和强大的仿真能力等特点。Multisim 软件用虚拟的元件搭建各种电路、用虚拟的仪表进行各种参数和性能的测试。本文将以三极管的单极共射放大电路为例，用Multisim
3、进行单极共射放大电路的性能设计并进行分析。二、Multisim 相关介绍1 Multisim简介Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称 IIT公司)推出的以 Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，它以 Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim 推出了许多版本，用户可以
4、根据自己的需要加以选择，给电子行业提供了很大的方便。2 Multisim 的主窗口基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 2 页 共 8 页图 1 Multisim 的主窗口multisim 软件 界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容，如图 1所示。三、三极管特性曲线测试三极管外部各极电压和电流的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。它不仅能反映三极管的质量与特性，还能用来定量地估算出三极管的某些参数，是
5、分析和设计三极管电路的重要依据。对于三极管的不同连接方式，有着不同的特性曲线。应用最广泛的是共发射极电路，其基本测试电路如图 2所示，共发射极特性曲线可以用描点法绘出，也可以由晶体管特性图示仪直接显示出来。 图 2测量三级管特性曲线电路1输入特性曲线 在三极管共射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压 UBE 维持不同的定值时，UBE 和 IB之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如图 2所示。输入特性曲线的数学表达式为： IBf（UBE）| UBE = 常数 GS0120由图 2可以看出这簇曲线，有下面几个特点： （1）UBE = 0的一条曲线与二极管的正向特性相似。这是因为 UC
6、E = 0时，集电极与发射极短路，相基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 3 页 共 8 页当于两个二极管并联，这样 IB与 UCE 的关系就成了两个并联二极管的伏安特性。 （2）UCE 由零开始逐渐增大时输入特性曲线右移，而且当 UCE的数值增至较大时（如 UCE1V） ，各曲线几乎重合。这是因为 UCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而 IB减小。如保持 IB为定值，就必须加大 UBE ，故使曲线右移。当 UCE 较大时（如 UCE 1V） ，集电结所加反向电压，已足能把注入基区的非平衡载流子绝大部
7、分都拉向集电极去，以致 UCE再增加，IB 也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重合的现象。 （3）和二极管一样，三极管也有一个门限电压 V，通常硅管约为 0.50.6V，锗管约为0.10.2V。 图 3三极管输入特性2、输出特性曲线输出特性曲线如图 3（b）所示。测试电路如图 3(a)。输出特性曲线的数学表达式为： 由图还可以看出，输出特性曲线可分为三个区域：（1） 截止区：指 IB=0的那条特性曲线以下的区域。在此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流 IcEO。 （2） 饱和区：指绿色区域。在此区域内，对应不同 IB值的输出
8、特性曲线簇几乎重合在一起。也就是说，UCE 较小时，Ic 虽然增加，但 Ic增加不大，即 IB失去了对 Ic的控制能力。这种情况，称为三极管的饱和。饱和时，三极管的发射给和集电结都处于正向偏置状态。三极管集电极与发射极间的电压称为集一射饱和压降，用 UCES表示。UCES 很小，通常中小功率硅管 UCES0.5V；三极管基极与发射极之间的电压称为基一射饱和压降，基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 4 页 共 8 页以 UCES表示，硅管的 UCES在 08V 左右。（3） 放大区：在截止区以上，介于饱和区与击穿区之间的区域为放大区。在此区域内，特性曲线近似于一簇平行等距的水
9、平线，Ic 的变化量与 IB的变量基本保持线性关系，即 Ic=IB，且 Ic IB ，就是说在此区域内，三极管具有电流放大作用。此外集电极电压对集电极电流的控制作用也很弱，当 UCE1 V 后，即使再增加UCE，Ic 几乎不再增加，此时，若 IB 不变，则三极管可以看成是一个恒流源。在放大区，三极管的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置状态四、单级共射放大电路仿真设计首先，在 Multisim中要编辑放大电路原理图。与画一般的电路图不同的是，用于仿真的电路图必须是把电源.信号源.地等元件放在电路图中，特别要注意的是“地“，否则在 Multisim中将不能启动仿真。1. 电路原理图图 4所示为
10、单极共射放大电路的原理框图，它由基本放大电路、单极共射网络和比较环节 3部分组成。基本放大电路由单级或多级组成，完成信号从输入端到输出端的正向传输。单极共射网络一般由电阻元件组成，完成信号从输出端到输入端传输，即通过它来实现单极共射。图 4单级共射放大电路2 静态工作点分析如图 5所示，建立放大电路，进行静态分析。基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 5 页 共 8 页图 5 静态工作点的调整与测试注意，电路必须工作在放大区，即输出波形必须对称（因为输入信号是正弦波）且和原来的信号保持协调。只有设置好静态工作点才可以进行下一步。此步骤就是要选择合适的 R1、R 2，放大器的基
11、本任务是在不失真的条件下，对输入信号进行放大，放大器的性能与其静态工作点的位置有直接的关系，在静态工作情况下，三极管各电极的直流电压和直流电流的数值将在管子的特性曲线上确定一点，这点常称为静态工作点。当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。对于静态工作情况，可以近似地进行估算。对于左图所示的电路，在静态时，由于电容 C1和 C2的隔直作用，只需考虑由 EC、 Rb1、 Rb2、 RC及三极管所组成的直流通路。3 动态分析动态分析时，实验中一直使用的信号。F=1000HZ,Vpp=28mv。如图所示，在原来设置好静态工作点的基础上，接入信号
12、。并按照此图进行测量电压放大倍数。 （该电路另接入了一电阻 R3，以增大输入电阻）如下图所示：基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 6 页 共 8 页图 6放大倍数（加大输入电阻）电压的放大倍数 AU=UO/Ui=274.625/2.532108输入输出电阻输入输出电阻的测量； sissisii )(/)(RIR LooRU图 7 输入电阻的测试可知 =2.531*3k/(9.899-2.531)=7.368ksissisii )(/)(RUUIR基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 7 页 共 8 页图 8 输出电阻的测试=(1.826-1.603)3.9
13、/1.603 k=0.543 kLooRU五、结 语应用 Multisim软件对单极共射放大电路进行仿真设计,结果表明仿真与理论分析和计算结果一致,应用 Multisim进行虚拟电子技术实验可以十分方便快捷地获取实验数据,突破了在传统实验中硬件设备条件的限制,大大提高了实验的深度和广度。利用仿真可以使枯燥的电路变得有趣,复杂的波形变得形象生动,并且不受场地(可以在教室、宿舍),不受时间(课内、课外)的限制,通过教师演示和学生动手设计、调试,不但可以使我们学生更好地掌握所学的知识,同时提高了我们的动手能力、分析问题和解决问题的能力。主要参考文献：1 侯伯亨 模拟电子技术 西安电子科技大学出版社2
14、 张友德 电子技术基础 复旦大学出版社3 夏路易 电路原理图与电路板设计教程 Prote1999SE北京希望电子出版社4 张志良 模拟电子技术 机械工业出版社5 严蔚敏 电子技术 清华出版社6 王 闵 电源电路设计基础 电子工业出版社基于 Multisim的单极共射放大电路的仿真设计 第 8 页 共 8 页Based on the unipolar altogether Multisim amplifier circuit design simulation of shotJiLongYou (anqing normal college physical and electrical engi
15、neering college anhui anqing 246011)Teacher: WangPengPick to: with the development of computer technology, computer aided analysis and design in electronic circuit design get more and more widely. This paper introduces using Multisim2001 software on type transistor NPN transistors output characteristic curve testing methods and steps of basic altogether, and shoot amplifying circuit for static and dynamic analysis method and
