《三极管放大电路论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三极管放大电路论文（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于三极管放大电路的设计与仿真分析本文以图1所示的阻容耦合三极管单级放大电路作为分析对象，分别进行静态分析和动态分析。静态分析将分析电路的直流工作情况，动态分析将分析电路对交流信号的放大情况。愉70(1 kfi3 kn分析图1所示电路,可求得其静态工作点估算表达式:10 iulFKi5 kllJL4-AC叫图I阻容耦合三极管单级放大电路根据实验电路图，在Multisim界面下模拟连接电路，确定电路中的各元器件参数，使 用Multisim虚拟仪器进行在线测量。与理论分析一样，仿真分析时应遵循“先静态，后动 态”的原则。首先获取电路的静态工作点数据，再输出电路的动态输出情况。这里将利用直观察三极管
2、的输入/输流工作点分析”功能读取静态工作点数据，利用虚拟仪器“示波器” 出波形。2.1仿真分析的理论依据週产肾+尺+RD1pL【厂丨elL a I - 匕 丄国 R + Rel e2由理论分析可知，当利用三极管单级放大电路对交流小信号进行放大时，如果为电路设 置了合适的静态工作点Q,就能保证三极管在整个信号周期内均工作在放大区，放大输出的 信号就不会失真。若Q点偏高，三极管会在输入信号的正半周因集电极电位UC低于基极 电位UB而饱和，集电极电流IC因此会出现顶部失真，而放大电路输出的信号则会出现底 部失真。若Q点偏低，三极管会在输入信号的负半周因发射结电压UBE低于导通电压UON 而截止，基极
3、电流IB及集电极电流IC因此会出现底部失真，而放大电路输出的信号则会 出现顶部失真。三极管在直流电源及外电路的共同作用下静态工作点是否合适，可由 UBEQ ,UCEQ的取值进行判断。（1）若UBEQ的取值为三极管2N222A的导通电压UON，约在0.60.7 V之间， 且UCEQ的取值接近于VCC的1 2时，能保证三极管在整个信号周期均能工作在放大区， 输入信号被放大一定倍数后在输出端不失真的输出，且输出与输入反向。（2）若UBEQ的取值为三极管2N222A的导通电压UON，但UCEQ的取值小于 UBEQ时，三极管此时已经饱和，在输入信号的正半周会一直处于饱和状态，输出信号因 此出现底部失真现
4、象。（3）若UBEQ的取值小于三极管2N222A的导通电压UON，但UCEQ的取值接近 于VCC时，三极管此时基本处于截止状态，在输入信号的负半周会一直处于截止状态，输 出信号因此出现顶部失真现象。仿真分析在图1所示电路中选择节点电压U1 （UB） ,U6（UC）,U5（UE）作为“直流工作 点分析”的三个电路变量，据此计算UBEQ ,UCEQ的值，并判断晶体管此时的工作状态。获得静态工作点数据后，通过电阻R1 ,R2为电路输入频率为1 kHz、幅值为500 mV 的正弦信号ui，此时三极管上真正的输入信号应为电阻R2两端获得的动态小信号uR2 , 其幅值低于10 mV,符合实验电路交流小信号
5、的要求。三极管的动态输出信号为负载RL两 端的输出电压uRL ,用双踪示波器显示实时的输入信号uR2及输出信号uRL的波形，验 证上述分析的结果。由式（1） 式（3）可知，可调电位器Rp的取值将影响各静态工作点的取值，仿真 过程中通过修改电路元件Rp的参数改变基极电阻，观察各项静态工作点数据及输出波形 因此产生的变化。合适的静态工作点当Rp = 91 kQ时得到如图2 （a）所示的直流工作点数据，可得三极管三个极此时 的电位:UB 2.47 V, UC 7.81 V, UE 1.86 V由此计算得静态工作点数据：UBEQ 0.61 V, UCEQ 5.95 V可见，UBEQ UON ,UCEQ
6、 UBEQ且 UCEQ接近于VCC的1 2,三极管在直流电源的作用下理论上取得合适的静态工作点，能保证在整 个小信号周期均能工作在放大区。*責看记录仪-叵冈史件退嗝辐枫鬥边工巨|口121 口口晉直蔼臨.!直沆王桂点i单级放大电路言流工作点分析宜就工作点分樹12.47287i? 00? 1731.35661Siletld Di*fr njn庖虚王菲点、抽行T做匸作点数据(b)输入输出波旳图2合适的静态工作点的仿真结果图2 (b)所示即为此时的输入输出波形，从波形图看出，输入与输出反相，uRL正负半周对称，uR2的信号峰值约为9.75 mV,uRL的信号峰值约为101.78 mV,uRL实现了对输
7、入信号uR2不失真的放大，符合理论分析的结果。2.2.2静态工作点偏高由式(1) 式(3)可知，当Rp减小时，三极管基极电位UBQ会升高，发射极电 流和集电极电流会增大，则集电极电阻Rc上的压降及发射极电阻(Re1 + Re2)上的压 降会增大，使得UCEQ减小，电路的静态工作点上移，接近三极管的饱和区。现调节Rp使之取值为0,得到如图3 (a)所示的直流工作点数据，可得三极管三个极 此时的电位：UBQ 4.35 V,UCQ 3.81 V,UEQ 3.70 V .由此计算得静态工作点数据：UBEQ 0.65 V, UCEQ 0.11 V 可见，UBEQ UON，但 UCEQ UBEQ，三极 管
8、在直流电源的作用下已经进入到饱和区，在输入信号的正半周会一直处于饱和状态，输出 信号的负半周会出现失真。图3 (b)所示的波形图为此时测得的输入输出波形，从波形图可知，uRL的正向信号 峰值约为28.82 mV,反向信号峰值约为-18.26 mV,出现了明显的底部失真，此失真显然 是因为静态工作点过高导致的。盛S记录仅画区I文件 搗撇広.1观图也 工具Q S Qi I X % e L! i直隔工祚点I单级放大电路直流工1乍点分祈直硏工齐点皆昉卜1阿4.3519323.80034寸，Di药kh亶阅工怙.0出祈(a)直流工作点数据(b)输入输出波形图孑静态工作点偏高的伤真结果静态工作点偏低反之，当
9、基极电阻Rp增大时，三极管基极电位UBQ会降低，同时发射极电流和集电 极电流会减小，则集电极电阻Rc上的压降及发射极电阻(Re1 + Re2)上的压降会减小， 使得UCEQ增大，电路的静态工作点下移，接近三极管的截止区。调节Rp取值为700 kQ，得到如图4 (a)所示的直流工作点数据，可得三极管三个 极此时的电位：UBQ 0.596 V,UCQ 11.82 V,UEQ 0.079 V .由此计算得静态工作点数据：UBEQ 0.517 V, UCEQ 11.741 V 可见，UBEQ 苣挺工乍点孙析17:5.Q2J44m211.B22G8378.?55- m5*1 匚七白Piner 豆流工作点
10、分靳(曲直流匸作点数锯. H 口声E芒舉 电乎is nA- 1 1| 药 经 正蛍！标堆目初 壬.(bl输入输出波形图4静态工作点偏低的仿真结果利用仿真软件对电路进行仿真，可以一边修改电路参数一边观察仿真结果，能实时看到 电路参数改变带来的结果，省去了复杂的计算推理，结果却更加形象直观。同时还能得到一 些单靠理论分析所看不到的结果，如三极管出现底部失真及顶部失真对应的电路元件参数临 界值。总之，在教学中引入仿真软件，一方面可以通过实际的数据帮助学生更好地理解放大 电路的本质，同时还会引导学生思考一些新的问题，激发学生的学习兴趣，有助于培养学生 的创新意识，为学生以后的自主学习铺就了另一条道路。
