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1、六、非线性放大电路仿真实验一、电路课程设计目的1、掌握用非线性电路元件设计放大器的方法，掌握非线性三极管元件的伏安特性；2、学会用Multisim仿真软件，对所设计的非线性放大电路进行仿真测试；3、了解并掌握电路中各个元件参数的改变，对输出波形的影响，熟练掌握非线性电路的图解分析法和小信号分析法。二、仿真电路设计原理在以前的实验中研究的都是线性电路问题，即各元件的参数不随电压或电流变化，如果电路元件的参数随着电压或电流而变化，就称之为非线性元件含有非线性元件的电路称为非线性电路。根据下面原理图，当给电路加上直流电压后，通过偏置电阻，可给三极管提供一个合适的工作状态，静态值由下式估算式中，对硅管
2、一般可取0.7V，对锗管可取0.2V。静态工作点的设置，应考虑到在整个信号变化的范围内晶体管始终处于线性工作状态。如果选择不合适，使静态工作电流太小，工作点下移，就会出现截止失真；反之，则工作点上移，就会出现饱和失真。而，为了得到最大的动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。实际电路的元件的参数总是或多或少的随电压电流变化的。在工程计算中，可以把非线性程度比较弱的电路元件当做线性元件来处理，从而简化电路分析。但对许多本质因素具有非线性特性的元件，如果忽略其非线性特性就将导致计算结果和实际量值相差太大而无意义。因此分析研究非线性电路具有重要的工程物理意义。小信号分析法是分析非线性电路的主要
3、方法之一，因为在模拟电子电路中遇到的非线性电路，同时有作为偏置电压的直流电源和随时间变化的输入信号源作用。如果在任何时刻都有远远大于，则将输入的信号源做小信号处理。具体来说，所谓小信号法是在直流偏置电源产生的静态工作点附近建立一个局部线性的模型，求解非线性电路中的交流小信号激励下的响应，就可以运用线性电路的分析方法来进行分析计算。双极结型三极管是一种三段器件，内部含有两个离的很近的背靠背排列的PN结（发射结和集电结）。两个PN结上加不同极性、不同大小的偏置电压时，半导体三极管呈现不同的特性和功能。三极管是放大电路最重要的组成之一。实例分析：如下图所示的三极管放大电路中，计算该三极管的静态工作点
4、以及其放大倍数，已知三极管有关参数：。计算该三极管静态工作点： 计算该放大电路的增益三、仿真实验电路搭建与测试1、 按上图所示电路在仿真软件中连接各个电路元件，断开交流元件电容只保留该放大电路的直流部分，直接利用电压、电流表测量出三极管静态工作点处的各参数。实验结果如下所示： 由图上数据可知： 均与理论计算值近似相等。由图可得，静态工作点随着各个电路参数的变化基本不变2、 将电路交流部分连接好，利用示波器同时观察放大电路的输入和输出波形，比较两波形的相位与幅值。实验结果如下图所示： 由示波器中波形可见，输出电压与输入电压相差相位角，故其增益为一负值，同时观察输入输出电压波形的幅值，出入电压约为
5、，而输出电压约为。则，同样与先前理论计算值近似相等。3、调整，使三极管静态工作点降低，输出波形出现截止失真，用示波器观察此时输出的波形。如下图所示：4、调整，使三极管的静态工作点升高，输出波形出现饱和失真，用示波器观察此时输出的波形。如下图所示：四、结论分析此次实验是用非线性电阻来设计放大电路。这个实验的原理图是共射放大电路。在设计时，最重要的是要在连接电路图之前的，要先计算好，电路中的各个参数值，再来连接原理图。在设计完电路图之后，要先用静态电路图来测试，静态工作点。再用动态电路图来试验，慢慢、细细改变电路参数，使其满足电路设计的各个要求。如上述仿真实验过程中所述，本次试验中测得的数据均与理
6、论计算值存在一定的误差，一般来说误差在非线性电路的研究中是不可避免的，误差存在的原因主要有以下几个方面：1、小信号分析法本身就是在三极管静态工作点附近把非线性元件当做线性元件来处理，可以说这种方法本身就带有一定的近似性。2、在计算时使用部分的近似计算，比如近似认为。同时在对电容进行处理时将其在交流通路下视为短路，而实际上不是，所以输入输出的波形相差也只是近似。3、仿真实验时所用的电流电压表是带有内阻的，并不是理想的。五、思考与总结通过这个实验，我更加深刻的掌握里有关用非线性元件来设计电路，特别是用三极管来设计放大电路。本次试验研究的是非线性电路，这是我们在以往理论计算上很少遇到的，在准备实验的过程中，我进一步理解并掌握了非线性电路的图解分析法和小信号分析法，知道了这些方法在工程中的广泛应用。在具体的实验中，特别是对于三极管的处理中用到了很多模拟电子技术的知识，这也使我认识到了学科之间灵活应用的重要性。本次试验对我电路知识的学习有很大帮助。
