共射放大器分析与设计

一、实验目的：

(1) 进一步了解Multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好基础。

(2) 通过使用Multisim来仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输出波形的影响。

(3) 加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。

(4) 观察失真现象，了解其产生的原因。

二、实验结果：

1）实验电路图

根据实验要求，画出实验电路图如下所示

2）静态工作点分析

Ube = V(3) - V(6) = 2.964 - 2.34087 = 0.62557 (V) 

Uce = V(4) - V(6) = 9.08733 - 2.34087 = 6.746 (V)

Ucb = V(4) - V(3) = 9.08733 - 2.964 = 6.120 (V)

又因为该三极管为NPN型管, Ube>Uon, Uce>Ube，故该管处于放大状态。

3）输入电阻测试

将作为信号源内阻，测试结果如下：

由电流表和电压表示值可知：

4）输出电阻测试

电路带载时测得输出电压Uo1：

电路空载时测得输出电压Uo2：

输出电阻：

5）交流分析功能测试幅相特性

6）仪表测试幅相特性曲线

1.幅频特性曲线

由标尺可得：fL=10.622Hz，fH=1.869GHz

2.相频特性曲线

7）五个频点测试放大倍数和相位差

a）30hz 10mv输入 

b）1khz 10mv输入

c）100khz 10mv输入

d）4Mhz 10mv输入

e）100Mhz 10mv输入

一、问题回答：

1)根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。

答：利用直流分析，给出电路静态工作点，由图可知，Uce=6.765997v，Ube=0.61887v，Ib=6.21482u A，Ic=966.504u A：Ube〉Uon且Uce〉Ube，故此时三极管工作在放大区。

2)详细说明测量输入电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

答：输入电阻测试方法：在输入端内阻之外分别串联和并联电流表和电压表，读取交流有效值，利用获得的有效值进行计算，计算公式及结果如下所示：。

3)详细说明测量输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

答：利用交流电压表，依次测试在带有负载电阻的情况下，输出端电压；在负载去除（负载开路）的情况下测试输出端电压，同时记录负载阻值。利用获得的三个数据，代入公式如下，计算：，、分别为负载开路电压和负载电压。

4)详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤）。

答：方法一：利用分析仪BODE PLOTTER，依次设定水平坐标（扫描频带），垂直坐标（增益刻度），使扫描范围包括我们测试需要的范围，同时使整个测试图像显示在左边框中，设置完成后即可考试仿真，利用窗口右上角的幅度，相位切换按钮即可显示出幅频和相频特性曲线，利用标尺可以选择特定频率并获得相应幅相关系。（分析仪见下图）

Figure 19  分析仪BODE PLOTTER

方法二：利用AC分析选项，设定输入输出点及频率扫描范围，此时将R2（1KOHM）视为交流源内阻，执行分析功能，即可获得输入输出的幅相特性曲线。（AC分析复选框如下图所示）

Figure 20  AC分析复选框

5)根据得到的幅频特性曲线，利用作图器的标尺功能，指出该电路的fL和fH（3dB）。

答：

Figure 21  3db点测试

对3db带内，增益基本保持稳定，维持在19.10db，当增益下降3db时，对应的两个频率点分别为：Fl=121.1507hz（16.1415db），Fh173.373790Mhz（16.1229db）此时对应带宽为：17.37Mhz。

6)将得到的30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点的输入和输出关系和刚才得到的幅频、相频特性曲线对比，你有何看法？

答：利用示波器获得的数据进行计算，使用探针工具获得的数据进行比对，获得五个频点测试数据如下：

分析：由计算所的数据，同时对比用两种分析方法获得的结果，可以看到其结果相对比较接近，准确度较高。主要误差来源于示波器示值读取的误差和分析所的图线上点选取的误差。

7)试改变原电路中某些电阻的阻值，以达到改变静态工作点的目的。并分别使电路产生截止失真和饱和失真，给出这时的电路原理图及其元件值。试利用直流工作点分析来说明产生这种现象的原因。

答：截止失真电路图，主要改变R1，R3电阻值实现Q点的改变，同时改变输出幅值，进而获得截止失真。其中，R1由30kohm改为100kohm，R3维持10kohm不变。

Figure 22  截止失真电路图

由截止失真波形图可以看出，截止失真主要表现为输出波形顶端被“削平”，此时该部分放大倍数减小。下图上半部分为输入波形，下半部分为输出波形。

Figure 23  截止失真波形图

利用直流工作点分析工具，同时对三极管使用IV特性分析仪，进一步分析截止失真产生的原因。

由直流工作点分析可以看到，此时三极管依然处于放大工作状态，但基极电流Ib很小，Uce很大，Q点几乎处于截止区（结合2N222的IV特性可以看出，此时Ib几乎位于从下至上倒数第二条线附近附近，Q点位于IV曲线的右下部分，倒数第二条线附近），对于输入正弦电压Ib变化的负半周，在IV特性曲线上极易进入截止区，进而导致放大倍数改变，输出电压出现被“削顶”的现象。（直流工作电和IV特性曲线见figure21和figure22）

Figure 24  截止失真静态工作点

Figure 25  利用IV测试仪获得的2N222输出特性曲线

饱和失真电路图，主要改变R1，R3电阻值实现Q点的改变，同时改变输出幅值，进而获得截止失真。其中，R1由30kohm改为50kohm，R3由10kohm改为53ohm。

Figure 26  饱和失真电路图

由饱和失真波形图可以看出，截止失真主要表现为输出波形负半周出现失真，此时该部分放大倍数出现变化，体现为负半周部分波形近于直线型。

Figure 27  饱和失真波形图

由直流工作点分析可以看到，此时三极管依然处于放大工作状态，但基极电流Ib很大，但Uce很小，Q点几乎处于饱和区（结合2N222的IV特性可以看出，此时工作点Q处于IV特性左端斜率区），对于输入正弦电压Ib变化的正半周，在IV特性曲线上极易进入饱和区，进而导致放大倍数改变，输出电压负半周出现被失真，此时失真并不表现为“削顶”，因为在饱和区，I曲线存在一定斜率，故表现为输出电压负半周失真。（直流工作电和IV特性曲线见figure25和figure26）

Figure 28  饱和失真直流工作点

Figure 29  利用IV测试仪获得的2N222输出特性曲线

8)请分析并总结仿真结论与体会。

通过本次实验，我系统的复习了模拟电路基础相关的知识，并通过上机策测试，进一步巩固了这些知识。相比而言，本次实验的内容较多，有些题目较复杂，但通过不断的测试比较，并查阅相关参考书，都能获得较好的结果。总体而言，通过这次实验，我复习并巩固了已有的知识，整体效果感觉较好。