共射放大电路的特性分析与仿真

1实验项目共射放大电路的特性分析与仿真实验时间实验台号预习成绩报告成绩一、实验目的1、借助PSpice软件平台，通过实例分析更进一步理解静态工作点对放大器动态性能的影响。2、了解晶体管等器件的参数对放大电路的高频响应特性的影响。3、熟悉并掌握放大电路主要性能指标的测量与估算方法。二、实验原理1、产生仿真曲线，改变静态工作点，对放大器动态性能进行测量。【例1】共发射极放大电路如图1-1所示。设晶体管的β=100，rbbˊ=80Ω。输入正弦信号，f=1kHz。（1）调节RB使ICQ≈1mA，求此时输出电压υ0的动态范围。（2）调节RB使ICQ≈2.5mA，求此时输出电压υ0的动态范围。（3）为使υ0的动态范围最大，ICQ应为多少mA？此时RB为何值？图1-1单管共发射极放大电路2、产生仿真曲线，测量放大器的高频参数。【例2】图1-2所示为单管共发射极放大电路的原理图。设晶体管的参数为：β=100，rbbˊ=80Ω，Cb′C=1.25PF，fT=400MHZ，VA=∞。调解偏置电压VBB使ICQ≈1mA。（1）计算电路的上限截止频率fH和增益-带宽积G•BW。（2）将rbbˊ改为200Ω，其它参数不变，重复（1）中的计算。（3）将RS改为1KΩ，其它参数不变，重复（1）的计算。（4）将Cb′C改为4.5PF，其它参数不变，重复（1）的计算。图1-2共发射级放大电路的原理图2三、预习内容1、复习共射放大器的工作原理及高频响应特性与各参数的关系；2、对例1进行电路的静态、动态的仿真分析，并用数据回答有关问题；3、对例2写出进行频率特性分析的输入网单文件；4、对例2进行电路的频率特性的仿真分析，并用数据回答有关问题。四、实验内容1、对例1写出进行静态工作点调整和放大器动态范围测量的输入网单文件；2、对例1进行电路的静态、动态的仿真分析，并用数据回答有关问题；3、对例2写出进行频率特性分析的输入网单文件；4、对例2进行电路的频率特性的仿真分析，并用数据回答有关问题。五、实验步骤【例1】参考的输入网单文件如下：ACEAMP1C11220URB24RMOD1*RB24450K；IC=2.5MA*RB24562.5K；IC=2MA*RB241.128MEG；IC=1MARC344KQ1320MQVI10AC1SIN(080M1K)C23520URL504KVCC4012.MODELMQNPNIS=1E-15BF=100RB=80.MODELRMODRES(R=600K).OP.DCRESRMOD(R)200K1.5MEG10K.TRAN1E-53E-22E-31E-5.PROBE.END注：电阻扫描需定义语句RB24RMOD1.MODELRMODRES（R=600K）.DCRESRMOD（R）200K1.5MEG10K图1-3集电极电流IC与电阻RB的关系曲线1、运行.DC语句，可获得IC（Q1）-RB的曲线，如图1-3所示。从图中可测出，ICQ=1mA，2.5mA时，RB分别约为1.128MΩ和450KΩ。2、运行.TRAN语句，可获得：（1）RB=1.128MΩ节点电压波形如图1-4所示。图中上面的一条水平直线代表3节点的直流电压VCEQ，3约为8V（从输出文件中可得到晶体管的静态工作点）。由图可以看出，输出电压波形出现正半周限幅，即为截止失真，可测出其动态范围峰值约为2V。(2)当RB=450KΩ，ICQ=2.5mA，3，5节点波形如图1-5所示。可见，输出电压波形出现负半周限幅，即为饱和失真，可测出其动态范围峰值约为2V（此时3节点的直流电压VCEQ约为1.99V）。(3)为使υ0的动态范围最大，应使ICQRLˊ≈VCEQ-VCE（Sat），即2ICQ≈12-4ICQ（ICQ≈2mA）。由图1-3可测出RB≈562.5KΩ。输出波形如图1-6所示，可见，动态范围峰值近于4V。图1-4ICQ=1mA的输出电压波形图1-5ICQ=2.5mA的输出电压波形图1-6ICQ=2mA的输出电压波形【例2】参考的输入网单文件如下：图1-7ICQ与VBB的关系曲线ACEAMP3VS10AC1RS12200C12310URB3420KVBB400.92Q1530MQRC652KVCC6012.MODELMQNPNIS=1E-15+RB=80CJC=1.25PTF=3.7E-10BF=100图1-8AVS的幅频特性曲线.OP.DCVBB020.01ACDEC101k100MEG4.PROBE.END1、用直流扫描功能对电压源VBB实行扫描，ICQ-VBB曲线如图1-7所示。可以测出，当VBB=0.92V时，ICQ=1mA（由输出文件电路静态工作点，可以确定出VBB的精确值）。2、运行.AC语句可得到：（1）电压增益AVS的幅频特性曲线如图1-8中以符号□标示的曲线所示，可测出中频增益AVS≈70.4，fH≈6.21MHZ，因而G•BW≈440.3MHZ。(2)将rbbˊ由80Ω增加到200Ω，其它参数不变，其AVS的幅频特性曲线如图1-8中的符号■标示的曲线所示。(3)将RS由200Ω该为1KΩ时，其AVS的幅频曲线如图1-8中的以符号◇标示的曲线所示。(4)将CbˊC由1.25PF增大到4.5PF时，AVS的幅频特性曲线如图1-8中的以符号◆标示的曲线所示。请读者分析以上结果说明什么问题。数据处理：例一：1、运行.DC语句，可获得IC（Q1）-RB的曲线，如图一所示。从图中可测出，ICQ=1mA，2.5mA时，RB分别约为1.128MΩ和450KΩ。R0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M0.6M0.7M0.8M0.9M1.0M1.1M1.2M1.3M1.4M1.5MIC(Q1)1ma2.5ma0.5mA1.0mA1.5mA2.0mA2.5mA3.0mA(1.1261M,1.0015m)(451.136K,2.4960m)图一2、运行.TRAN语句，可获得：（1）RB=1.128MΩ节点电压波形如图二所示。图中上面的一条水平直线代表3节点的直流电压VCEQ，约为8V（从输出文件中可得到晶体管的静态工作点）。由图可以看出，输出电压波形出现正半周限幅，即为截止失真，可测出其动态范围峰值约为2V。5Time25ms26ms27ms28ms29ms30msV(3)V(5)8v0-10-50510图二(2)当RB=450KΩ，ICQ=2.5mA，3，5节点波形如图三所示。可见，输出电压波形出现负半周限幅，即为饱和失真，可测出其动态范围峰值约为2V（此时3节点的直流电压VCEQ约为1.99V）。Time25.0ms25.5ms26.0ms26.5ms27.0ms27.5ms28.0ms28.5ms29.0ms29.5ms30.0msV(3)V(5)01.99v-10-50510图三(3)为使υ0的动态范围最大，应使ICQRLˊ≈VCEQ-VCE（Sat），即2ICQ≈12-4ICQ（ICQ≈2mA）。由图可测出RB≈562.5KΩ。输出波形如图四所示，可见，动态范围峰值近于4V。6Time25ms26ms27ms28ms29ms30msV(3)V(5)03.99v-10-50510图四例二：1、用直流扫描功能对电压源VBB实行扫描，ICQ-VBB曲线如图五所示。可以测出，当VBB=0.92V时，ICQ=1mA（由输出文件电路静态工作点，可以确定出VBB的精确值）。VBB0V1.0V1.5VIC(Q1)1ma0A3.0mA(916.201m,1.0033m)图五2、运行.AC语句可得到：（1）电压增益AVS的幅频特性曲线如图六中曲线所示，可测出中频增益AVS≈70.4，fH≈6.21MHZ，因而G•BW≈440.3MHZ。7Frequency1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(5)0V20V40V60V80V图六(2)将rbbˊ由80Ω增加到200Ω，其它参数不变，其AVS的幅频特性曲线如图七的曲线所示。Frequency1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(5)0V20V40V60V80V图七(3)将RS由200Ω该为1KΩ时，其AVS的幅频曲线如图八中曲线所示。8Frequency1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(5)0V20V40V60V图八(4)将CbˊC由1.25PF增大到4.5PF时，AVS的幅频特性曲线如图九中曲线所示。Frequency1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzV(5)0V20V40V60V80V图九9六、思考题1、工作点偏低、偏高会使放大电路的性能发生怎样的改变？要想获得最大动态范围，应如何做，如何做才能测出最大动态范围？答：工作点偏低或偏高会使放大电路在工作时进入截止区或者饱和区，导致出现截止失真或者饱和失真；要想获得最大动态范围，应该将静态工作点设置在负载线终点处，即最大电压的一半。输出端的静态电压为电源电压的1/2时可获得最大动态范围。2、动态特性指标还与哪些因素有关？答：电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。3、回答rbb′，Cb′C，RS对高频响应特性有怎样的影响。答：rbb′对高频响应特性的影响是：rbb′增大，阻抗减小，be电压幅值减小，相移增大，引起Ie发生相同变化；在增大三个数据时，电压增益都会下降，上限频率变低，带宽积下降。七、总结分析实验结论：1、由实验例一得：静态工作点的选择会影响动态范围，影响对信号的放大，严重时会出现失真现象；2、由实验例二得：三极管的放大还与频率有关，带宽影响着放大功能，其中rbb′，Cb′C，RS对高频响应特性有影响；3、体会：通过对PSpice软件的学习，学会了基础的操作，借助PSpice软件平台，通过实例的具体数据，具体图像关系分析，更进一步理解了三极管的工作原理，通过亲自操作，对三极管的学习有进一步加深，并且对三极管的知识掌握有了更多信心；感觉这个软件在处理数据上，里面的模型丰富，能做交、直流分析，瞬时分析，傅立叶分析等等，但是语法上还有很多不懂，我会进一步加深学习，利用好这一软件，继续学好专业知识。