您现在的位置是:主页 > 电路技术 > 模拟电路 >


基于Multisim的单管共射放大电路设计

2020-05-28 10:48模拟电路 人已围观

简介1基于 Multisim 的单管共射放大电路设计 放大电路是一种通过直流电源提供能量将微弱电信号转换为放大电信号的转换电路,其主要核心部件是晶体管。 根据根据放大电路输入与输出回路...

  1基于 Multisim 的单管共射放大电路设计

  
  放大电路是一种通过直流电源提供能量将微弱电信号转换为放大电信号的转换电路,其主要核心部件是晶体管。
  
  根据根据放大电路输入与输出回路变化信号公共端的晶体管电极,我们将放大电路分为共射放大、共基放大和共集放大三类。其中,单管共射放大电路是共射放大电路中最为常见的一种。
  图 1 基于 NPN 型的单管共射放大电路
  图 1 基于 NPN 型的单管共射放大电路
  
  本文在 Multisim 12 中设计了如图 1 所示的基于 NPN型的分压偏置式单管共射放大电路。
  
  其中, V1 是直流电源,为单管共射放大电路提供合适电位,使其能正常的工作在放大区; Q1 是放大电路中的电流控制元件; R1,R2 为基级电阻, R3,R4 分别为集电极电阻和射级电阻, R5,R6 分别为负载电阻和可调电阻; C1,C2 为输入输出回路的耦合电容, C3 为旁路电容。
  

  2基于 Multisim 12 的单管共射放大电路静态分析

  
  2.1 单管共射放大电路的静态工作点计算
  
  静态工作点(Q)是指,当外加输入信号为 0,即:输入端对地短接的情况下,整个放射电路只有直流电源Vcc 作用时,计算出来的晶体管基级电流 IB 、集电极电流 Ic 、基级与射级之间的电压VBE 、集电极与射级之间的电压VCE 。
  
  在图1 所示的放大电路中,静态工作点Q 的计算公式为:
  
  公式1
 
  其中,VBE = 0.7V, β 为直流放大倍数。
 
  晶体管具有合适的直流偏置是单管共射放大电路正常工作的首要条件。而放大的前提是不失真,因此,为了确保输出信号质量,在单管共射电路设计过程中,需要合理的设置静态工作点 Q。如果 Q 的取值过高,就会导致输出信号出现饱和现象,造成信号失真;如果 Q 的取值过低,就会导致输出信号出现截止现象,造成信号失真。那么,如何设定 Q 值才能使得输入信号既在整个变化范围之内,且能在放大区获得一个不失真的输出信号呢?通过 Multisim 软件进行仿真测试就能可以轻松解决。
  
  2.2 单管共射放大电路静态工作点的仿真分析
  
  在 Multisim 平台上所设计的单管共射放大电路,可以通过调节可调电阻 R6 的大小,改变静态工作点 Q 的取值,采用万用表可以分别测量出在在不同电阻 R6 大小情况下, 静态工作点 Q 的各个参数。在测试与仿真过程中,对单管共射放大电路的三种工作状态:截止区、放大区和饱和区情况下,静态工作点 Q 的各个参数进行分析。如表 1 所示。
  
  表1 截止区、放大区和饱和区状态下的静态工作点参数分析
  表1 截止区、放大区和饱和区状态下的静态工作点参数分析
  在表 1 中,可以发现,随着 Q 点取值的升高, IC 也随之增大。同时,对R6(KΩ)采用公式计算得到的理论值和使用Multisim 软件仿真测试所得到的实验值进行了对比分析,结果发现,理论值与实际值基本相符合,由此可见仿真效果良好。
  
  利用 Multisim 软件的双通道示波器,我们可以分别对上述三种工作状态输入输出波形进行观察,如图 2 所示。
  图 2
  图 2
  
  通过对比发现,图 2(a) 中处于截止区的输入输出波形图出现了缩顶的失真现象,图 2(c) 中处于饱和区的输入输出波形图出现了削底的失真现象。只有图 2(b) 中处于放大区的静态工作点适合,其输出信号的波形无失真现象,同时, 通过观察我们还可以发现,输入输出信号反向。在信号幅值上,输出信号明显与输出信号有所增加。由此可见,本论文设计的基于 NPN 的单管共射放大电路实现了信号的放大功能,因此,在放大电路中设置合适静态工作点是非常重要的。
  
  在对单管共射放大电路的静态工作点(Q),往往对于如何设置 Q 点的参数使其能满足条件感到比较困惑。而利用 Multisim 的仿真测试,只需要调节偏置电阻的大小,就能改变偏置电压的大小,通过观察与测试得到满足条件的静态工作点Q 的取值。
  

  3基于 Multisim 12 的单管共射放大电路动态分析

  
  在基于 NPN 型的单管共射放大电路中,我们可以通过调节可调电阻 R6 的大小,获得静态工作点 Q 与参数,确保所设计的电路能够在放大区正常工作,使得输出信号波形完整且不失真。
  
  3.1 放大倍数
  
  在图 1 中,选用 NPN 型硅晶体管作为 BJT,交流信号源为幅度为 10mV、频率为 1kHz 的正弦波信号,利用双踪示波器观测输入输出信号波形,如图2(b)所示,可以观察到:设置了合适的静态工作点的前提下,输出的幅值有所增加, 但是输入输出波形图出现了明显的相移。
  
  在图 1 中,利用开关 S1 控制电路空载与负载的两种工作状态。接下来,对这两种工作状态的输入输出电压进行测量,其结果如表 2 所示。
  
  表2 单管共射放大电路动态分析
  表2 单管共射放大电路动态分析
  从表 2 中可以看出,负载状态下的电路电压放大倍数比空载状态小,电路输出信号与输出信号波形的相位关系变化较小。
  
  3.2 交流频率响应分析
  
  利用 Multisim 12 中的交流分析功能,可以对单管共射放大电路的交流频率响应进行进一步的分析与研究。在电路处于有载工作状态时,通过仿真测试,得到交流频率响应曲线,如图 3 所示。
  图3
  图3
  
  通过观察可以发现,所设计的单管共射放大电路的放大倍数最大值为: Aumax= 84.141 ,有此可得到上下限频率对应的放大倍数应为: 0.707 Aumax= 59.488 ,然后,利用Multisim 12 仿真软件的光标功能,就能快速的找到上下限频率。
  
  当单管共射放大电路处于空载工作状态时,可以采取同样的方法进行计算,得到空载时的相关数据,如表 2 所示。

Tags: 放大电路 

标签云