南京理工大学单级放大电路的设计与仿真2

1、单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1）掌握放大电路静态工作点的调整与测试方法。2）掌握放大电路的动态参数的测试方法。3）观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。二、实验元件1mV 5KHz 正弦电压源，15mV 5KHz 正弦电压源，12V直流电压源，2N2222A三极管，10uF电容（3个），10电阻（2个），3.0电阻，1.5电阻，5.1电阻，250电位器，万用表，示波器等。三、实验原理三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三极管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区。如果静态工作点不合适，输出波形则会产生非线性失真饱和失真和截止失真，而不能正常放大

2、。静态工作点合适时，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。由于电路中有电抗元件电容，另外三极管中的PN结有等效电容存在，因此，对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性即电压放大倍数的相位与频率的关系。参数选择：为保证电压放大倍数大于50，R4不能太小，选取3.0的电阻。R5为负反馈电阻，太大会减小放大倍数，太小又会使电路不稳定，因此选取1.5的电阻。R1,R2的大小影响输入电阻的大小，选取10的

3、电阻。另外电容选用10uF。图1 实验原理图四、输出信号的动态分析为了使得到的饱和、截止失真的波形图更加明显，用15mV的交流电压源代替了原先的1mV的电源。用示波器观察时，只需将一条导线连在9号节点即可。图2 三极管放大电路动态分析1、饱和失真情况下的输出信号调节电位器的百分比至0%，观察波形。a)输出信号波形图图3 饱和失真时的输出信号波形图b) 饱和失真情况下电路的静态工作点值测试此时静态工作点值，其值如下：IB=227.374uA，IC=2.576mA, UCE=69.657mV。图4 饱和失真情况下电路的静态工作点值2、截止失真情况下的输出信号调节电位器的百分比至90%，观察波形。a

4、)输出信号波形图图5 截止失真时的输出信号波形图b)截止失真情况下电路的静态工作点值测试此时静态工作点值，其值如下：IB=55.51nA，IC=5.329 uA, UCE=11.976V。图6 截止失真情况下电路的静态工作点值3、不失真且信号幅度最大时的输出信号将电位器调为4%，观察波形，输出波形不失真。而在3%和5%时分别出现饱和失真和截止失真，加大输入信号，输出波形出现明显的失真，因此最大不失真输出在输入信号等于15mV时。把输入信号的幅度调为1mV。a)输出信号波形图图7 不失真时的输出信号波形图b)不失真情况下电路的静态工作点值测试此时静态工作点值，其值如下：IB=10.214uA，I

5、C=2.179mA, UCE=2.18V。图8 不失真情况下电路的静态工作点值五、测试该电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和频率特性。经测试，该三极管的参数如下：rbe=2.714, =213. 1、测量放大电路的电压放大倍数 可以根据电压放大倍数的定义用交流电压表分别测试输入电压和输出电压，可计算出电压放大倍数，测试电路如图9。图9 电压放大倍数测试电路测量输入电压与输出电压，得Ui=0.999598mV, Uo=144.635mV. 则电压增益Au= Uo/Ui=144.7。通过计算可得电压增益理论值为：Au=(Rc/RL)/ rbe=145.44。 则实验的相对误差为：E=Au- A

6、u/ Au×100%=0.509%.2、测量输入电阻输入电阻的测试电路如图10.图10 输入电阻测试电路测量输入电压与输入电流，得Ui1 mV，Ii=135.022nA, 根据输入电阻的定义得 Ri=Ui/ Ii=1.907，通过计算可得输入电阻理论值为：Ri=(R1+R3)/R2/ rbe=1.916, 则实验的相对误差为：E=Ri- Ri/ Ri×100%=0.470%.3、测量输出电阻根据输出电阻的定义：当输入电压源等于零时，从输出端看进去的交流等效电阻为输出电阻，因此输出电阻的测试电路如图11.图11 输出电阻测试电路测量输出电压与输出电流，Uo1mV, Io=33

7、4.713nA, 根据定义得Ro= Uo/Io=2.988，通过计算可得输入电阻理论值为：Ro=Rc=3.0，则实验的相对误差为：E=Ro- Ro/ Ro×100%=0.415%.4、测量放大电路的频率特性放大电路的频率特性测试电路如图12。图12 频率特性测试电路对电路进行频率特性仿真，得到其幅频和相频特性仿真结果如图13所示。图13 频率特性仿真结果根据上限频率和下限频率的定义当放大倍数下降到中频的0.707倍对应的频率时，即将读数指针移到幅度为中频的0.707倍处，如图15，读出指针的示数，即下限频率fL=110.7478 Hz, 上限频率 fH=29.0439 MHz, 因此通频带为（29.0439×110.7478）Hz。图14 频率特性曲线指针读数六、实验结果分析本次实验的成败在于各元件参数的选取，所以在实验之前根据实验要求进行了理论计算，最后得到了较为准确的实验结果，这次实验完成地比较顺利。在观察输出波形的饱和失真和截止失真时，由于实验给的1mV太小，不能看到明显的失真波形，所以实验中加大了输入信号的幅度