张 伟

（东营大明钻井有限责任公司，山东 东营 257000）

引言

电子设计自动化EDA技术的发展和应用对电子设计的发展起了巨大的推动作用。EAD技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。EDA技术的深入发展和广泛应用，带给电子设计师更完善的设计方法，更短的设计周期，使其产品更具竞争力。

随着集成电路的发展,传统的设计方法已远远不能满足要求,EDA技术已渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节。对于从事电路设计及相关领域的工作人员来说,掌握并应用EDA工具是非常必要的。设计人员借助开发软件的帮助,可以将设计过程中的许多细节问题抛开,而将注意力集中在产品的总体开发上。这样大大减轻了工作人员的工作量，提高了设计效率，减少了以往复杂的工序，缩短了开发周期，实现了真正意义上的电子设计自动化。程泓列举传统实验存在的缺陷，以“共发射极放大器”为例说明了PSPICE在电子技术实验中的应用[1]。陆敏恂采用PSPICE软件中的受控电源模型,建立了一个发热电阻的仿真模型.结合具体电路结构,从流量计基本方程中得出发热电阻的PSPICE等效电路模型参数.针对仿真电路的启动特性进行了仿真,仿真结果与测试结果基本吻合[2]。

本文应用PSPICE软件设计晶体管放大电路，介绍了电路设计的过程,并设计了两种电路以比较其非线性效应。

1 PSPICE

即Personal SPICE是在PC机上使用的SPICE程序。SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学伯克莉分校于1972年开发的电路仿真程序。自从这个程序问世以来，由于它强大的功能，在全世界的电工、电子工程界得到了广泛的应用。在大学里，它是工科类学生必会的分析与设计电路的工具；在科研开发部门，它是产品从设计、试验到定型过程中不可缺少的工具。随后，版本不断更新，功能不断增强和完善。1988年SPICE被定为美国国家工业标准。SPICE是通用电子模拟软件，它可以对电子电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析、灵敏度分析、傅立叶分析、谐波失真分析以及在不同温度下的电路性能分析。SPICE程序能够代替面板、示波器等整个电子实验室的功能，对复杂的电路与系统进行分析，这主要是由于SPICE程序含有高精度元器件模型。获取准确的器件模型参数对于电路分析和设计人员来说是非常重要的。

在电路系统仿真方面，PSPICE可以说独具特色，是其他软件无法比拟的。它是一个多功能的电路模拟试验平台。PSPICE软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。其主要优点包括：a.图形界面友好，易学易用，操作简单；b.实用性强，仿真效果好；c.功能强大，集成度高。

本文应用PSPICE8.0进行电子线路设计与仿真。

2 电路设计

2.1 设计要求

设计一级具有稳定偏置的放大器电路，晶体管选择Q2N222（改参数IS=5E-16，Bf=60,Rf=100Ω），Vcc=12V,R1=3kΩ,Vi=10Mv,f=1kHz,Rs=600Ω。性能指标要求：①电压增益大于40；②低界频率约为100Hz；③输入电阻大于1kΩ，输出电阻小于3 kΩ。

2.2 设计过程

为获得稳定的静态工作点，采用分压式电流负反馈偏置电路。因放大器的上限频率要求较高，故选用高频率小功率管3DG6,其特性参数为：ICM=20mA，BUCEO>=20V，fr>=150MHZ,用晶体管特性图示仪测量晶体管的特性参数，通常要求β>AV,故选β=60。

若取UBQ=3V,得RE=(UBQ-UBE)/ICQ=1.53kΩ，故RE取标称值1.5kΩ，RB2=UBQ/I1=｛UBQ/(5～10)ICQ}*β=24kΩ，RB1=｛（UCC-UBQ）/UBQ}*RB2=72kΩ，为使静态工作点调整方便，RB1由30kΩ固定电阻与100kΩ电位器串联。

rbe=300+β*26mv/ICQ=1340Ω

AV=U0/Ui=-βRL'/rbe

RL'? AV rbe/β=0.89 kΩ

RL'=RL'RL/(RL-RL')=1.27 kΩ 取标称值1.3 kΩ

CB>=(3～10)/2πfL(RS+rbe)=8.2uf 取标称值10uf

CC>=(3～10)/2πfL(RC+RL)=3.7 uf 常取CC=CB=10 uf

CE>=(1～3)/2πfL ｛RE//[(RS+rbe)/(1+β)]}=91.5uf取标称值100uf

根据上述参数，设计出一级具有稳定偏置的放大器电路，如图1。

3 电路仿真

为了对晶体管的非线性效应做更深入的观察，设计如下两种电路并比较其非线性失真：

①发射极电阻Re部分旁路的放大器，即在等效电路中有发射极电阻Re1的放大器的非线性失真，如图2。

②将信号源串联51kΩ的电阻，组成电流源如图3，观察简单的共射极电路在以电流为输入信号时的非线性失真。

3.1 Rb2值的增减影响分析

①对于电路一：随着基极电阻Rb2值的减小（图4、图5），输出信号的频谱也发生了变化，即它的幅值逐渐减小，当减少到一定值如Rb2=1Ω时，在高频处有噪声干扰。

随着基极电阻Rb2值的增大（图6、图7），输出信号的频谱也发生了变化，即它的幅值逐渐增大，但到一定限度时，如Rb2=100KΩ时，幅值反而减少，并且在临近频率处有噪声干扰。

②对于电路二：同样，随着基极电阻Rb2值的减小，输出信号的频谱也发生了变化，即它的幅值逐渐减小，当减少到一定值如Rb2=1Ω时，干扰噪声很严重；随着基极电阻Rb2值的增大，输出信号的频谱幅度变化并不明显，但到一定限度时，如Rb2=100KΩ时，幅值反而减少，并且在邻近频率处有噪声干扰比较严重。

3.2 Rc值的增减影响分析

①对于电路一：随着基极电阻Rc值的减小（图8、图9），输出信号的频谱也发生了变化，即它的幅值逐渐减小，并无多大的噪声干扰。

随着基极电阻Rc值的增加（图10、图11），输出信号的频谱幅度逐渐减少，并且开始出现噪声干扰。

分析：

②对于电路二：随着基极电阻Rc值的减小，输出信号的频谱也发生了变化，即它的幅值逐渐减小，并无多大的噪声干扰；随着基极电阻Rc值的增加，输出信号的频谱幅度逐渐减少，并且开始出现噪声干扰。

图1 电路设计图

图2 电路一

图3 电路二

图4 Rb2=1KΩ

图5 Rb2=1Ω

图6 Rb2=60KΩ

图7 Rb2=100KΩ

图8 Rc=0.5KΩ

图9 Rc=0.01Ω

图10 Rc=10KΩ

图11 Rc=100KΩ

综合上述分析，我们可以看到电路一的输出信号失真度较小，且调整电路参数Rb2、Rc时，电路一的输出信号频谱变化没有电路二的幅度大，所以电路一的性能更好一些。

结论

本文应用PSPICE软件设计晶体管放大电路，介绍了电路设计的过程。为了深入观察晶体管的非线性效应，设计了两种电路，通过调整电路参数Rb2和Rc，比较了两种电路的非线性失真。

[1]程泓，徐树山，马万宾.电子技术实验的PSPICE仿真.漯河职业技术学院学报（综合版），2003.6，VOL2（2）：12.

[2]陆敏恂,林永佳,周爱国,周 全.基于PSPICE的热式空气流量计发热电阻模型.中国工程机械学报，2009.12,vol7（4）：455-458.