余茂全， 吴舒翰

(安徽水利水电职业技术学院,安徽 合肥 231603)

利用Multisim仿真软件可以实现电路仿真分析,对电路性能作较深入的研究,并对仿真电路需要测量的数据进行理论计算,以便将测量值与理论值进行对照。通过Multisim以及虚拟仪器技术,可以完成从电路的理论设计到测试及生产这一较为完整的综合设计流程。本文对模拟电子技术中的基本共射放大电路进行了仿真研究,分析了基本共射放大电路的静态工作点和动态参数,利用虚拟仪器分析了波形图、频率响应曲线,并进行了参数动态扫描[1-4]。

1 仿真电路模型的建立

使用Multisim建立基本共射放大电路模型,采用阻容耦合及分压式负反馈,图1中XFG为信号源,作为输入信号,产生幅值为2mVp,频率为10kHz的正弦波;XSC1为示波器,通道A测量输入电压波形,通道B测量输出电压波形;XBP1为波特仪;XDA1为失真分析仪;晶体管型号选择为2N2222A,并设置β=100;Rw为可调电阻;集电极电阻RC、直流负反馈电阻Re等其他参数值如图1所示。

图1 阻容耦合基本共射放大电路

用Multisim中的IV分析仪单独分析2N2222A晶体管的输出特性曲线。输出特性曲线描述了基极电流IB为常数时,集电极电流ic与管压降UCE之间的函数关系,即ic=f(uce)|IB=呈。由于对于每一个确定的基极电流IB都有一条曲线,所以输出特性是1族曲线,IB取6.65μA至66.5μA内等差的十条曲线,如图2所示。

图2 晶体管2N2222A的输出特性曲线

2 静态工作点分析

用Multisim中的“直流工作点分析”功能进行直流工作点分析,测量静态工作点,得静态工作点的测量值及以计算值为基准的误差如表1所列,且静态工作点基本对应图2中的Q1点。和计算值相比,测量值的误差较小。

表1 放大电路的静态工作点测量值和计算值

3 动态参数的分析

图3 交流等效电路

3.1 输入、输出电压波形

图4 放大电路的输入、输出电压波形

3.2 频率响应

用波特测试仪观测相频特性曲线和幅频特性曲线,并测量中频电压放大倍数AU为72.4414。当信号频率上升或者下降到一定程度,放大倍数数值也减小,当放大倍数的数值等于0.707倍AU时候对应的两个频率分别称为上限截止频率和下限截止频率。由图5中幅频特性曲线可以看出,上限截止频率为42.4022MHz时对应的增益为51.2428,下限截止频率为1.2279kHz时对应的增益为51.1908,通频带为42.401MHz。由图5中相频特性曲线可以看出,低频段输出电压波形和输入电压波形相位差约为90o,中频段输出电压波形和输入电压波形相位差为180o,即输入电压和输出电压的相位相反。

图5 幅频特性曲线和相频特性曲线

3.3 输入、输出电阻

可见Ri的实测值1.044kΩ和计算值1.07kΩ相差不大,但Ro的计算由于输出电阻RL=5.1kΩ的值较小,受电路误差及晶体管电阻的影响,实测值1kΩ和计算值1.2kΩ相差较大。如果将RL的取值增大到45.9kΩ时,RO=1.16kΩ就较为接近计算值。

3.4 失真分析

使用失真分析仪分析输出电压UO的总谐波失真(THD),当输入电压Ui所加频率均为10kHz的正弦波,而幅值不同时,总谐波失真如表2所列。

表2 总谐波失真

其中输入电压Ui加幅值为50mVp,频率为10kHz的正弦波时,输入和输出波形如图6所示。明显可以看出,此时输出电压UO上半部分已经发生失真。

3.5 参数扫描

利用参数扫描分析研究负载电阻对电路电压放大倍数的影响,在输入电压幅值为2mV,频率为10kHz时,图7显示了负载电阻RL为不同值时,输出电压的参数扫描分析结果,由图中可知,负载RL的阻值越大,负载所获得的电压越大,输出电压增大,电压放大倍数就越大。但当RL的值增加到一定值的时候,负载所获得的电压将不会再增大,放大倍数基本上保持不变或者变化很小。因为输出电压实际上是负载电阻RL和RO串联之后RL的分压,而电路的输出电阻RO=1.2kΩ,在RL值大于RO十倍左右以后UO的值变化就不再明显。

图6 发生失真时的输出电压波形

图7 负载电阻RL为不同值时的输出电压波形

4 结束语

本文运用Multisim 软件对基本共射放大电路进行了仿真研究,测试了三极管的输出特性曲线,电路的静态工作点,输入输出电阻等参数,并获得了输入电压、输出电压波形,幅频特性曲线和相频特性曲线。将仿真的结果与理论计算结果进行分析,可以看出仿真的结果可以形象的描述基本共射放大电路的工作特点,有利于研究放大电路的参数及工作过程。