基于仿真軟件的固定式偏置共發(fā)射極放大電路分析

賈哲

摘 要：采用Muhisiml0仿真軟件對(duì)基本的固定式偏置共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試分析。對(duì)比了放大電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，讓學(xué)生對(duì)放大電路有了直觀的認(rèn)識(shí)，加深了學(xué)生電路性能和特點(diǎn)的理解，為后續(xù)電子電路知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：Muhisim 10；電路仿真；放大電路

在電子電路的教學(xué)中，固定式偏置共發(fā)射極放大電路是學(xué)生最先接觸到的一類(lèi)重要放大電路，共發(fā)射極放大電路具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、放大能力強(qiáng)、輸出電壓與輸人電壓反相的特點(diǎn)。掌握其相關(guān)知識(shí)，是學(xué)好多級(jí)放大電路、負(fù)反饋放大電路、穩(wěn)壓電源等內(nèi)容的重要保證。而Muhisiml0仿真軟件具有形象直觀的人機(jī)交互界面，儀器儀表庫(kù)中的各儀器儀表與操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際儀器儀表大致相同，幾乎能100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。本文將理論分析與Muhisiml0軟件仿真分析測(cè)試相結(jié)合，對(duì)固定式偏置共發(fā)射極放大電路進(jìn)行講授，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)更形象、直觀、全面、深刻地掌握所學(xué)內(nèi)容。

1 共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試

放大電路的工作狀態(tài)可分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況。靜態(tài)是指當(dāng)放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)，即輸入信號(hào)ui=0；動(dòng)態(tài)則是有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)，即輸入信號(hào)ui≠0。在放大器的靜態(tài)時(shí)必須設(shè)置一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)， 即給三極管的基極加一個(gè)正向偏壓，提高基極電壓而避開(kāi)“死區(qū)”，防止放大電路產(chǎn)生的嚴(yán)重失真。靜態(tài)分析主要是確定放大電路的靜態(tài)值IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ。在Muhisiml0仿真軟件界面上放置元件、設(shè)置參數(shù)并進(jìn)行連接，仿真電路如圖1所示。圖中電路通過(guò)教材給定公式，計(jì)算所得靜態(tài)工作點(diǎn)大小分別為IBQ=0.027mA，UBEQ=0.7V，ICQ=2.7mA ，UCEQ=6.6V。

將信號(hào)發(fā)生器輸入信號(hào)設(shè)置為0，放置儀器儀表并正確連接，接通電源，測(cè)試情況見(jiàn)圖1，測(cè)試所得各靜態(tài)參數(shù)分別為IBQ=0.025mA，UBEQ=0.65V，ICQ=2.8mA ，UCEQ=6.2V。此值與理論計(jì)算結(jié)果基本相同，但是此結(jié)果更加直觀，學(xué)生更容易接受。

2 共發(fā)射極放大電路的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的測(cè)試

放大電路應(yīng)滿足若干基本技術(shù)要求，主要反映在輸入電阻、輸出電阻和放大倍數(shù)等參數(shù)上。當(dāng)輸入信號(hào)加到放大器的輸入端時(shí)，放大器就相當(dāng)于信號(hào)源的負(fù)載電阻，這個(gè)負(fù)載電阻就是放大器本身的輸入電阻，也就是從輸入端往放大電路看，它所具有的等效電阻。輸出電阻是指從放大電路輸出端看入的等效電阻。放大電路的放大能力用放大倍數(shù)來(lái)表示，放大倍數(shù)即輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的比值，通常情況下放大倍數(shù)是指電路的電壓放大倍數(shù)。本電路通過(guò)教材給定公式，計(jì)算可得動(dòng)態(tài)性能參數(shù)為ri≈1.2kΩ，ro≈2kΩ，AuL≈-82。

在利用仿真軟件測(cè)試輸入電阻時(shí)，可設(shè)置如圖2所示的測(cè)試電路?？稍O(shè)置信號(hào)源輸入信號(hào)幅值為10mV頻率為1kHz的正弦波，經(jīng)測(cè)試該信號(hào)不會(huì)使輸出電壓失真。在共發(fā)射極放大電路輸入端與信號(hào)源之間串接一只1 kΩ電阻，利用示波器測(cè)量信號(hào)源輸入電壓US≈10mV和放大電路輸入電壓Ui=5mV，根據(jù)分析，采用關(guān)系式，可得到輸入電阻為ri≈1kΩ，與理論結(jié)果基本一致。

測(cè)量輸出電阻則可在上述輸入條件下，分別測(cè)試電路的有載和空載時(shí)的輸出電壓，有載測(cè)試情況見(jiàn)圖3所示。測(cè)量得到電壓結(jié)果為UL≈870mV，Uo≈1.7V，采用關(guān)系式，可得輸出電阻ro≈1.9kΩ，與理論分析的ro=Rc=2kΩ相接近。

在測(cè)量電路的放大倍數(shù)時(shí)，可根據(jù)放大倍數(shù)的定義（輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的比值），即同時(shí)觀測(cè)出輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，便可得到電路的放大倍數(shù)并觀察到電路的放大情況，電路的輸入波形與輸出波形見(jiàn)圖3示波器所示。通過(guò)對(duì)其波形的展示，學(xué)生一下就可看出兩個(gè)波形在相位上反相的，并對(duì)放大倍數(shù)前的負(fù)號(hào)有了深刻認(rèn)識(shí)。進(jìn)一步讀出ui≈10mV，uo≈870mV，計(jì)算出放大倍數(shù)為AuL≈-87，與理論計(jì)算結(jié)果近似相同。

3 結(jié)語(yǔ)

Muhisiml0仿真軟件具有簡(jiǎn)潔、方便、逼真等特點(diǎn)，在授課過(guò)程中，將Muhisiml0仿真軟件分析測(cè)試與理論分析相結(jié)合析方式，使學(xué)生直觀地觀察到電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況和各類(lèi)參數(shù)的數(shù)值大小，有效地加深了他們對(duì)電路的感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了其對(duì)電路性能的分析和理解。通過(guò)將Muhisiml0軟件仿真引入到課堂，提高了學(xué)生探究電子電路的興趣，進(jìn)而引起了對(duì)所觀察現(xiàn)象和數(shù)值特點(diǎn)的總結(jié)和思考。基于Muhisiml0仿真軟件的電子電路課堂教學(xué)還有待于進(jìn)一步地思考、探索和實(shí)踐。

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