基于Proteus的共射放大電路分析與研究

朱嶸濤++徐愛鈞

摘要：傳統(tǒng)的共射放大電路通常采用+12V單電源供電，在缺少直流穩(wěn)壓電源的情況下，無法完成實(shí)驗(yàn)。針對這一問題，提出了一種+5V單電源供電的共射放大電路，而+5V單電源可由USB接口提供。在結(jié)合理論分析的基礎(chǔ)上，借助Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)境分析了+5V單電源供電共射放大電路的基本特性：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和頻帶寬度等。結(jié)果表明，使用Proteus仿真結(jié)果與硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符。先采用Proteus進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，然后移植到硬件電路上，這種方法在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：共射放大電路；USB；Proteus；仿真

中圖分類號：TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）07-0269-03

The Analysis and Study of Common-emmitter Amplifier Circuit Based on Proteus

ZHU Rong-tao1， XU Ai-jun2

（1.Yangtze University College of Technology & Enginerring， Jingzhou 434020，China； 2.Yangtze University， Jingzhou 434023， China）

Abstract：Traditional Common-emmitter Amplifier Circuit usually adopts +12V single power supply. In the case of lack of DC Stabilied Voltage Power Supply， we cant do the experiment. In order to solve the problem， the author propose a sort of Common-emmitter Amplifier Circuit which adopts +5V single power supply. +5V single power supply can be provided by the USB interface. On the basis of thoery analysis， we study the basic characteristic of the Common-emmitter Amplifier Circuit such as Amplification Factor， Input Resistance， Output Resistance and Bandwith. The results shows that the Proteus simulation results is consistent with the hardware experiment results. The simulation is used by Proteus， and is tranplanted into hardware circuit. The method has certain promotion value in practical application.

Key words： Common-emmitter Amlifier Circuit；USB；Proteus； simulation

在傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，共射放大電路實(shí)驗(yàn)通常采用+12V單電源供電，在沒有直流穩(wěn)壓電源的情況下，共射放大電路無法正常工作，也不能微弱信號進(jìn)行有效放大。在很多實(shí)際的工程應(yīng)用中，經(jīng)常需要采用共射放大電路對微弱的信號進(jìn)行放大，若用+12V單電源供電就要為共射放大電路單獨(dú)做一個(gè)電源模塊，會(huì)增加成本。隨著USB技術(shù)發(fā)展和成熟，USB接口已經(jīng)成為了主流接口，且USB接口能夠提供穩(wěn)定的+5V電壓。為了把理論教學(xué)和實(shí)際工程應(yīng)用更緊密聯(lián)系在一起，同時(shí)在兼顧成本和低功耗的前期下，本文提出了一種+5V單電源供電的共射放大電路。

1 Proteus仿真平臺

Proteus軟件是英國LabCenter Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。先通過Proteus仿真，再移植到相應(yīng)的硬件電路上進(jìn)行實(shí)物測試，這種開發(fā)方式減少了系統(tǒng)開發(fā)周期和成本，具有一定的推廣價(jià)值[1]。

2 +5V共射放大電路設(shè)計(jì)

實(shí)際應(yīng)用中需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸入電阻大于500Ω、輸出電阻小于 300Ω和電壓放大倍數(shù)大于10的共射放大電路。經(jīng)估算，+5V共射放大電路中各電阻元件電阻值如圖1所示，耦合電容C1和C2分別取20uF和47uF，旁路電容C3取100uF。

2.1 靜態(tài)工作點(diǎn)Q的測量

為保證放大電路能正常工作，必須讓三極管工作在放大區(qū)，因此先設(shè)置好合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。靜態(tài)工作點(diǎn)Q的理論估算如下[2-3]：

[VB≈R5R6+R5UCC=25+2×5V=1.43V IC≈IE=VB-UBER3+R4=1.43-0.767 =10.8 mAIB≈ICβ=12.4200= 62 μAUCE=UCC-IE（R3+R4）-ICR2=5-10.8*230*10-3-10.8*67*10-3=1.79V]

利用Proteus軟件搭建的仿真電路如圖2所示，運(yùn)行仿真軟件可以看到虛擬儀表測試出來的靜態(tài)工作點(diǎn)Q值。

圖2 靜態(tài)工作點(diǎn)仿真測試圖

現(xiàn)將理論估算值和仿真測試值具體數(shù)值匯總于表1中，由表1中的數(shù)據(jù)可知，理論估算值和仿真測試值相符。

2.2 放大倍數(shù)和輸入輸出測試波形

為了能在仿真條件下測出共射放大電路的電壓放大倍數(shù)，必須先保證輸出波形沒有失真。在Proteus虛擬環(huán)境中，繪制出如圖1所示電路，接著將把輸入信號和輸出信號分別與虛擬示波器相連接，然后運(yùn)行Proteus軟件，就可看到輸入和輸出波形的圖形如圖3所示，此時(shí)輸入信號的頻率為10KHz，幅值為100mV。在圖3中[4]，我們看到輸出波形良好，輸入和輸出波形相差180°，且沒有出現(xiàn)任何失真。

電壓放大倍數(shù)理論計(jì)算如下（放大倍數(shù)β=200）：

[rbe=300+（1+β ）26IE=783.9ΩAu=-β（R2//R1）rbe+（1+β ）R3=-11.88]

在輸入信號和輸出信號的兩端分別放一個(gè)虛擬交流電壓表，運(yùn)行Proteus軟件后，如圖4所示可看到輸入信號的有效值為69mV，輸出信號的有效值為799mV，電壓放大倍數(shù)為-11.58倍。由此可以看出理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果相吻合，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.3 輸入電阻測試

輸入電阻測量電路圖如圖5所示，在輸入回路中接入交流電壓表和交流電流表后運(yùn)行仿真開關(guān)，分別從電壓表和電流表上讀取數(shù)據(jù)。根據(jù)[Ri=UiIi=69/0.085≈811Ω][5]，測得當(dāng)輸入信號頻率為10KHz時(shí)，共射放大電路的輸入電阻約為[811Ω]。

輸入電阻的理論計(jì)算為：[Ri=R5//R6//rbe+（1+β ）R3≈865Ω]。理論計(jì)算與仿真測量的結(jié)果相符。

2.4 輸出電阻測試

輸入電阻測量電路圖如圖 6 所示，首先在輸出回路中接入幅值為2V，頻率為10K的交流正弦信號源，接著再接入交流電壓表和交流電流表，然后后運(yùn)行仿真開關(guān)，分別從電壓表和電流表上讀取數(shù)據(jù)。根據(jù)[Ro=UTIT=1.42/0.0065≈220Ω]，測得當(dāng)輸入信號頻率為10KHz時(shí)，共射放大電路的輸入電阻約為[811Ω]。

輸出電阻的理論計(jì)算為：[Ro=230Ω]。理論計(jì)算與仿真測量的結(jié)果相符。

3 結(jié)束語

采用Proteus虛擬仿真軟件對+5V單電源共射放大電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析和仿真，理論分析計(jì)算與仿真軟件的結(jié)果相符，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過對共射放大電路的仿真可以使學(xué)生掌握如何測量放大電路的基本參數(shù)，進(jìn)一步理解放大電路中的參數(shù)對放大電路的影響。

參考文獻(xiàn)：

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