基于Multisim 12的單管共射放大電路分析

岳永哲 李然

摘要：單管共射放大電路是“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”引入的第一個放大電路電路，該文利用Multisim 12仿真軟件，對單管共發(fā)射極放大電路進(jìn)行靜態(tài)、動態(tài)仿真測試分析，能讓學(xué)生對放大電路的工作原理產(chǎn)生相對直觀的認(rèn)識， 使學(xué)生對放大電路更好的接受。

關(guān)鍵詞： 放大電路； Multisim l2； 靜態(tài)工作點；電路仿真

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）09-0279-02

1引言

“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”作為電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是電類專業(yè)學(xué)生不可能規(guī)避的課程，而這門課程本身學(xué)起來又相對比較難。單管共射放大電路是這門課程的入門電路，如能夠?qū)Υ穗娐返墓ぷ髟碛邢鄬ι钊肜斫?，對以后更好的學(xué)習(xí)這門課程會有很大幫助。有效利用仿真軟件Multisim 12，對單管基本共發(fā)射極放大電路進(jìn)行靜態(tài)以及動態(tài)兩方面的仿真測試分析， 會使學(xué)生對基本放大電路的工作原理產(chǎn)生相對感觀的認(rèn)識，對后續(xù)的各種放大電路接受起來會變得更加容易。同時，Multisim 12仿真軟件上手很容易，但其仿真功能很強(qiáng)大，學(xué)會使用該軟件，對以后電子電路的學(xué)習(xí)會有很大幫助。

2 單管共射放大電路

2.1 工作原理

單管共射放大電路是三種基本放大電路中最為常見的一種，圖1所示電路為共射放大電路中的典型靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路。

放大電路本身是一個能量轉(zhuǎn)換電路，微弱的的電信號加到放大電路輸入端，通過放大電路的直流電源提供能量，使輸出得到放大的電信號。晶體管作為放大電路的核心部件，要想使放大電路正常工作就必須保證晶體管有合適的直流偏置。在外加輸入信號為零，即輸入端對地短接的情況下，整個放大電路中只有在直流電源作用下形成的直流信號存在，晶體管的基極電流IB、集電極電流IC、基極與射極間的電壓VBE和集電極與射極間的電壓VCE，這四個直流分量常被稱為放大電路的靜態(tài)工作點。放大電路有輸入信號加入時，基極電流會在原來直流分量IB的基礎(chǔ)上疊加交流分量ib，由于是在放大區(qū)，所以集電極電流也會在原來Ic的基礎(chǔ)上疊加上由基極電流變化所引起的大小為ic=βib的交流變化，集電極電流的變化會引起集電極電阻RC上壓降的變化，進(jìn)而使輸出電壓發(fā)生變化，這樣信號的傳送與放大就得以完成。我們可以看到，整個放大過程都必須使交流信號馱載在直流信號之上，所以放大電路的靜態(tài)工作點的合理設(shè)置是放大的基礎(chǔ)。圖1所示電路中各元器件的參數(shù)如何設(shè)定才能達(dá)到上述要求呢？通過Multisim 12仿真實驗就可以輕松解決。

2.2 靜態(tài)工作點設(shè)置

選用常用的一些元器件，在圖1的基礎(chǔ)上我們搭建出圖2所示電路。通過調(diào)節(jié)RP的大小，我們可以從仿真軟件中讀出晶體管的集電極電位和基極電位，經(jīng)過比較這兩個電位值我們就能夠很直觀地判斷出晶體管是否工作在放大區(qū)，即晶體管的發(fā)射結(jié)是否在正向偏置狀態(tài)，其集電結(jié)是否處在反向偏置狀態(tài)。在靜態(tài)晶體管處在放大的前提下，其在靜態(tài)工作點在放大區(qū)的位置是否合理呢？如果靜態(tài)工作點設(shè)置過高會有怎樣的后果？那么靜態(tài)工作點設(shè)置過低的話，又將會出現(xiàn)什么不一樣的狀況呢？下面我們通過Multisim 12軟件對上述情況做下仿真實驗。

2.2.1 靜態(tài)工作點設(shè)置合理時放大電路分析

根據(jù)經(jīng)驗我們調(diào)節(jié)RP，使晶體管集電極電位達(dá)到9V左右，輸入加入有效值為5mV頻率為1KHz的正弦波信號，如圖3所示電路，圖4為仿真輸入與輸出波形。從圖4中，我們可以看到，輸入波形與輸出波形有180度的相移，恰好證明了共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為何為負(fù)值。從圖4中還可以讀出，輸出量基本被放大了50倍，輸出波形并不是表面幅度看上去的只有輸入波形的幾倍，因為輸入波形的比例為20mV/格，而輸入波形的比例為200mV/格。

2.2.2 靜態(tài)工作點設(shè)置過低時放大電路分析

調(diào)節(jié)RP置其最大值，并增大輸入信號置20mV，如圖5所示電路。我們通過萬用表的數(shù)值可以判斷出，此時放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)的過低了。從圖6中可以看出，輸出波形出現(xiàn)了嚴(yán)重的頂部失真，這種非線性失真是由靜態(tài)工作點設(shè)置過低，放大電路在放大過程中，晶體管進(jìn)入了截止?fàn)顟B(tài)，所以這種失真也稱為截止失真。

2.2.3 靜態(tài)工作點設(shè)置過高時放大電路分析

調(diào)節(jié)RP置其最小值，并增大輸入信號置10mV，如圖7所示電路。通過萬用表的數(shù)值可以判斷出，此時放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)的過高了。從圖8中可以看出，輸出波形出現(xiàn)了嚴(yán)重的底部失真，這種非線性失真是由靜態(tài)工作點設(shè)置過高，放大電路在放大過程中，晶體管進(jìn)入了飽和狀態(tài)，所以這種失真也稱為飽和失真。

通過以上仿真分析，學(xué)生可以較直觀的了解放大電路的工作原理，以及更深入的理解靜態(tài)工作點的設(shè)置對放大電路的重要性。通過仿真電路，學(xué)生可以時時的對電路的元器件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并能通過仿真分析很直觀地看到這些參數(shù)調(diào)整后對電路所帶來的影響，這會使學(xué)生感覺到，原來電路也并非看不到、摸不著的東西，進(jìn)而使學(xué)生對學(xué)好“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”這門課程的信心大增。

3 結(jié)語

Multisim 12是一款功能非常強(qiáng)大的電路仿真軟件，熟練掌握這款軟件的使用，不但對學(xué)生學(xué)習(xí)“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”這門課程有很大幫助，而且在以后的電子電路相關(guān)課程的學(xué)習(xí)中會起到深遠(yuǎn)影響。

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