单级阻容BJT放大器设计实验报告.doc

电子线路设计、测试与实验实验报告实验名称：PSPICE仿真单级放大电路 院（系）：电子信息与通信学院专业班级：姓名：学号：时间：地点：实验成绩：指导教师：2015 年 11 月 4 日一、 实验目的 1、 了解电子电路 CAD 技术的基础知识， 熟悉仿真软件 PSpice 的主要功能。 2、 学习利用仿真手段， 分析、 设计电子电路。 3、 初步掌握用仿真软件 PSpice 分析、 设计电路的的基本方法和技巧。 2、 实验要求1.利用PSPICE软件完成图4.5.1的单级共射放大电路；2.分析放大电路的静态工作点；3.仿真放大电路的电压增益的幅频响应和相频响应曲线；4.仿真电路的输入、输出电阻频率响应曲线。3、 预习要求 认真阅读书本附录 A， 详细了解 PSpice 软件的功能、 仿真步骤及使用方法。 熟悉单极共射放大电路的静态工作点， 输入、 输出电阻及幅频特性、 相频等。 四、实验内容与步骤 1、 在主页下创建一个新的工程项目文件 启动 Capture 软件， 执行菜单命令 File| New| Project， 弹出 New Project 对话框， 在 Name下的编辑栏中输入项目名称， 选中 Analog or Mixed A/D。 在 Location 编辑栏中输入设计项目文档的存放路径。 单击 OK 键选中 Create a blank project， 单击 OK 键。 2、 绘制单极共射放大电路的原理图 （1） 调元器件在 Capture 主窗口中， 单击 Place| Port， 弹出选择窗口， 先调用三极管， 在 BIPOLAR 库中的 Port 栏中， 点击三极管 Q2N2222， 单击 OK， 左击放置三极管， 单击右键选择菜单 END Mode可结束该器件的放置操作。 如此放置电阻 R、 电阻 C（ANALOG 库） 、 电源 VDC（SOURSE 库） 、模拟地 0（SOURSE 库） 、 信号源 VISN 等。 移动、 旋转和删除元器件 首先激活元器件， 左键选中器件， 就可以移动器件； 右键选中 Mirror Horizontally、 Mirror Vertically 或 Rotate 命令， 来水平镜像翻转、 垂直镜像翻转或旋转元器件； 需要删除是右键 然后 Delete 即可。（2） 画连接线 选择菜单命令 Place| Wire 或相应的便捷工具图标， 此时数遍箭头变成十字， 将十字移到元器件引脚端口， 单击左键， 在移到要连接的另一元器件引脚端， 单击左键。 单击右键， 执行菜单命令 End Wire， 结束画线操作。 修改元器件标号和参数 用鼠标双击图中要修改的标号或参数， 弹出 Display Properties 窗口， 修改 Value； 编辑栏中的内容， 单击 OK 完成。（3） 对节点定义节点名 选择菜单命令 Place| Net Alias 或相应的便捷工具图标， 弹出 Place Net Alias 对话框， 在Alias 编辑栏中填写节点名， 如“Vc” ， 单击 OK 键。 到此为止， 完成了绘制电路原理图的工作。 3、 设置仿真类型， 创建仿真简要表 （1） ias Point Detai1(静态) 选择菜单 PSpice /New Simulation Profile， 在 New Simulation 对话框下， 键入ias ， 用鼠标单击 Create， 然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框； 在模拟类型和参数设置框下， 见 Analysis type 拦目， 用鼠标选中及单击 ias Point Detai1 ； 并 在 Output File Optiongs 拦目下， 单击选中“include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and semiconductors” 。 单击 应用（A） 及 确定 返回 ！ （2） Transient (瞬态, 即时域分析) 选择菜单 PSpice /New Simulation Profile， 在 New Simulation 对话框下， 键入 TRAN ， 用鼠标单击 Create， 然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框； 在模拟类型和参数设置框下， 见 Analysis type 拦目， 用鼠标选中及单击 Time Domain(Transient) 再键入下列数据：Run to 4ms Start saving data 0ms Maximum step 20us 单击应用（A） 及 确定 返回 ！ （3） AC Sweep（即频域分析）选择菜单 PSpice /New Simulation Profile， 在 New Simulation 对话框下， 键入 AC ，用鼠标单击 Create， 然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框； 在模拟类型和参数设置框下， 见 Analysis type 拦目， 用鼠标选中及单击 AC Sweep/Noise 然后， 在 AC S weep Type 拦目下键入下列数据： Start 10hz End 100Meg Points/ Decade =101 对于 Logarithmic 项选中： Decade (十倍频， 取半对数坐标) 单击应用（A） 及 确定 返回 ！4、 电路规则检查及生成电路连接网表 （1） 将建立或修改后的文件(exa1. sch) 存盘 。 （2） 建立电路连接规则检查和建立网表文件： 单击 PSpice / Create Netlist （若有问题， 屏幕会有指示， 并由设计者予以解决） 5 仿真 （1） 电路的静态工作点 在项目管理器窗口中， 点击鼠标右键， 单机命令 Make Active， 激活 Bias 图标， 执行菜单命令 Pspice| Run, 单击菜单下便捷工具 V 按钮， 电路各节点对地电压会直接显示在电路图中。还可在 Capture 的项目管理器窗口中， 右键单击 Bias point 分析类型的简要表， 并执行右键菜单命令 View Output File 打开仿真结果输出文件， 则该电路的静态工作点， 如基极电流， 集电极电流， 集射集电压等， 都会显示在屏幕上。 （2） 仿真放大电路的输入， 输出波形 在“项目管理器” 窗口中， 点击鼠标右键， 单击命令 Make Active， 激活 TRAN 图标， 执行菜单命令 Pspice| Run, 屏幕上会出现一个空白坐标， 选择菜单命令 Trace| Add Trace, 弹出如下图所示的 “添加曲线”对话框， 从窗口左侧的变量列表中单击 V （Vo）, 或在 Trace Expression编辑框中输入 V(Vo) , 单击 ok 按钮， 完成添加， 则波形显示框便会显示出 Vo 的电压波形。 添加一个波形显示框， 以便同时观察多个波形。 选择菜单命令 Plot| Add Plot to Window，此时显示框中多出了一个显示框。 用以上方法添加输入电压 V（Vi： +） 的波形， 此时波形显示框中便显示出 Vo 和 Vi 两个电压波形。 观察输入, 输出波形， 如有饱和失真和截止失真， 则退出仿真， 进入电路原理图中， 修改有关参数， 直至波形正常， 仿真结束。 （3） 仿真放大电路电压增益的幅频响应曲线和相频响应曲线 在“项目管理器” 窗口中， 单击鼠标右键， 单击命令 Make Active， 激活 AC 图标， 选择菜单命令 Trace| Add Trace , 弹出 Add Trace 对话窗口。 幅频响应曲线 键入： dB(V(Vo) /V(Vs: +) ) , 单击 ok 按钮， 返回， 则幅频响应曲线显示在窗口中。 单击菜单命令 Trace| Cursor| Display， 激活游标（十字交叉线）， 确定中频区 Av（dB） , 选择菜单命令 Plot| Label| Mark， 此时， 游标的坐标值记在曲线附近。 移动游标在中频电压增益下降约3dB 处， 横坐标频率值就是上（下） 限截止频率。 单击菜单命令 Plot| Label| Mark， 此时坐标值标记在曲线附近， 则可算出通频带。 相频响应曲线 键入： dB(Vp(Vo) -Vp(Vs: +) ) , 单击 ok 按钮， 返回， 则相频响应曲线显示在窗口中。 单击菜单命令 Traee| Cursor| Display, 激活图标， 此时坐标值显示在曲线附近。 6、插面包板做实验并记录数据。五、实验结果与分析1、 已知条件+VCC=+12V，RL=2K,Vi=10mV(有效值),RS=50。2、主要技术指标|AV|30，Ri2K,Ro3K,fl500KHz,电路稳定性好。3、实验仪器设备低频信号发生器：低频信号发生器（1台）、数字万用表（1块）、双踪示波器（1台）、实验面包板（1块）、直流稳压电源（双路输出）（1台）、元器件及工具（1盒）4、电路工作原理如图所示，电位器，Rb2，R1，Re组成电流负反馈偏置电路，RC为晶体管直流负载，RL为负载电阻。CB、CC用来隔直和交流耦合。5、电路设计与调试（1）电路设计三极管用9013三极管，测得为300。其余原件参数如电路图所标示。（2）电路的装调按照设计的参数安装电路，接通电源，调整电路，用万用表测得静态工作点及输入输出电阻：放大器的测量数据表静态工作点VBQ/VVCQ/VVEQ/VICQ/mAIBQ/uAVCEQ/V5.357.334.693004.6715.62.64电压增益(f=1kHz)ViVoAV=VO/VI=38.729.2mV1.13V输入电压Ri测试电阻R=2kViVsRI=VI/(VS-VI)R=3.93K18.56mV28mV输出电阻Ro(负载电阻RL=2K)VoVolRO=(VO/VOL)-1RL=9211.49V1.02V6、主要技术指标的测量（1）测量电压增益AV在放大器输入端加上f=1KHz,Vipp=28mV的正弦波，在输出波形不失真时，测得vi和vo的波形如图所示，由图知AV=Vopp/Vipp=1130/29.2=38.7(2)测量通频带BW如图所示，当放大器增益下降到中频增益的0.707倍时所对应的fL和fH故通频带为27Hz-1.564MHz通频带fL、fH的测量数据表输入VIPP=28mVfi/Hz202730401001k10k100k500k1M1.564MVOPP66479882491210901130114011201080936798AV22.727.328.231.237.338.73938.437.032.027.320lgAV27.128.72929.931.431.831.831.731.430.128.7通频带Fl=27Hz FH=1.564MHz(3)测量输入电阻Ri取测试电阻为2K分别测得R两端对地电压Vspp=28mV,Vipp=18.56mV,则，Ri=RVi/(Vs-Vi)=3.93K(4)测量输出电阻Ro输入一固定信号电压，分别测得RL断开和接通时的输出电压VO=1.49V,VOL=1.02V,则Ro=(VO/VOL-1)RL=9217、误差分析（1）电压增益AV理论计算AV=38.7，实测值AV=38.7，相对误差为=0%（2）输入电阻理论值Rirbe =3700，实测3930。相对误差=（3930-3700）/3700=6.2%（3）输出电阻RO理论值RORC为1K,实测921。相对误差为=(1000-921)/1000=7.9%。误差产生的原因有：1.各计算公式为近似公式。2，元件的实际值与标称值不尽相同3.在频率不太高时，CE、CB的容抗不能忽视4，测量仪器仪表的读数误差8、实验分析与研究（1）、影响放大器电压增益的因素从求AV的公式知，越大AV越大，RC越大，AV越大，而RoRC,故RC 不可太大。（2）影响放大器通频带的因素从求fL的公式知，CE变大fL变小，但CE增大，电容的体积和价格也增大，故应综合考虑。晶体管发射极增加负反馈电阻后，可使fL变小，AV减小。（3