单级放大电路的设计与仿真

1、单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1掌握放大电路静态工作点的调整与测试方法.2掌握放大电路的动态参数的测试方法.3观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响.二、实验器材1mV5KHz正弦电压源,15mV5KHz正弦电压源,12V直流电压源,2N2222A三极管,10uF 电容3个,10 KQ电阻2个,3.0 KQ电阻,1.5 KQ电阻,5.1 KQ电阻,250KQ 电位器,万用表,示波器等.三、实验原理与要求三极管工作在放大区时具有电流放大作用,只有给放大电路中的三极管提供适宜的静 态工作点才能保证三极管工作在放大区.如果静态工作点不适宜,输出波形那么会产生非线性失真一一饱和失真和

2、截止失真,而不能正常放大.静态工作点适宜时, 三极管有电流放大特性,通过适当的外接电路,可实现电压放大. 表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻.对于不同频率的输入交流信号,电路的电压放大倍数不同,电 压放大倍数与频率的关系定义为频率特性,频率特性包括：幅频特性一一即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性即电压放大倍数的相位与频率的关系.设计一个分压偏置的单管电压放大电路,要求信号源频率5kHz幅度1mV,负载电阻5.1k Q,电压增益大于 50.调节电路静态工作点调节电位计,观察电路出现饱和失真和 截止失真的输出信号波形,并测试对应的静态工作点值.参加信号源频率

3、5kHz 幅度1mV,调节电路使输出不失真,测试此时的静态工作点值.测电路的输入电阻、 输出电阻和电压增益.测电路的频率响应曲线和fL、fH值.设计图如下：四、实验内容与步骤15mV的交流电压源代替了原先的 1mV1.饱和失真为了使得到的饱和、截止失真的波形图更加明显,用的电源.调节电位器的百分比至0%观察波形.测试饱和失真下的静态工作点"万用我R310k0«<1"万电表-KM"LOUFA I fvO-G-2 576 mA设盍I69 657 mV可知 I b=227.374uA , I c=2.576mA, U cE=69.657mV.2.截止失真

4、调节电位器的百分比至91%观察波形.原理图如下:Rm L<s波形如下:9测试截止失真下的静态工作点4-XSC1XMM1Z可知 |B=55.511nA , I c=5.329 uA, U C5=11.979V.3.不失真且信号幅度最大时的输出信号将电位器调为4%观察波形,输出波形不失真.而在 3嘛日5%寸分别出现饱和失真和截 止失真,加大输入信号,输出波形出现明显的失真,因此最大不失真输出在输入信号等于 15mV时.把输入信号的幅度调为1mU示波罪-xg1时间 4S7.072 ms 4SS.073 ms 1.000 ms保存 Ext Triggs漫甫A通诅B比例比削|5 W丫位置 RA(Z

5、 | 0 PC PY位置1. ac| |dc -1 c117.79'fmV 117,794 mV -1.466 uV时间比例11加g三|XM (5南加蜷I B俱|哄|边汨 电平 类型|T % IE R I I 二o p正建|杯准I自蔚|片不失真时静态工作点的测试诺万用表-XMM12179 mAVI :cr万用表-XMM2*万用表-XMM3C3 10uF览2.18V设置.可知 Ie=10.214uA , I c=2.179mA, U ce=2.18V.4.测试电路的放大倍数,原理图如下：I r|设置i ClLCuFTl-侦uF测试结果如下:XMM2测量输入电压与输出电压,得 U=0.99

6、9599mV, Uo=144.636mV.那么电压增益Au=Uo/Ui =144.7.经测试,该三极管的参数如下：r be=2.714 KQ ,3 =213.通过计算可得电压增益理论值为:Au' =6(Rc/Rl)/ r be=145.44 . 那么实验的相对误差为：E= I Au- Au' I / Au ' X 100%=0.509%.5. 测试输入电阻原理图如下：1JV测试结果如下:*万用表-XMM3999.599 UVC2* 10u测量输入电压与输入电流,得U X 0.999599mV, I i =524.087nA,根据输入电阻的定义得R=U/ I i =1.9

7、07 KQ,通 过计 算可得 输入电阻理论 值为：R ' =(R1+R3)/R2/r be=l.916 KQ,那么实验的相对误差为：E= I R- R' I / R' X 100%=0.470%.6. 测试输出电阻原理图如下：q4-C2II-10uFXMLH01SkHz测量输出 电压与输出 电流,Uoq 0.999972mV, Io=352.753nA, 根据定义得 Ro=Uo/Io=2.835 KQ,通过计算可得输入电阻理论值为：R. =Rc=3.0 KQ,那么实验的相对误差为：e= I Ro- Ro' I / Ro ' xioo%=0.550%.7.

8、 测试放大电路的频率特性放大电路的频率特性测试电路如下：对电路进行频率特性仿真,得到其幅频和相频特性仿真结果如下:视图 3) I(T|1X E购显S |曲目腹皴交流小信号分折|单级放大原理图交流小信号分析Y YIA A a频率(HZ)yidx 邳 1/dx 1/dy pin x piax x min y max yoffset x offset y回 矿11.6999 16.0932k 11.7013I. 37i61Bl105.27B8U 726.1.0000 10.O000G 255.3727II, 7015O.DOOOQ.DOOO囹(V)TMmE睹"曲曰N &K 4|哈离

9、意Q I> a oC小It号分析I单级放大原理图交流小信号分析回111.67S78.32S629.670SM10k¥2 dx dyl/dx1/dyir.ax xmin y pax y offset x offset, y3.2B79 29,704M -40.6933m 33 703 fin -24.5741 1.0000 10.0000G 2S3,3727m 11.70150.0000 0.0000可知下限频率 f L=111.6787Hz ,上限频率 f h=29.6705 MHz四、实验结果分析虽然以前也对 Multisim 软件有所了解,但真正将其用在 EDA设计中时还是有很多不了 解的地方,也犯了一些小错误. 实验一其实就是模电的根本知识,