共發(fā)射極基本放大電路的靜態(tài)仿真測試分析

共發(fā)射極基本放大電路的靜態(tài)仿真測試分析

0靜態(tài)仿真測試分析作為一門重要的科學工程課程，模擬電子技術是高校文科專業(yè)的基礎課程，其實踐能力非常強。由于課程知識體系和分析方法等方面的特點,學生對課程的學習存在一定的困難。鑒于此,在模擬電子技術課程的教學中,采取將傳統(tǒng)的電路理論分析與仿真技術相結合的方式,對課程中的重點、難點知識進行突破,不失為一種有效的措施。靜態(tài)工作點的概念幾乎貫穿整個“模擬電子技術”教學的始終,是本課程的教學重點,也是教學難點。為了使學生在基本放大電路的學習中就對靜態(tài)工作點的概念、靜態(tài)工作點對放大電路的必要性和重要性有比較清晰正確的認識,為模擬電路后期的學期打下扎實的基礎。本文利用仿真Multisim10軟件,對共發(fā)射極基本放大電路進行靜態(tài)仿真測試分析。利用計算機仿真軟件,課內講授和課外探究相結合,化簡單抽象為具體形象,化枯燥乏味為生動有趣,充分調動了學生的學習興趣和自主性,幫助學生更好地理解和掌握教學內容。1基本放大電路中的靜態(tài)工作點1.1靜態(tài)工作點參數(shù)當輸入信號為零時,放大電路工作在直流工作狀態(tài),也稱為靜態(tài)。此時,晶體管的基極電流IB、集電極電流IC、基一射極間的電壓UBE和集一射極間管壓降UCE,統(tǒng)稱為靜態(tài)工作點參數(shù)。又因這些直流量所對應的正是晶體管輸入輸出特性曲線上的一個點,故稱其為靜態(tài)工作點Q,如圖1所示。1.2電路輸出波形的仿真分析設置合適的靜態(tài)工作點是保障放大電路正常放大信號的前提。設置靜態(tài)工作點的目的在于保證輸入信號在整個變化范圍內,工作點始終處于放大區(qū),從而使放大電路不失真地放大信號。在如圖2所示電路中不設置靜態(tài)工作點(去掉電路的上偏電阻),利用Multisim10仿真軟件進行仿真后觀察分析電路的輸出波形。在仿真過程中觀察到:當輸入電壓較小時,峰值小于晶體管的基-射極間的開啟電壓,則晶體管在輸入信號的整個周期內均截止,因此觀察不到輸出信號;進一步調整輸入信號的幅度,幅值足夠大,晶體管也只可能在信號正半周數(shù)值大于基-射極間的開啟電壓時間段內導通,輸出波形必然會失真。失真波形如圖3所示。由結果引導學生從理論上分析輸出波形出現(xiàn)失真的原因[1，10]?；谝陨戏抡?、觀察、分析,說明不設置靜態(tài)工作點,電路就不能正常放大輸入信號。使學生進一步理解設置合適的靜態(tài)工作點的必要性。2共激發(fā)極基本上是放大電路的靜態(tài)分析2.1靜態(tài)工作點電路模擬結果利用Multisim軟件搭建的仿真電路如圖4所示,接通+12V電源,輸入信號vi,調整電位器Rp的值,調整靜態(tài)工作點,使靜態(tài)集電極電流IC=2mA。利用仿真軟件中虛擬儀表測試靜態(tài)值,見表1。在輸入相同的情況下,放大電路在空載時和負載為2.4kΩ時的輸出波形如圖5,圖6所示。在觀察圖5,圖6后,得到結論:電路能夠正常放大信號,且共發(fā)射極放大電路的輸出波形與輸入波形是反相的,相位差是180°;在帶負載時,電路輸出信號比空載時的輸出信號減小了。2.2靜態(tài)工作點設置保持輸入信號不變,在如圖7所示的電路中,慢慢調大Rp,使得電路出現(xiàn)如圖8所示的波形,此時測試電路的靜態(tài)工作點,具體測試數(shù)據(jù)見表2。仿真結果分析可以得到:對于共發(fā)射極放大電路來說,截止失真波形是輸出波形的正半周失真,從理論上分析導致失真的原因是因為靜態(tài)工作點設置過低,使得輸入信號的負半周部分沒有被正常放大;從測試數(shù)據(jù)可以看出,截止失真時靜態(tài)集電極電位值接近于直流電源的電壓值,發(fā)射極電位值接近于0V,靜態(tài)集電極電流值接近于0。接著,保持輸入信號不變,在如圖9所示的電路中,慢慢調小Rp使得電路出現(xiàn)如圖10所示的波形,此時測試電路的靜態(tài)工作點,具體測試數(shù)據(jù)見表3。從以上仿真結果分析可以得到:對于共發(fā)射極放大電路來說,飽和失真波形是輸出波形的負半周失真,從理論上分析導致失真的原因是因為靜態(tài)工作點設置過高,使得輸入信號的正半周部分沒有被正常放大;從測試數(shù)據(jù)可以看出,飽和失真時,發(fā)射結正向偏置,集-射極間的壓降較小。通過仿真技術分析單管放大電路在靜態(tài)工作點設置不同的情況下的輸出波形、靜態(tài)值等特點,使學生進一步認識到了合適的靜態(tài)工作點的設置對放大電路正常放大信號的重要性。同時也使學生進一步了解了同一放大電路在不同的工作狀態(tài)下,靜態(tài)電流、電壓的數(shù)值特點,也將此數(shù)值特點可以作為今后在電路調試中判斷電路工作狀態(tài)的基本依據(jù)。3靜態(tài)工作點設置的重要性將放大電路靜態(tài)工作點的知識講授與Multisim10仿真有機結合起來,對靜態(tài)工作點這個教學重點的突破不失為一種有效的途徑。首先,借助Multisim10仿真,使學生對靜態(tài)工作點設置的必要性和重要性有進一步深刻的理解。其次,借助Multisim10仿真,將靜態(tài)工作點正確設置和不能正確設置兩種情況下,電路的輸出波形的特點、靜態(tài)工作點數(shù)值特點,形象直觀地展現(xiàn)在學生面前,由此創(chuàng)設情景,激發(fā)了學生探究的興趣,進一步從理論上解釋觀察到的現(xiàn)象