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实验二 单级共射放大电路实验
导读：实验二单级共射放大电路，一、实验目的，1、学会放大电路静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大电路性能的影响，2、掌握放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法，3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用，二、实验设备与器件1、模拟电路实验装置2、双踪示波器3、交流毫伏表4、万用表三、，图2－1为电阻分压式工作点稳定单管共射放大电路实验原理图，它的偏置电路采用R实验二 单级共射放大电路 一、实验目的 1、 学会放大电路静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大电路性能的影响。 2、 掌握放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验设备与器件 1、模拟电路实验装置 2、双踪示波器 3、交流毫伏表
4、万用表 三、实验原理 图2－1为电阻分压式工作点稳定单管共射放大电路实验原理图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大电路的静态工作点。当在放大电路的输入端加入输入信号ui后，在放大电路的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。 RP1 100K 47μF RB11 4.7K RC1 2K 47μF RB12 10K 510 RE1 51 C3
共射极单管放大电路实验电路
在图2－1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2 的电流远大于晶体管T 的
基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算:
UCE＝UCC－IC（RC＋RE）
电压放大倍数
AV??βRC // RL
rbe输入电阻
Ri＝RB1 // RB2 // rbe 输出电阻
由于电子电路件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元电路件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大电路的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大电路，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大电路的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。
放大电路的测量和调试一般包括：放大电路静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大电路各项动态参数的测量与调试等。 1、放大电路静态工作点的测量与调试 1)静态工作点的测量
测量放大电路的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行， 即将放大电路输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用
IC?IE?UEU?UC算出IC（也可根据IC?CC，由UC确定IC）， RERC同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。 为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。
2)静态工作点的调试
放大电路静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大电路的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大电路在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图2－2(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2－2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大电路的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。
(b) 图2－2
静态工作点对uO波形失真的影响 改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。
电路参数对静态工作点的影响
最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
放大电路动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。
1)电压放大倍数AV的测量
调整放大电路到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则:
2)输入电阻Ri的测量
为了测量放大电路的输入电阻，按图2－4 电路在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大电路正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得：
Ri?UiUiUi??R UIiUS?UiRR 图2－4
输入、输出电阻测量电路
测量时应注意下列几点:
① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压 UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。
② 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。
3)输出电阻R0的测量
按图2-4电路，在放大电路正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据
UL?即可求出：
RO?(UO?1)RL ULRLUO
在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。
4)最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围） 如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大电路正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波电路观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2－5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于22U0。或用示波电路直接读出UOPP来。
静态工作点正常，输入信号太大引起的失真
5)放大电路幅频特性的测量 放大电路的幅频特性是指放大电路的电压放大倍数AU与输入信号频率f 之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2－6所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带
fBW＝fH－fL 放大电路的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AU。为此，可包含总结汇报、经管营销、教学研究、计划方案、行业论文、工程科技、自然科学、医药卫生、表格模板、外语学习、高中教育以及实验二 单级共射放大电路实验等内容。本文共2页
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单管共射交流放大电路如下图所示，该电路的输出电压u。与输入电压ui的相位（)。 （A) 相同（B) 相反（C)
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单管共射交流放大电路如下图所示，该电路的输出电压u。与输入电压ui的相位()。(A) 相同(B) 相反(C) 相差π/2(D) 不能确定请帮忙给出正确答案和分析，谢谢！
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Multisim 10在单管共射放大电路教学中的应用
09:15:36来源: 互联网 关键字：
摘要：利用Multisim 10对单管共射进行了计算机辅助教学。采用直流工作点分析了电路静态工作点的设置。利用温度扫描和参数扫描分析了温度对静态工作点以及电路参数对输出波形的影响。对电压增益、输入电阻和输出电阻的仿真测试结果和理论计算基本吻合。研究表明，利用Multisim 10强大的分析功能对电路进行计算机仿真，可以提高教学质量和教学效果。
　　关键词：Multisim 10;电路仿真;静态工作点;动态参数
　　在众多的电路仿真软件中，Multisim以其界面友好，功能强大和容易使用而倍受高校电类专业师生和工程技术人员的青睐。Multisim 10是美国国家仪器公司NI(National Instruments)最新推出的Multisim版本，集电路设计和于一件，为设计者提供了一个功能强大，仪器齐全的虚拟电子工作平台。设计者可以利用虚拟电子元器件和仪器仪表，搭建虚拟实验室，进行模拟电路、、自动控制、和射频电子线路的仿真和调试。
　　技术是高校电类专业的基础课程。单管共射放大电路是模拟电子技术的基础部分，也是这门课程的教学重点和难点，而单管共射放大电路则是放大电路的基本形式。要在放大电路中实现输出信号的不失真放大，必须设置合适的静态工作点。放大电路的适用范围是低频小信号，电压增益、输入电阻和输出电阻是分析放大电路的动态指标。利用仿真软件对典型电子电路进行计算机仿真，实现在有限的课题教学中，化简单抽象为具体形象，化枯燥乏味为生动有趣，能充分调动学生的学习兴趣和自主性，帮助学生更好地理解和掌握教学内容。本文以单管共射放大电路为例，应用Multisim 10仿真软件进行了模拟电路的计算机辅助教学。
　　1 单管共射放大电路的静态工作点
　　1.1 静态工作点(Q点)的设置
　　在Multisim 10中创建如图1所示的单管共射放大电路。选用NPN型硅晶体管2N1711作为BJT，双踪示波器用于观测输入/输出信号波形，交流为5 mVpk，频率为2 kHz。为了获得放大的不失真输出信号，电路需要设置合适的静态工作点(Q点)，Q点过高(或过低)会引起输出信号的饱和(或截止)失真。对电路进行直流工作点分析，得到如图2所示的仿真数据，包括晶体管的结点电位和基极、集电极电流。
　　从图2的结点数据可以计算放大电路的静态工作点电压：
　　与电源电压Vcc=12 V相比，该放大电路的Q点设置合理。在设置了合适的Q点之后，在输入端加上低频小信号电压，观察到如图3所示的输入/输出信号波形图。由图3可见，输入/输出信号反相，输出波形完整无失真，与输入信号相比，输出信号的幅值有很大增加。可见，该电路基本实现了对低频小信号的放大功能。
　　在Q点的教学实践中，学生对于Q点的理解往往很模糊，存在为何要设置Q点，如何设置Q点，Q点设置不合理会出现什么结果等疑问。通过改变偏置电阻的阻值改变放大电路的偏置电压来获得合适的Q点。通过改变RB1的阻值来观察Q点设置偏高和偏低所带来的失真。取交流信号源为20 mVpk，频率为2 kHz。当RB1=17.6kΩ，对电路进行直流工作点分析，得到VCE=0.442 2V，Q点设置过高，出现饱和失真(底部失真)，输入/输出波形如图4(a)所示。当RB1=85 kΩ，得到VCE=11.609 8 V，Q点设置过低，出现截止失真(顶部失真)。输入/输出波形如图4(b)所示。通过演示，让学生看到设置Q点不同会造成什么样的结果，对Q点合理设置的理解就深入透彻了。
1.2 温度对静态工作点(Q点)的影响
　　温度扫描分析用来研究温度变化对电路性能的影响。通常仿真温度是27℃，温度扫描分析相当于在不同的环境温度下进行多次仿真。影响静态工作点(Q点)稳定性的因素很多，例如电路参数变化，管子老化等，其中最主要的因素是BJT的特性参数随温度发生变化。硅管的VBE和β受温度的影响较大，这是硅管的特点。为了研究Q点随温度的变化，对Q点进行了温度扫描分析，得到不同温度下晶体管的结点电位。绘制出VCE和VBE随温度变化的曲线如图5所示。
　　由图可见，随着温度的升高，VCE和VBE呈线性下降。VBE的线性拟合方程为：
　　式中：温度系数为-1.25 mV/℃。硅管VBE的温度系数一般为-2.2 mV/℃。比较发现，这里VBE的温度系数较小，这是因为在该射极偏置电路(也称自偏置电路)中，发射极电阻的直流负反馈稳定了Q点，从而大大减小了温度变化对Q点的影响。
　　2 单管共射放大电路的动态指标
　　2.1 电压增益
　　根据图3的输入/输出信号波形图，可以计算出该放大电路的电压增益：
　　利用H参数小信号模型，绘制如图6所示的放大电路小信号等效电路。由此模型得到电压增益的表达式：
　　式中：流放大系数采用直流系数β=IC/IB;β由静态工作点的基极和集电极电流进行计算。利用下列公式估算rBE：
　　将数值带入式(4)，得到电压增益为-20.86，与仿真结果比较接近。从式(4)发现，电压增益随RE1阻值的增加而减小。为了观察RE1对电压增益的影响，对RE1进行了参数扫描分析。选择RE1为参数扫描分析元件，RE1的阻值设置为100 Ω，200 Ω，300 Ω和500 Ω，且观察其阻值变化对输出波形的影响，分析结果如图7所示。中间幅值最小的曲线是输入信号，其他是不同阻值下的输出信号。
　　由图7可见，随着RE1阻值的增加，输出信号的幅值逐渐下降。参数扫描分析结果与式(4)的结论是一致的。那么能否把RE1的阻值设置为零，以获得高电压增益呢：图8是RE1为零时的输入/输出波形图。由图发现，虽然输出幅值有所增加，但是输入/输出波形出现了明显的相移。因此将RE1的阻值设置为100 Ω。
2.2 输入电阻
　　在Multisim 10中创建如图9所示的输入电阻测量电路。在放大电路的输入回路接虚拟仪器电流表和电压表，运行电路，得到电流和电压的测量值。依据测量结果计算输入电阻：
　　将数值带入上式，得到输入电阻为3.58 kΩ。比较可见，仿真分析与理论计算的结果比较吻合。
　　2.3 输出电阻
　　测量输出电阻采用的是外加激励源法，创建如图10所示的测量电路，由仿真结果计算输出电阻：
　　因为R’o≥Rc，所以Ro≈Rc=5.4 kΩ。可见，仿真测量与理论计算的结果基本符合。也可以测量放大电路有负载时的输出电压VL和负载开路时的输出电压VO，其利用公式为：
　　计算输出电阻。测得VO=119.474 mV，VL=62.149 mV，RL=R1=5.4 kΩ，算得输出电阻为5.0 kΩ。计算结果与外加激励源法测出的电阻值是一致的。
　　3 结语
　　在放大电路的教学过程中，通过创建简便直观的教学情景，应用虚拟仪器在虚拟实验平台上形象生动地展示电路运行的情况，将理论知识与电路仿真实践相结合，拓宽了学生的视野，提高了学生的学习兴趣，促进学生主体作用的发挥，培养了学生综合分析能力和开发创新能力。教学实践说明，引入Multisim仿真软件辅助教学，可以显著提高教学质量和教学效果，是未来模拟电路教学发展的必然趋势。
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