单管共集放大电路分析

课程设计说明书
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题目: 晶体管单管共集电极放大电路分析
指导教师：职称:
2012 年7 月 2 日
一.课题名称：
晶体管单管共集电极放大电路分析
二.设计任务及要求：
1.分析静态工作点
2.失真分析
3.动态分析
4.参数扫描分析
5.频率响应
三.设计原理：
放大是对模拟信号最基本的处理，在大多数的电子系统中都含有各种各样的放大电路，其作用是将微弱的模拟信号放大到所需的数值。

放大电路及其基本分析方法是构成其他模拟电路的基本单元和基础，是模拟电子技术课程研究的主要内容之一。

电路的组成:电路要能放大,晶体管应工作在放大区,即Ube>0,Ubc<0,所以电源和电阻的设置要满足这些条件。

其基本电路如图所示.
Vbb和Rb及Re相配合,给晶体管设置合适的基极电流;Vcc提供了晶体管的集电极电流和输出电流.交流信号Ui从基极输入,产生变化的基极电流Ib,再通过晶体管得到了放大了的Ie,而变化的Ie流过电阻Re得到了变化的电压,从发射极输出.对于交流信号来说,集电极是公共端,所以是共集放大电路。

本实验使用Multisim 10进行仿真。

该软件基于PC平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况非常相似的电子电路实验工作台，他几乎可以完成在实验室进行的所有电子电路实验，已被广泛应用于电子电路分析，设计，仿真等项目中，是目前世界上最为流行的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。

四.仿真过程：
本实验基本电路图如下图所示：
XSC1
A B Ext Trig
+
+
_
_+_
V1
10mVrms
1kHz
0°
R1
1kΩ
1
C1
10uF
2
R2
10kΩ
R3
35kΩ
Q1
2N2222A
3
VCC
12V
R4
2kΩ
VCC
R5
1kΩ
C2
10uF
5
R6
2kΩ
C3
47uF
4
6
1.静态工作点的分析：
三极管是放大电路的核心，要使放大电路正常工作，必须为三极管设置合适的外部工作
条件，即要设置合适的静态工作点，否则会产生输出信号的失真，或过大的功率损耗。

合适的静态工作点是一个动态的概念。

从减小静态功率损耗的角度出发，希望静态值越小越好；从获得较大的动态范围出发，在输出信号不失真的情况下希望静态值大一些为好。

在输出波形不失真的情况下，选择仿真，分析，直流工作点分析，在各节点处添加测量探针进行测量，如下图：
从图中可以得到，Vbe=2.576V Ieq=1.93mA Ibq=11.7µA Vceq=8.15V
查表可知，小信号三极管（2N2222A）Vbe=0.75V 则
Vbe=(Rb2/(Rb1+Rb2))*Vcc=2.333V Ieq=(Vbq-Vbe)/Re=1.92mA
Ibq=Ieq/(1+β)=12µA Vceq=Vcc-Ieq*Re=8.08V
2.失真分析：：
失真分析用于分析电子电路中非线性失真和相位偏移，通常非线性失真会导致谐波失真，而相位偏移会导致互调失真。

在基本电路中接入失真分析仪，如下图所示：
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_
+_
V110mVrms 1kHz 0°
R11kΩ
1
C110uF
2
R2
10kΩ
R335kΩ
Q1
2N2222A
3
VCC
12V
R42kΩVCC
R51kΩ
C210uF
R62kΩC347uF
40
XDA1
THD
6
5
把R3改小，对节点5进行失真度分析，失真度前后如下图：
由上图可知，该电路此时的失真度为0.005%，可认为没有产生失真。

3. 动态分析：
电路的放大倍数，输入电阻，输出电阻在在输出波形不失真的情况下，可用示波器进行测量。

XSC1
A B Ext Trig
+
+
_
_+_
V1
10mVrms
1kHz
0°
R1
1kΩ
C1
10uF
2
R2
10kΩ
R3
35kΩ
Q1
2N2222A
3
VCC
12V
R4
2kΩ
VCC
R5
1kΩ
C2
10uF
R6
2kΩ
C3
47uF
4
6
5
XFG1
R7
1kΩ
7
1
如下图所示，取输出电压峰值较小的一组仿真测量数据，有Av=0.753
在信号频率的中频段，给定一正弦波信号，在输出波形不失真的情况下，用示波器分被测量Vsp和Vip的数值，则Ri=R1∥Rb1∥Rb2=0.886KΩ
在输出波形不失真的情况下，测得断开Rl时输出电压的值Vo和介入Rl时输出电压Vol的值，则Ro=R5∥R6=0.667KΩ
由上图可以得出Àu=U0/Ui=0.753
4.参数扫描分析：
用参数扫描分析的方法分析电路，可以较快的获得某个元件的参数在一定范围变化时对
电路的影响。

相当于该元件每次取不同值时进行多次仿真。

在输出页中选择节点3作为分析变量，如下图：
最后单击仿真按钮，参数扫描仿真结果如下图所示：
5.频率响应：
在基本电路图上加入波特图仪，如下图所示：
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_+_
V1
10mVrms
1kHz
0°
R1
1kΩ
C1
10uF
2
R2
10kΩ
R3
35kΩ
Q1
2N2222A
3
VCC
12V
R4
2kΩ
VCC
R5
1kΩ
C2
10uF
R6
2kΩ
C3
47uF
6
5
XBP1
IN OUT
1
4
按下Simulate按钮，可在显示图上获得被分析节点的频率特性波形。

交流分析的结果，可以显示幅频特性和相频特性两个图。

将波特图仪连至电路的输入端和被测节点，双击波特图仪，得到幅频特性和相频特性。

如下图：
由上图可知，共集电极放大器是理想的电压跟随器，在一定范围内，电压放大倍数小于1而接近于1。

共集电极放大器是反馈系数为1的电压串联负反馈放大器，是其上限频率高的原因。

五.实验结论：
综合以上实验数据，共集电路电压增益小于1而接近于1，即没有电压放大的作用，只
有电流放大作用，属同相放大电路。

输入电阻大，输出电阻小，频率特性较好，具有电压跟随的特点。

利用其输入电阻高，从信号源吸取电流小的特点，常用于电压放大电路的输入级。

利用其输出电阻小，带负载能力强的特点，又可以将它作为多级放大电路输出级。

同时利用其输入电阻高，输出电阻小的特点，可以把它作为多级放大电路的中间级，以隔离前后级之间的相互影响，在电路中起阻抗变换的作用，这时可称其为缓冲级。

六.元器件列表：
10mV 1kHz交流电源1个
12V 直流电源1个
示波器1个
1kΩ电阻3个
2kΩ电阻2个
10kΩ电阻1个
35kΩ电阻1个
10µF电容2个
47µF电容1个
波特图示仪1个
失真分析仪1个
电线若干
七.收获体会：
通过设计让我对模拟电子基础知识掌握的更好，也让我认识到知识运用上的欠缺，实践能力较差，不断熟悉课本知识，了解模拟电路的基本设计思路，掌握电路中各个仪器件的功能特点，体会从理论到实践的思想，提高分析问题解决问题的能力。

通过此次模拟电子电路设计，我们初步的了解模拟电子电路设计的基本思路和设计方法，更进一步的掌握了各种元器件的功能和特性以及晶体管单管共集电极放大电路的特点。

让我对模拟电子有更浓厚的兴趣。

通过近两个星期的课程设计，自己确实学到了不少东西，能将课本知识运用到实践中，真正做到学以致用，受益匪浅。

另外，在设计过程中，更加学会了对学习资源的利用。

例如在图书馆和网上查阅相关资料，自己动手解决不懂得难题，自学能力也得到相应提高。

此外
还要特别感谢老师的指导，请允许我们对您表示崇高的敬意。

八.参考文献：
周常森《电子电路计算机仿真技》山东科技出版社
康华光《电子技术基础（模拟部分）》高等教育出版社
沈尚贤《电子技术导论》高等教育出版社
王连英《基于multisim10的电子仿真实验与设计》北京邮电大学出版社童诗白《模拟电子技术基础》高等教育出版社。