模电仿真-晶体管共射放大电路的失真分析

晶体管共射放大电路的失真分析
一、设计目的
1.总结Q点设置原则。

2.总结截止失真和饱和失真可能发生的场合以及可以使用的调节手段。

3.总结带载后对电路输出电压造成的影响。

二、设计要求及内容
1.电路图如下图1所示，调节Rb的值，使得U CEQ=6V，计算最大不失真输出电压Uom的理论值，并和仿真结果加以对比。

图1
调节Rb的值，使得U
CEQ=6V，如下图2，这时Rb的值为560.4KΩ。

图2 图解法:
当小信号幅值增大到5.23mV时，总谐波失真约为5%。

这时输出波形发生饱和失真，如下图：
继续增大小信号到20mV时，输出波形发生饱和失真，如下图：
这时输出电压波形底部峰值为3.588V，所以最大不失真电压为Uom=3.588/√2=2.54V。

仿真结果与理论分析结果有较大的误差。

2.元件和参数如下图设置，请完成:
(1) 空载时电路会发生什么失真? 请做图解法的理论分析，并用仿真验证。

(2) 若电路带载(S1闭合)，该失真会消除吗? 输出电压会怎样变化? 请做图解法从负载线变化的角度做理论分析，并用仿真验证。

(3) 如何消除此失真，请做图解法理论分析，并用仿真验证。

图解法：
理论上分析其直流工作点，由Vcc=I
BQ*Rb+U BEQ,Vcc=I CQ*Rc+U CEQ，I CQ=βI BQ，三式联立解得，U CEQ =10.87V, I BQ=3.77uA, I CQ =377uA
则当开关断开时，理论上应该是先发生顶部失真，即截止失真。

（1）开关断开时,Q点如下:
开关闭合时,Q点如下:
由以上的图可知,闭合开关,带载后对直流工作点没有影响。

空载时输出波形如下:
由上图可知空载时电路会发生截止失真。

（2）电路带载（开关闭合）后，截止失真不会消除，输出电压幅值减半。

图解法：从理论上分析，带载后由于交流负载线变化，在横
轴上的截距变成: U
CEQ + I CQ *(R1//R2）=10.86+0.57=11.43V，输出波形上半部分还是不能完全在放大区，所以理论上不可能消除截止失
真。

电压输出波形如下图，由下图可知电路带载（开关闭合）后截止失真并没有消除，输出电压幅值减半。

（3）要消除截止失真，可以增加一个射极电阻Re，从而增大晶体管基极电压，使Q点上升。

图解法：
从理论上分析，要消除截止失真，只需把Q点升高即可。

而要升高
Q点，我们可以通过增大晶体管基极电压来增大基极电流。

为了增大基极与射极的压降，在射极支路上加一个电阻。

增加电阻Re→U BE ↑→I B↑→I C↑。

电压输出波形如下图：
由上图可知输出波形上下近似对称，截止失真程度变小，说明增加射极电阻Re可以消除截止失真。

3.元件和参数如下图设置，请完成:
(1) 空载时电路会发生什么失真? 请做图解法的理论分析，并用仿真验证。

(2) 若电路带载(S1闭合)，该失真会消除吗? 输出电压会怎样变化? 请做图解法从负载线变化的角度做理论分析，并用仿真验证。

(3) 如何消除此失真，请做图解法理论分析，并用仿真验证。

（1）开关断开时,Q点如下
空载时电路会发生饱和失真。

图解法：
理论上分析其直流工作点，由Vcc=I
BQ*Rb+U BEQ,Vcc=I CQ*Rc+U CEQ，I CQ=βI BQ，三式联立解得，U CEQ =0.7V, I BQ=37.7uA, I CQ =3.77mA。

则当开关断开时，理论上应该是先发生底部失真，即饱和失真。

仿真结果输出电压波形如下图：
由上图可知空载时电路会发生饱和失真。

（2）电路带载后饱和失真有可能消除，输出电压幅值减半。

图解法：
电压输出波形如下图，由下图可知电路带载（开关闭合）后饱和失真程度减小，输出波形上下近似对称，所以饱和失真有可能消除。

输出电压幅值减半。

（3）要消除饱和失真，可以增大Rb的阻值，或者减小Rc的阻值。

图解法：
如下图所示，增大Rb的阻值：
增大Rb的阻值后输出波形如下图：
饱和失真程度减小，输出波形上下近似对称，所以增大Rb的阻值可
以消除饱和失真。

如下图所示，减小Rc的阻值：
减小Rc的阻值后输出波形如下图：。