模电仿真-晶体管共射放大电路的失真分析
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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: