单级放大电路的设计与仿真

单级放大电路的设计与

仿真

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单级放大电路的设计与仿真一、实验目的

1）掌握放大电路静态工作点的调整与测试方法。

2）掌握放大电路的动态参数的测试方法。

3）观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。

二、实验器材

1mV5KHz正弦电压源，15mV5KHz正弦电压源，12V直流电压源，2N2222A三极管，10uF电容（3个），10KΩ电阻（2个），3.0KΩ电阻，1.5KΩ电阻，5.1KΩ电阻，250KΩ电位器，万用表，示波器等。

三、实验原理与要求

三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三极管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区。如果静态工作点不合适，输出波形则会产生非线性失真——饱和失真和截止失真，而不能正常放大。静态工作点合适时，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性——即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性——即电压放大倍数的相位与频率的关系。

设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(幅度1mV)，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。调节电路静态工作点(调节电位计)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。加入信号源频率5kHz(幅度

1mV)，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益。测电路的频率响应曲线和fL、fH值。

设计图如下：

四、实验内容与步骤

1.饱和失真

为了使得到的饱和、截止失真的波形图更加明显，用15mV的交流电压源代替了原先的1mV 的电源。调节电位器的百分比至0%，观察波形。

测试饱和失真下的静态工作点

可知IB=227.374uA，IC=2.576mA,UCE=69.657mV。

2.截止失真

调节电位器的百分比至91%，观察波形。原理图如下：

波形如下：

测试截止失真下的静态工作点

可知IB=55.511nA，IC=5.329uA,UCE=11.979V。

3.不失真且信号幅度最大时的输出信号

将电位器调为4%，观察波形，输出波形不失真。而在3%和5%时分别出现饱和失真和截止失真，加大输入信号，输出波形出现明显的失真，因此最大不失真输出在输入信号等于15mV时。把输入信号的幅度调为1mV。

不失真时静态工作点的测试

可知IB=10.214uA，IC=2.179mA,UCE=2.18V。

4.测试电路的放大倍数，原理图如下：

测试结果如下：

测量输入电压与输出电压，得Ui=0.999599mV,Uo=144.636mV.则电压增益

Au=Uo/Ui=144.7。经测试，该三极管的参数如下：rbe=2.714K ,β=213.通过计算可得

电压增益理论值为：Au′=β(Rc//RL)/rbe=145.44。则实验的相对误差为：E=∣Au-Au′

∣/Au′×100%=0.509%.

5.测试输入电阻

原理图如下：

测试结果如下：

测量输入电压与输入电流，得Ui≈0.999599mV，Ii=524.087nA,根据输入电阻的定义得Ri=Ui/Ii=1.907KΩ，通过计算可得输入电阻理论值为：Ri′

=(R1+R3)//R2//rbe=1.916KΩ,则实验的相对误差为：E=∣Ri-Ri′∣/Ri′×100%=0.470%.

6.测试输出电阻

原理图如下：

测试结果如下：

测量输出电压与输出电流，Uo≈0.999972mV,Io=352.753nA,根据定义得

Ro=Uo/Io=2.835KΩ，通过计算可得输入电阻理论值为：Ro′=Rc=3.0KΩ，则实验的相对误差为：E=∣Ro-Ro′∣/Ro′×100%=0.550%.

7.测试放大电路的频率特性

放大电路的频率特性测试电路如下：

对电路进行频率特性仿真，得到其幅频和相频特性仿真结果如下：

可知下限频率f L=111.6787Hz,上限频率f H=29.6705MHz

四、实验结果分析

虽然以前也对Multisim软件有所了解，但真正将其用在EDA设计中时还是有很多不了解

的地方，也犯了一些小错误。实验一其实就是模电的基本知识，但并不只要求我们掌握书本中的知识，还要进行三极管管号及相关电阻的选取等内容，这就要求我们对现实中的材料有一定的了解。在观察截止失真时，由于信号过小，造成结果不明显，通过调节信号的

大小可清楚看出失真现象。通过仿真软件来模拟结果，不仅巩固了书本中所学的知识，也了解了

更多使用的知识。