东南大学模电实验二晶体三极管特性分析和静态工作点设置.docx
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东南大学模电实验二晶体三极管特性分析和静态工作点设置
实验二晶体三极管特性分析和静态工作点设置
实验目的：
1．熟悉仿真软件Multisim的使用,掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；
2．熟悉仿真软件Multisim的直流工作点分析、交流分析、温度扫描和参数扫描分析方法;
3．熟悉POCKETLab硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法；
4．通过软件仿真，了解晶体三极管输入特性和输出特性；
5．通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体三极管静态工作点分析和设计方法;
实验预习：
在图2-1所示电路中，双极型晶体管2N3904的β≈120，VBE（on）=0.7V。
计算T1的各极电流和电压。
填入表2-1计算栏。
图2-1。
晶体三极管静态工作点分析电路
解：
作直流分析:
由β≈120,
=5/3V
=0.439mA≈
β=3.662uA
=
=2。
937V
实验内容：
一、仿真实验
1．在Multisim中搭建图2-2所示电路，仿真双极型晶体管2N3904的输入特性曲线仿真设置：
Simulate→Analyses→Parametersweep…，在弹出窗口中（如图2—3）选择扫描参数的DeviceType为接在CE间的电源V2,这是两个参数扫描中的参变量;在Pointsto
sweep中选择扫描种类为List（列表离散值）,并在Valuelist中给定0、0.3和10三个值；在MoreOptions的Analysistosweep中选择Nestedsweep，点击Editanalysis按钮，弹出如图2—4窗口，在DeviceType为接在BE间的电源V1，这是两个参数扫描中的主变量；在
Pointstosweep中选择扫描种类为Linear（线性扫描）,给定Start（起始值）、Stop（终止
值）和Incremen（t步进值）；在MoreOptions的Analysistosweep中选择DCOperatingPoint，
点击OK按钮。
返回到图2—3。
并在Output中选择IB作为输出,如图2—5,点击Simulation,
进行参数扫描，获得如图2—6所示的输入特性曲线族。
图2-2输入输出特性曲线仿真图
图2—3参数扫描窗口
图2-4参数扫描二级窗口
图2—5Output表格
图2—6输入特性曲线族
2．依然采用图2-2所示电路，设定正确的仿真参数,仿真双极型晶体管2N3904的输出特性曲线，并截图于2—7.
图2-7输出特性曲线族
3．依然采用图2-2所示电路，Simulate→Analyses→DCsweep…，在弹出窗口中选择扫描Source为V1，给定Start（0。
5）、Stop（0.9）和Increment（步进值）;在output中
点击Addexpression…按钮，弹出如图2-8窗口，在该窗口中的变量选择栏和函数选择栏正确选择，获得β表达式,仿真双极型晶体管β与VBE关系，并截图于2—9。
图2-8output设置
图2—9β与VBE关系
思考：
请阐述β与VBE关系,说明直流工作点设置时的注意事项.
解：
首先有β随着VBE增大而增大，在VBE到达700mV与800m之间时，β有最大值，之后则有β随着VBE增大而减小；直流工作点设置时,应该使三极管工作在放大区,即直流VBE=
，且为了更好地观测实验结果,应该使β尽量大。
4．采用图2—10所示电路，Simulate→Analyses→Temperaturesweep…，在弹出窗口图
2-11中选择Linear，给定Start（—40）、Stop（125）和Increment（步进值）；在Analysistosweep中选择DCOperatingPoint；在output中点击Addexpression…按钮，依然选择β表达式作为输出,仿真双极型晶体管β与温度关系,并截图于2-12。
图2—10温度扫描电路
图2-11温度扫描
图2—12β与温度关系仿真
分析：
β与温度近似有线性关系，随温度增大而增大。
5．在图2—2中,双击V1信号源，设定V1=0。
7V,ACanalysismagnitude=1，Simulate→Analyses→ACanalysis…，在图2-13的弹出窗口中，设置起始频率，终止频率，扫描种类为Sweeptype=Decade和垂直显示的Scale，并设置output中设置为β，仿真双极型晶体管fT，并截图于2-14。
图2-13AC仿真
图2-14fT仿真
6．根据图2-1所示电路，在Multisim中搭建晶体三极管2N3904的直流偏置电路。
仿真设置：
Simulate→Analyses→DCOperatingPoint…，在弹出窗口中（如图2-15）选择需要列出的静态工作各节点电压和各支路电流，然后点击Simulation，进行直流工作点分
析。
在弹出的直流工作点窗口中选取图2—16中的图标ExporttoExcel，可将输出结果转入到EXCEL中，并填入表2—1中的仿真栏。
图2—15选取直流工作点
图2—16保存直流工作点表2—1：
晶体三极管2N3904静态工作点（RB2=20kΩ）
计算值
仿真值
实测值
基极电流IB（μA）
3.662
3.639
NULL1
集电极电流IC（mA）
0.439
0.439
0.464
集电极电压（V）
2.937
2.93552
2.82
发射极电压（V）
0.974357
1.05
工作区域
放大区
放大区
放大区
注1：
由于量程问题，基极电流无需实测。
注2：
由于暂无法测试直流电流,请采用电压/电阻的方法得到实测电流。
7．将图2-1中的RB2改为2kΩ,重新进行直流工作点仿真，完成表2—2。
体会偏置设置对三极管工作状态的影响。
表2—2:
晶体三极管2N3904静态工作点（RB2=2kΩ）
仿真值
基极电流IB（μA）
3.77E-6
集电极电流IC（mA）
8.31E-8
集电极电压（V）
5
发射极电压（V）
1.91E-07
工作区域
截至区
8．将图2—1中的RB2改为80kΩ，重新进行直流工作点仿真，完成表2—3.体会偏置设置对三极管工作状态的影响。
表2-3：
晶体三极管2N3904静态工作点（RB2=80kΩ）
仿真值
基极电流IB（μA）
39。
36761
集电极电流IC（mA）
0.69909392
集电极电压（V）
1。
71434
发射极电压（V）
1.62457
工作区域
饱和区
β
17.7581
二、硬件实验
本实验采用POCKETLAB实验平台提供的直流+5V电源和直流电压表测量工具.
1．电路连接
首先根据图2—1在面包板上搭试电路,并将POCKETLAB的直流输出端+5V和GND与电路的电源、地节点连接，其中2N3904的B,C，E极请参照2—17左图的引脚说明。
图2—172N3904引脚图
2．节点电压测量
将POCKETLAB的一路输入端接到电路中的待测点。
在电脑中打开POCKETLAB的波形显示窗,在选择的通道中直接读出各节点电压.如图2-18所示。
图2-18直流电压测试窗口
4．数据记录
将测得的电流、电压数据填入表2-1,完成计算值、仿真值和测试值的对比。
实验思考:
将图2—1所示电路中的NPN2N3904改为PNP2N3906.2N3906的β≈230，｜VBE（on）|=0。
7V。
重复以上步骤，计算、仿真和测试QB的各极电流和集电极电压。
完成表2—4。
2N3906引脚定义见图2-19。
提示：
根据PNP和NPN管不同的偏压方法，可尽量保持所有电路元件和连接方式不变
仅采用-5V电源实现PNP管偏置.
图2—192N3906引脚图
表2-4：
晶体三极管2N3906静态工作点
计算值
仿真值
实测值
基极电流IB（μA）
1.909
2。
24E-06
NULL1
集电极电流IC（mA）
0.439
0。
432
0.464
集电极电压（V）
-2。
937
-2.97163
-2。
82
发射极电压（V）
—0.967
-0.95438
-0。
95
工作区域
放大区
放大区
放大区
注1：
由于量程问题，基极电流无需实测.
注2：
由于暂无法测试直流电流，请采用电压/电阻的方法得到实测电流。
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