PSpice三极管共射电路仿真实验.docx
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PSpice三极管共射电路仿真实验
实验报告
课程名称：
电路与电子技术实验Ⅱ指导老师：
成绩：
__________________
实验名称：
共射放大电路辅助设计实验类型：
练习型同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、
装订线
实验目的和要求
1、熟悉PSPICE软件的使用方法。
2、加深对共射放大电路放大特性的理解。
3、学习共射放大电路的设计方法。
4、学习共射放大电路的仿真分析方法。
二、实验内容和原理
实验内容：
1、在PSPICE中输入仿真分析电路图
2、仿真分析共射放大电路的静态工作点
3、当RL=3k时，分析电压放大倍数和频率特性
4、当RL开路时，分析电压放大倍数和频率特性
5、当RL=3k时，分析输入、输出电压波形
6、仿真分析电压传输特性及最大不失真输出电压
实验原理：
利用PSPice搭建三极管共射放大电路，运行电路来观察其电压放大倍数、频率特性等电路特性。
下图为实验电路图：
三、主要仪器设备
PC、PSPice软件
四、操作方法和实验步骤
1、输入编辑电路图
必须有一个接地元件（AGND）；
必须设置实际的直流电源，可以用BUBBLE元件将直流电源与电路相连；
信号源可选正弦瞬态电压源（VSIN元件）；
建议加上标号in和out；
设置合适的元件和信号源参数。
2、仿真分析静态工作点
设置直流扫描分析，以电源电压VCC（V1）为扫描对象；
在Probe中查看Q点数据。
3、当RL=3k时，分析电压放大倍数和频率特性
设置交流分析；
绘制频率特性曲线；
注意区分输出电压频率特性与电压放大倍数频率特性的不同；
注意频率特性曲线Y轴坐标是线性坐标还是对数坐标（即dB）。
4、当RL开路时，分析电压放大倍数和频率特性
可设RL=1M；
其它同前。
5、当RL=3k时，分析输入、输出电压波形
设置瞬态分析；
查看输入、输出电压波形；
注意相位关系；
观察失真现象。
6、仿真分析电压传输特性及最大不失真输出电压
设置瞬态分析；
将输入正弦信号峰值设为100mV；
分别仿真RL=3k和RL开路两种情况；
查看输出电压波形，判断输出是先出现饱和失真还是先出现截止失真。
五、实验数据记录和处理
（1）输入编辑电路图
在输入编辑电路图之后，运行电路，则在图中可以得到各个节点电压和支路电流，如下图所示：
此时Vce=7.886-2.762＞0.7V，所以共射电路工作在线性放大区，计算得β=145。
（2）分析静态工作点
如下图所示，以V1为扫描对象进行DCSweeping得到下图。
蓝色曲线为Vce，紫色曲线为Ic。
从图中可见，
V1＜2v时，Vbc分压小于0.7v，电路处于截止状态；
V1≥2v时，Vbc分压大于0.7v，且Vce大于0.7v，电路处于线性放大状态，此时，V1增大，Ib线性增大，则无论是Vce还是Ic都和Ib呈现线性关系，所以也和V1呈现线性关系，符合理论预期。
当V1=12v时，Ic=1.372mA，Vce=5.124V。
下图是IC-Vce特性曲线。
可以看到，在线性放大区，两者几乎呈现线性关系。
下面对两者的线性关系进行函数推导：
，
，
Ic∝V1，Vce∝V1
故Ic∝V1，有
同时，公式
也解释了Ic和Rb1在线性放大区的关系，若Rb1在增大，极限状态是Rb1短路，那么显然此时三极管截止，故Ic=0mA。
在下图中找到Ic=15.00mA的点，其对应Rb1=18.01kΩ。
（3）RL=100megΩ时，电压放大倍数和频率特性
下面是RL=100megΩ时，交流分析图。
调用函数，对此时的同频带宽进行测量，得到以下数据：
f=1kHz时，P（V（out））=-175.05dB,DB（V（out）/V（in））=43.36。
同频贷款为18.1270megHz，其中上限频率为18.1271megHz，下限频率为85.1315Hz。
上限频率和下限频率恰好是半功率点。
下图是输入电压和输出电压的瞬态分析，可见两者同频率，但相位相差180°。
由于Rl一定，故我认为Av和β存在线关系，可以利用Av的绝对值大小来表示β大小关系。
所以进行如下讨论：
输入信号前半周期，峰值为9.998mv，此时输出信号峰值为-1.5718v，则Av=-157.2；
输入信号后半周期，峰值为9.998mv，此时输出信号峰值为1.3372v，则Av=-133.7。
由此可以看出，β非线性会引起一定的信号失真，在Vce较大时，β较大。
进一步作出V（in）-V（out）曲线，类似于ψ=π时的李萨如图形。
我猜测，图形的非线性是由于信号的传输失真引起的，而相位差不恒为π可能是由于门传输的延时效应造成的。
为了进一步观察V（in）的失真，我调节VAMPL=100mv，此时，得到下列波形。
上图为Ic，下图为V（out）。
在下图中圆顶为截止失真，削底为饱和失真。
电流和电压关系正好相反（之前已经推导过）。
我又进一步设置了全局变量VAMPL作为次要扫描因素，变量范围采用列表为10mv、25mv和100mv，得到下列图形：
为了判定是否失真，我对波形的峰值和谷值进行了测量。
由于Rl一定，故可以用Vout和Vin的比值近似表示β来观察其放大效应。
V（in）
峰值
Av1
谷值
Av2
10mv
1.3371v
133.7
-1.5709v
157.1
25mv
2.6923v
107.7
-4.8078v
192.3
100mv
4.1009v
41
-5.0641v
50.1
但是发现，即使是10mv，也会出现失真。
后来我又采用了1mv作为输入信号，也出现了这种情况。
因此我认为这是由于β非线性引起的失真。
25mv时，β相差近一倍，因此显然出现了失真，由于在输入信号的负半周期电压值较小，所以先达到了截止失真。
100mv时，则同时出现了饱和失真和截止失真，可以直观地从波形中看出来。
（4）RL=3kΩ时，电压放大倍数和频率特性
下面是RL=3kΩ时，交流分析图。
调用函数，对此时的同频带宽进行测量，得到以下数据：
f=1kHz时，P（V（out））=-174.777dB,DB（V（out）/V（in））=37.56。
同频贷款为34.93571megHz，其中上限频率为34.93580megHz，下限频率为87.28198Hz。
上限频率和下限频率恰好是半功率点。
和RL=100megΩ时比较，可以发现，测试通频带宽变窄，相对而言低频成分更容易通过，而且放大能力降低。
下图是输入电压和输出电压的瞬态分析，可见两者同频率，但相位相差180°。
输入信号前半周期，峰值为9.998mv，此时输出信号峰值为-808.725mv，则Av=-80；
输入信号后半周期，峰值为9.998mv，此时输出信号峰值为683.338mv，则Av=-68。
通过和开路情况比较可以看出，此时，其实电路并为工作在线性放大区。
为了分析，不妨取极限状态，RL=0，即短路，此时输出为0。
进一步分析发现，在线性放大区，其实输出电压和RL//Rc呈现正相关关系。
RL越大，那么输出电压越大。
进一步作出V（in）-V（out）曲线，类似于开路图，只不过输出电压幅值有所改变。
最后，我也对其失真情况做了频域分析，发现波形和开路类似，不做赘述。
附图如下：
综上所述，有下列表格（模电的通频带宽尚未教学）：
被测指标
ICQ
VCEQ
RL= 3k
RL 开路
Av
Vomax
fH
fL
Av
Vomax
fH
fL
单位
mA
V
/
V
MHz
Hz
/
V
MHz
Hz
估算值
0.010412
4.5
-81
2.06
？
？
-162
4.1V
？
？
测量值
0.009437
5.124
-80
2
34935
87.3
-192
4
18127
85.1
六、实验结果与分析（必填）
大部分实验结果分析已经写在五中，下面对思考题做出一些回答。
1、用PSPICE如何仿真分析放大电路的静态工作点？
应设置何种分析方式？
可以设置直流扫描分析对电路进行仿真。
将扫描对象设为电源电压VCC（V1），并选取一定的扫描范围，从而利用probe得到波形曲线。
设置DCSweeping，用Vcc（V1）作为扫描对象。
用PSPICE测试放大电路的电压放大倍数和频率特性应设置何种分析方式？
应设置交流扫描特性。
用PSPICE测试放大电路的输出电压波形应设置何种分析方式？
时域分析
能否用交流扫描分析求放大电路的最大不失真输出电压？
不可以。
我认为采用时域分析，同时开启全局参数变量，对Vsin的VAMPL进行扫描。
可以得到不同VAMPL值下的一组曲线。
通过观察波形，可以得到最大不是真输出电压。
5、共射放大电路在未出现饱和失真和截止失真时的电压传输特性是否为直线？
这时引起电压放大倍数非线性的原因是什么？
近似线性，不完全是直线。
我认为是因为β并非严格线性导致的。
七、讨论、心得
这次实验按照沈老师的ppt指导和教材指示，还是能够顺利完成的。
但是对于每种分析的原理和用途还是不甚了解，在回答思考题的过程中还是有些吃力。
并且发现一个小小的三极管，却存在这么多性质、参数。
一个仿真就牵扯出非常非常多的问题。
这些问题有的可以依靠理论解决，有的还没有学习到理论，还有些，可能暂时无法用理论解释，只可以依靠经验的积累来作为blackbox利用。
我深刻地感受到自己在理论和实验上的不足。
觉得日后还是要多做、多学、多思考！
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