单级阻容BJT放大器设计实验报告讲解.docx

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单级阻容BJT放大器设计实验报告讲解

《电子线路设计、测试与实验》实验报告

实验名称：

PSPICE仿真单级放大电路

院（系）：

电子信息与通信学院

专业班级：

姓名：

学号：

时间：

地点：

实验成绩：

指导教师：

2015年11月4日

一、实验目的

1、了解电子电路CAD技术的基础知识，熟悉仿真软件PSpice的主要功能。

2、学习利用仿真手段，分析、设计电子电路。

3、初步掌握用仿真软件PSpice分析、设计电路的的基本方法和技巧。

2、实验要求

1.利用PSPICE软件完成图4.5.1的单级共射放大电路；

2.分析放大电路的静态工作点；

3.仿真放大电路的电压增益的幅频响应和相频响应曲线；

4.仿真电路的输入、输出电阻频率响应曲线。

3、预习要求

认真阅读书本附录A，详细了解PSpice软件的功能、仿真步骤及使用方法。

熟悉单极共射放大电路的静态工作点，输入、输出电阻及幅频特性、相频等。

四、实验内容与步骤

1、在主页下创建一个新的工程项目文件

启动Capture软件，执行菜单命令File|New|Project，弹出NewProject对话框，在Name下的编辑栏中输入项目名称，选中AnalogorMixedA/D。

在Location编辑栏中输入设计项目文档的存放路径。

单击OK键选中Createablankproject，单击OK键。

2、绘制单极共射放大电路的原理图

（1）调元器件

在Capture主窗口中，单击Place|Port，弹出选择窗口，先调用三极管，在BIPOLAR库中的Port栏中，点击三极管Q2N2222，单击OK，左击放置三极管，单击右键选择菜单ENDMode可结束该器件的放置操作。

如此放置电阻R、电阻C（ANALOG库）、电源VDC（SOURSE库）、模拟地0（SOURSE库）、信号源VISN等。

移动、旋转和删除元器件首先激活元器件，左键选中器件，就可以移动器件；右键选中MirrorHorizontally、MirrorVertically或Rotate命令，来水平镜像翻转、垂直镜像翻转或旋转元器件；需要删除是右键然后Delete即可。

（2）画连接线

选择菜单命令Place|Wire或相应的便捷工具图标，此时数遍箭头变成十字，将十字移到元器件引脚端口，单击左键，在移到要连接的另一元器件引脚端，单击左键。

单击右键，执行菜单命令EndWire，结束画线操作。

修改元器件标号和参数用鼠标双击图中要修改的标号或参数，弹出DisplayProperties窗口，修改Value；编辑栏中的内容，单击OK完成。

（3）对节点定义节点名

选择菜单命令Place|NetAlias或相应的便捷工具图标，弹出PlaceNetAlias对话框，在Alias编辑栏中填写节点名，如“Vc”，单击OK键。

到此为止，完成了绘制电路原理图的工作。

3、设置仿真类型，创建仿真简要表

（1）ＢiasPointDetai1（静态）

①选择菜单PSpice/NewSimulationProfile，在NewSimulation对话框下，键入Ｂias，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；

②在模拟类型和参数设置框下，见Analysistype拦目，用鼠标选中及单击ＢiasPointDetai1；并在OutputFileOptiongs拦目下，单击选中“includedetailedbiaspointinformationfornonlinearcontrolledsourcesandsemiconductors”。

单击应用（A）及确定返回！

（2）Transient（瞬态,即时域分析）

①选择菜单PSpice/NewSimulationProfile，在NewSimulation对话框下，键入TRAN，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；

②在模拟类型和参数设置框下，见Analysistype拦目，用鼠标选中及单击TimeDomain（Transient）→再键入下列数据：

Runto4ms

Startsavingdata0ms

Maximumstep20us

单击应用（A）及确定返回！

（3）ACSweep（即频域分析）

①选择菜单PSpice/NewSimulationProfile，在NewSimulation对话框下，键入AC，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；

②在模拟类型和参数设置框下，见Analysistype拦目，用鼠标选中及单击ACSweep/Noise→然后，在ACSweepType拦目下键入下列数据：

Start10hz

End100Meg

Points/Decade=101

对于Logarithmic项选中：

·Decade（十倍频，取半对数坐标）

单击应用（A）及确定返回！

4、电路规则检查及生成电路连接网表

（1）将建立或修改后的文件（exa1.sch）存盘。

（2）建立电路连接规则检查和建立网表文件：

单击PSpice/CreateNetlist（若有问题，屏幕会有指示，并由设计者予以解决）

5仿真

（1）电路的静态工作点

在项目管理器窗口中，点击鼠标右键，单机命令MakeActive，激活Bias图标，执行菜单命令Pspice|Run,单击菜单下便捷工具V按钮，电路各节点对地电压会直接显示在电路图中。

还可在Capture的项目管理器窗口中，右键单击Biaspoint分析类型的简要表，并执行右键菜单命令ViewOutputFile打开仿真结果输出文件，则该电路的静态工作点，如基极电流，集电极电流，集射集电压等，都会显示在屏幕上。

（2）仿真放大电路的输入，输出波形

在“项目管理器”窗口中，点击鼠标右键，单击命令MakeActive，激活TRAN图标，执行菜单命令Pspice|Run,屏幕上会出现一个空白坐标，选择菜单命令Trace|AddTrace,弹出如下图所示的“添加曲线”对话框，从窗口左侧的变量列表中单击V（Vo）,或在TraceExpression编辑框中输入V（Vo）,单击ok按钮，完成添加，则波形显示框便会显示出Vo的电压波形。

添加一个波形显示框，以便同时观察多个波形。

选择菜单命令Plot|AddPlottoWindow，此时显示框中多出了一个显示框。

用以上方法添加输入电压V（Vi：

+）的波形，此时波形显示框中便显示出Vo和Vi两个电压波形。

观察输入,输出波形，如有饱和失真和截止失真，则退出仿真，进入电路原理图中，修改有关参数，直至波形正常，仿真结束。

（3）仿真放大电路电压增益的幅频响应曲线和相频响应曲线在“项目管理器”窗口中，单击鼠标右键，单击命令MakeActive，激活AC图标，选择菜单命令Trace|AddTrace,弹出AddTrace对话窗口。

①幅频响应曲线

键入：

dB（V（Vo）/V（Vs:

+））,单击ok按钮，返回，则幅频响应曲线显示在窗口中。

单击菜单命令Trace|Cursor|Display，激活游标（十字交叉线），确定中频区Av（dB）,选择菜单命令Plot|Label|Mark，此时，游标的坐标值记在曲线附近。

移动游标在中频电压增益下降约3dB处，横坐标频率值就是上（下）限截止频率。

单击菜单命令Plot|Label|Mark，此时坐标值标记在曲线附近，则可算出通频带。

②相频响应曲线

键入：

dB（Vp（Vo）-Vp（Vs:

+））,单击ok按钮，返回，则相频响应曲线显示在窗口中。

单击菜单命令Traee|Cursor|Display,激活图标，此时坐标值显示在曲线附近。

6、插面包板做实验并记录数据。

五、实验结果与分析

1、已知条件

+VCC=+12V，RL=2KΩ,Vi=10mV（有效值）,RS=50Ω。

2、主要技术指标

|AV|>30，Ri>2KΩ,Ro<3KΩ,fl<30Hz,fh>500KHz,电路稳定性好。

3、实验仪器设备

低频信号发生器：

低频信号发生器（1台）、数字万用表（1块）、双踪示波器（1台）、实验面包板（1块）、直流稳压电源（双路输出）（1台）、元器件及工具（1盒）

4、电路工作原理

如图所示，电位器，Rb2，R1，Re组成电流负反馈偏置电路，RC为晶体管直流负载，RL为负载电阻。

CB、CC用来隔直和交流耦合。

5、电路设计与调试

（1）电路设计

三极管用9013三极管，测得β为300。

其余原件参数如电路图所标示。

（2）电路的装调

按照设计的参数安装电路，接通电源，调整电路，用万用表测得静态工作点及输入输出电阻：

放大器的测量数据表

静态工作点

VBQ/V

VCQ/V

VEQ/V

β

ICQ/mA

IBQ/uA

VCEQ/V

5.35

7.33

4.69

300

4.67

15.6

2.64

电压增益

（f=1kHz）

Vi

Vo

AV=VO/VI=38.7

29.2mV

1.13V

输入电压Ri

测试电阻R=2k

Vi

Vs

RI=[VI/（VS-VI）]R=3.93KΩ

18.56mV

28mV

输出电阻Ro（负载电阻RL=2K）

Vo

Vol

RO=[（VO/VOL）-1]RL=921Ω

1.49V

1.02V

6、主要技术指标的测量

（1）测量电压增益AV

在放大器输入端加上f=1KHz,Vipp=28mV的正弦波，在输出波形不失真时，测得vi和vo的波形如图所示，由图知

AV=Vopp/Vipp=1130/29.2=38.7

（2）测量通频带BW

如图所示，当放大器增益下降到中频增益的0.707倍时所对应的fL和fH

故通频带为27Hz-1.564MHz

通频带fL、fH的测量数据表

输入VIPP=28mV

fi/Hz

20

27

30

40

100

1k

10k

100k

500k

1M

1.564M

VOPP

664

798

824

912

1090

1130

1140

1120

1080

936

798

AV

22.7

27.3

28.2

31.2

37.3

38.7

39

38.4

37.0

32.0

27.3

20lgAV

27.1

28.7

29

29.9

31.4

31.8

31.8

31.7

31.4

30.1

28.7

通频带

Fl=27HzFH=1.564MHz

（3）测量输入电阻Ri

取测试电阻为2KΩ分别测得R两端对地电压Vspp=28mV,Vipp=18.56mV,则，Ri=RVi/（Vs-Vi）=3.93K

（4）测量输出电阻Ro

输入一固定信号电压，分别测得RL断开和接通时的输出电压VO=1.49V,VOL=1.02V,则Ro=（VO/VOL-1）RL=921Ω

7、误差分析

（1）电压增益AV

理论计算AV=38.7，实测值AV=38.7，相对误差为γ=0%

（2）输入电阻

理论值Ri≈rbe=3700Ω，实测3930Ω。

相对误差γ=（3930-3700）/3700=6.2%

（3）输出电阻RO

理论值RO≈RC为1KΩ,实测921Ω。

相对误差为γ=（1000-921）/1000=7.9%。

误差产生的原因有：

1.各计算公式为近似公式。

2，元件的实际值与标称值不尽相同3.在频率不太高时，CE、CB的容抗不能忽视4，测量仪器仪表的读数误差

8、实验分析与研究

（1）、影响放大器电压增益的因素

从求AV的公式知，β越大AV越大，RC越大，AV越大，而Ro≈RC,故RC不可太大。

（2）影响放大器通频带的因素

从求fL的公式知，CE变大fL变小，但CE增大，电容的体积和价格也增大，故应综合考虑。

晶体管发射极增加负反馈电阻后，可使fL变小，AV减小。

（3）、晶体管失真的研究

当静态工作点太低时，会产生截止失真，过高时会产生饱和失真。

改进办法：

调整偏置电阻。

截止失真时减小Rb1,提高VBQ以增大IBE,饱和失真时增大Rb1，以减小IEQ

9、实验总结

（1）通过这个实验，我学会了单级阻容BJT放大器的基本设计方法和调整静态工作点的方法，掌握了放大器的主要性能指标和测量方法。

进一步熟悉了示波器和函数发生器的使用，学会了用万用表测静态工作点。

（2）实验时要保持清晰的头脑，明白自己每一步应该做什么，为什么这样做，实验原理是什么，出现什么样的问题如何解决，只有这样，才真正起到了做实验的目的。