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。