基于EWB的共射極放大電路非線性失真仿真

葉桂銳

摘 要：利用EWB仿真軟件進行圖形化分析可以給研究帶來很大的便利。筆者在電子技術一體化教學中，通過利用EWB軟件進行電路仿真實驗，對共射極放大電路的輸入輸出波形進行仿真分析，從而研究其出現非線性失真的原因，總結出消除非線性失真的方法。

關鍵詞：非線性失真 EWB仿真 靜態工作點

非線性失真亦稱波形失真、非線性畸變，表現為音響系統輸出信號與輸入信號不成線性關系。非線性失真不僅會破壞音質，還有可能由于過量的高頻諧波和直流分量燒毀音箱高音揚聲器和低音揚聲器。

在教學過程中，如何讓學生很好地去理解非線性失真，如何將抽象的知識形象地表達出來，成為教師教學中的重點。

EWB是一種電子電路計算機仿真軟件，它被稱為電子設計工作平臺或虛擬電子實驗室，是交互圖像技術有限公司推出的EDA軟件，用于模擬電路和數字電路的混合仿真，利用它可以直接從屏幕上看到各種電路的輸出波形。EWB是一款仿真功能十分強大的軟件。

一、仿真實驗

啟動EWB仿真軟件，在電路窗口中創建一個共射極放大電路，如圖1所示。圖中VCC為直流電源，提供放大電路的能量；Q為晶體管，具有電流放大作用，是放大電路的核心器件；RB為基極偏置電阻，提供合適的靜態工作點；RC為集電極負載，將晶體管電流放大轉為電壓放大的形式；C1、C2為隔直流通交流電容。

1.選擇合適的靜態工作點，輸入交流小信號，觀察輸入輸出波形

（1）當 RB=180kΩ 時，用仿真電壓表測得Uce≈Vcc=3.102V，靜態工作點處于放大區中間區域，如圖1所示。

（2）輸入信號Ui=5mV，1kHz，如圖2所示。

圖2

（3）對電路進行仿真，點擊圖中的雙通道示波器按鈕，彈出的對話框中顯示輸入（黑色）和輸出（紅色）電壓波形，示波器時基可在s～ns的范圍內調整，如圖3所示。

圖3

（4）進一步提高測量精度，可卷動時間軸，觀察輸入、輸出電壓波形，可看出放大后波形基本上不失真，移動指針到信號的最大值處，從雙蹤示波器的數據欄中讀出相關數據：

Uim=VA1=7.0189mV Uom=VB1=-276.9916mV

可算出該放大電路的電壓放大倍數：

2.減小RB阻值，造成飽和失真，觀察輸入輸出波形

（1）當RB=56kΩ 時，UCE=0.117V，靜態工作點處于飽和區；

（2）輸入信號Ui=10mV，1kHz；

（3）對電路進行仿真，從雙蹤示波器上觀察輸入和輸出電壓波形如圖4所示，可看出輸出電壓波形負半周被削底，產生飽和失真。

圖4

3.增大RB阻值，造成截止失真，觀察輸入輸出波形

（1）當RB=1kΩ 時，UCE=5.474V，靜態工作點接近于截止區；

（2）輸入信號Ui=30mV，1kHz；

（3）對電路進行仿真，從雙蹤示波器觀察輸入和輸出電壓波形如圖5所示，可看出輸出電壓波形正半周被削頂，產生截止失真。

圖5

二、影響失真的因素

共射極放大電路中引起失真的原因主要為靜態工作點設置不當，偏離放大區中間區域過多。此外，輸入信號過大，使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，同樣會造成失真。

靜態工作點位置不合適，對波形失真的影響可分兩種情況說明。

（1）靜態工作點偏低時產生截止失真。當靜態工作點偏低為QB時，接近截止區，交流量在截止區不能放大（三極管截止），使輸出電壓波形正半周被削頂，產生截止失真。

（2）靜態工作點偏高時產生飽和失真。當靜態工作點偏高為QA時，接近飽和區，交流量在飽和區不能放大，使輸出電壓波形負半周被削底，產生飽和失真。

三、失真的消除方法

要使共射極放大電路不產生失真，必須有一個合適的靜態工作點Q，它應大致選在交流負載線的中點。此外輸入信號u的幅值不能太大，以避免放大電路的工作范圍超過特性曲線的線性范圍。

由電路的直流通路分析： ICQ≈βIBQ

可知，若電源VCC與三極管電流放大倍數β不變，則在電路各元件中，基極偏置電阻RB的大小對電路靜態工作點的影響最大：RB偏小，靜態工作點過高，容易產生飽和失真；RB偏大，靜態工作點過低，容易產生截止失真；通常采用調節RB阻值大小的方法，，建立合適的靜態工作點。

在電子技術一體化教學中，用EWB軟件進行仿真模擬實驗，選擇各種元件空間大，修改參數方便，避免了因反復焊下元件而損壞器件和電路板，而且調試電路快捷方便，數據直觀可靠，使教學的課時大大減少，對教學具有一定的輔助作用。

參考文獻：

[1]吳恒玉.EWB在電子技術中的應用之研究[J].渤海大學學報（自然科學版）.2005（1）

（作者單位：廣東省云浮市技工學校）