基于仿真軟件的固定式偏置共發(fā)射極放大電路分析

賈哲

摘 要：采用Muhisiml0仿真軟件對基本的固定式偏置共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)和動態(tài)性能進行測試分析。對比了放大電路的輸入信號和輸出信號，讓學生對放大電路有了直觀的認識，加深了學生電路性能和特點的理解，為后續(xù)電子電路知識的學習奠定了基礎。

關鍵詞：Muhisim 10；電路仿真；放大電路

在電子電路的教學中，固定式偏置共發(fā)射極放大電路是學生最先接觸到的一類重要放大電路，共發(fā)射極放大電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單、放大能力強、輸出電壓與輸人電壓反相的特點。掌握其相關知識，是學好多級放大電路、負反饋放大電路、穩(wěn)壓電源等內(nèi)容的重要保證。而Muhisiml0仿真軟件具有形象直觀的人機交互界面，儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實實驗中的實際儀器儀表大致相同，幾乎能100%地仿真出真實電路的結(jié)果。本文將理論分析與Muhisiml0軟件仿真分析測試相結(jié)合，對固定式偏置共發(fā)射極放大電路進行講授，有助于學生對知識更形象、直觀、全面、深刻地掌握所學內(nèi)容。

1 共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點的測試

放大電路的工作狀態(tài)可分靜態(tài)和動態(tài)兩種情況。靜態(tài)是指當放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)，即輸入信號ui=0；動態(tài)則是有輸入信號時的工作狀態(tài)，即輸入信號ui≠0。在放大器的靜態(tài)時必須設置一個合適的靜態(tài)工作點， 即給三極管的基極加一個正向偏壓，提高基極電壓而避開“死區(qū)”，防止放大電路產(chǎn)生的嚴重失真。靜態(tài)分析主要是確定放大電路的靜態(tài)值IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ。在Muhisiml0仿真軟件界面上放置元件、設置參數(shù)并進行連接，仿真電路如圖1所示。圖中電路通過教材給定公式，計算所得靜態(tài)工作點大小分別為IBQ=0.027mA，UBEQ=0.7V，ICQ=2.7mA ，UCEQ=6.6V。

將信號發(fā)生器輸入信號設置為0，放置儀器儀表并正確連接，接通電源，測試情況見圖1，測試所得各靜態(tài)參數(shù)分別為IBQ=0.025mA，UBEQ=0.65V，ICQ=2.8mA ，UCEQ=6.2V。此值與理論計算結(jié)果基本相同，但是此結(jié)果更加直觀，學生更容易接受。

2 共發(fā)射極放大電路的動態(tài)性能參數(shù)的測試

放大電路應滿足若干基本技術(shù)要求，主要反映在輸入電阻、輸出電阻和放大倍數(shù)等參數(shù)上。當輸入信號加到放大器的輸入端時，放大器就相當于信號源的負載電阻，這個負載電阻就是放大器本身的輸入電阻，也就是從輸入端往放大電路看，它所具有的等效電阻。輸出電阻是指從放大電路輸出端看入的等效電阻。放大電路的放大能力用放大倍數(shù)來表示，放大倍數(shù)即輸出信號與輸入信號的比值，通常情況下放大倍數(shù)是指電路的電壓放大倍數(shù)。本電路通過教材給定公式，計算可得動態(tài)性能參數(shù)為ri≈1.2kΩ，ro≈2kΩ，AuL≈-82。

在利用仿真軟件測試輸入電阻時，可設置如圖2所示的測試電路。可設置信號源輸入信號幅值為10mV頻率為1kHz的正弦波，經(jīng)測試該信號不會使輸出電壓失真。在共發(fā)射極放大電路輸入端與信號源之間串接一只1 kΩ電阻，利用示波器測量信號源輸入電壓US≈10mV和放大電路輸入電壓Ui=5mV，根據(jù)分析，采用關系式，可得到輸入電阻為ri≈1kΩ，與理論結(jié)果基本一致。

測量輸出電阻則可在上述輸入條件下，分別測試電路的有載和空載時的輸出電壓，有載測試情況見圖3所示。測量得到電壓結(jié)果為UL≈870mV，Uo≈1.7V，采用關系式，可得輸出電阻ro≈1.9kΩ，與理論分析的ro=Rc=2kΩ相接近。

在測量電路的放大倍數(shù)時，可根據(jù)放大倍數(shù)的定義（輸出信號與輸入信號的比值），即同時觀測出輸入信號和輸出信號，便可得到電路的放大倍數(shù)并觀察到電路的放大情況，電路的輸入波形與輸出波形見圖3示波器所示。通過對其波形的展示，學生一下就可看出兩個波形在相位上反相的，并對放大倍數(shù)前的負號有了深刻認識。進一步讀出ui≈10mV，uo≈870mV，計算出放大倍數(shù)為AuL≈-87，與理論計算結(jié)果近似相同。

3 結(jié)語

Muhisiml0仿真軟件具有簡潔、方便、逼真等特點，在授課過程中，將Muhisiml0仿真軟件分析測試與理論分析相結(jié)合析方式，使學生直觀地觀察到電路的靜態(tài)、動態(tài)工作情況和各類參數(shù)的數(shù)值大小，有效地加深了他們對電路的感性認識，增強了其對電路性能的分析和理解。通過將Muhisiml0軟件仿真引入到課堂，提高了學生探究電子電路的興趣，進而引起了對所觀察現(xiàn)象和數(shù)值特點的總結(jié)和思考。基于Muhisiml0仿真軟件的電子電路課堂教學還有待于進一步地思考、探索和實踐。

參考文獻

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