微电子专业实验共射级放大电路

《微电子专业实验报告》单级共射放大电路仪器号/样品号：26姓名：王纪鹏学号：111400553年级：2014指导老师：《微电子专业实验》评分表姓名王纪鹏实验题目单级共射放大电路学号111400553项目评分标准得分学习态度（20分）A、熟知并遵守实验室各项规章制度，有责任感（10分）B、预习实验，对实验内容熟悉。（10分）实验成果（50分）A、仪器相关：熟悉仪器及其操作，避免对仪器造成损坏。（10分）忌一无所知情况下匆忙乱调仪器导致损坏。B、条件相关：注意要“正确设置并完整记录”实验条件，所设置条件能最大程度减小误差。忌照搬照抄指导书条件，需根据实际情况分析。（10分）C、结果相关：实验结果记录正确且能最大程度减小误差。（10分）D、过程相关：“及时、独立、完整”完成指导书所有测试内容，且数据（条件与结果）记录完整、正确。（20分）注意：部分参数并非固定值，注意预习了解以完整测量并说明。E、加分项（见备注）F、减分项（见备注）实验报告（30分）A、文本结构规范，格式统一。（10分）行文：表述规范准确，纹理通顺流畅，打印或者书写工整；图表：坐标单位正确；图表、曲线等符合国家标准或工程要求。B、理论分析与计算正确。（20分）。计算数据：务必有理有据，而非不明所以得简单给出一个结果。分析严谨，逻辑性强，论述层次清晰，正确回答问题。对存在的问题等进行分析。C、加分项（见备注）D、减分项（见备注）总分（100分）总分：100分。优：90-100分；良：80-90分；中：70-80分；及格：60-70分；不及格：0-60分。备注实验时尽量在组内交流，过多组外交流的显然独立性欠佳；一直依靠提问才能完成实验的、离开指导书后什么都不懂的，差评。实验题目一、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).初步掌握仿真软件PSpice分析、设计电路的基本方法和技巧。(3).了解晶体管内各参数的含义及其在各模拟软件中的应用与体现，了解不同器件参数对电路性能的影响。二、实验仪器Pspice仿真软件、元件模型和仿真模型，如：电阻、电容、三极管、直流电压源、交流电压源等。三、实验步骤实验要求：设计一单级共射放大电路（注：勿简单照搬指导书中的原理图—仅起说明用），要求：放大电路有合适的静态工作点；输入正弦信号幅值30mv；电压放大倍数30左右；输入阻抗大于1kΩ；输出阻抗小于5.1kΩ；通频带大于1MHZ.实验内容：（1）在Schematics中画出已设计好的电路电路图（2）测量静态工作点：IB、IC、VBE、VCE（out文件）（3）观测输入、输出电压波形，并计算电压增益Av（4）观测幅频响应曲线：db(V(Vo)/V(Vs:+))测中频增益、上限频率和下限频率观测相频响应曲线：Vp(Vo)-V(VS:+)（5）观测输入电阻的频率响应：Ri--V(Vi)/I(Vs)（6）观测输出电阻的频率响应：Ro--V(Vo)/I(Io)（7）调节相关参数，观察常见的几种非线性失真现象具体步骤：1、安装好PSpice_ch后，点击图标（CaptureStudent）启动Pspice1)选File/New/Project；2)建立一个子目录CreatDir(键入D:\Dcad_Pspice\Project\common_emitter_amplify)，并双击打开；3)选中AnalogorMixedSingnalCircuitOK!4)键入工程名Name:common_emitter_amplify5)在设计项目创建方式选择对话框下，选中CreatablankproOK!2.画电路图：6)打开库浏览器选择菜单Place/Part,AddLibrary；提取三极管Q2N2222、电阻R、电容C、电源VDC、模拟地0/Source、信号源VSIN；7)移动元器件，先用鼠标选中元器件使之成为红色，然后可以移到适当的位置；8)翻转或旋转元器件，先用鼠标选中元器件按键Ctrl+R即可；9)画电路连线10)为了突出输出端，需要输入标注V0字符，可选择菜单Place/NetAliasVoOK!11)将建立的文件存盘。3、修改元器件的标号和参数：1)用鼠标双击所要修改的元器件符号就会出现出现修改即可行标号和参数的设置；2)VISIN信号源的设置同上，但还要用鼠标双击信号源符号进行参数设置，AC=30mv、VOEF=0v、FREQ=1kHz、VAMPL=30mv，鼠标选中Apply并单击退出；3)三极管参数设置：先选中三极管，然后选择菜单中Edit/PSpiceModel.打开模型编辑框Edit/PSpiceModel修改Bf为140，保存，即设置三极管的放大系数变为140。电路原理图如下：四、实验内容与数据分析1、设置分析：1)BiasPointDetail（静态）选择菜单PSice/NewSimulationProfile,在NewSimulation对话框下，键入Bias用鼠标单击Creat，然后出现模拟类型和参数设置框，见此框的Amalysistype栏目，用鼠标单击BiasPointDetail并在OutputFileOptions栏目下，单击选中“incluedetailedbiaspointinformationfornonlinearcontrolledsourcesandsemiconductors”最后单击应用A及确定返回。2)Transient(瞬态，即时域分析)同上步骤然后键入TRAN,单击Creat，弹出Amalysistype栏目，用鼠标选中及单击TimeDomain(Transient)在键入如下数据：Runto4msStartsavingdata0ms,Maximumstep20us单击应用A及确定返回。3)ACSweep（即频域分析）开始同上步骤，然后键入AC，单击Creat，在出现的框中单击ACSweep/Noise，然后在ACSweepType栏目下键入如下数据：Start10hz、End100meg、Point/Decade101、对Logartithmic选中Decade同上返回。4、将建立或修改后的文件存盘，并检查和建立网表文件。如果有错误则根据错误提示进行修改。5、开始仿真（run）：1)将图形文件还原；2)电路静态工作点。首先进入项目管路窗口，鼠标双击PSpiceResources，再双击SimulationProfiles，激活Bias图标，点击鼠标右键，单击MakeActive；选择菜单PSpice/RUN若无错，便可查阅PSpice/ViewOutputFile文件，查阅静态工作点如下：本方案采用分压偏置电路确定静态工作点，分析如下：Q点估算：假设I1IBQ,则根据电路分析可得到如下计算公式Q端电压VBQ：B2B1CCB2BQRRVRV集电极电流ICQ：3EBE(on)BQCQRRVVI基级电流IBQ：/CQBQII静态工作点数据直流通路I1IBQ集电极与发射级压差VCEQ：)R(3ECCQCCCEQRRIVV根据以上公式合理设置电阻的阻值，是三极管工作在合适的工作点处，使其拥有最大无失真输出电压，且没有饱和失真和截止失真。3)仿真输出/输入波形同上进入项目管理窗口，同上方法激活TRAN图标，若无错，a.单击菜单Trace/AddTrace则弹出AddTrace框，然后单击V（V0）单击OK,返回b.单击Plot/addplottowindow添加一个波形显示框，然后同a步骤键入V(Vs:+)c.观察两个波形，输出电压放大失真情况和放大倍数是否大于30，不满足则退出仿真，并且观察进入电路参数修改，重复上述过程，直到仿真通过，关闭文件返回。其小信号电路图如下：rb'ebcRcRLRb1//Rb2bIcI+ReeIe+sV电压放大倍数Av:），（CvRRLRRrRVVA//)1(Leeb'LiO,输入电阻：），（2b1bbbeeb'iii////)1(RRRRRrIVR输出电阻：coRR实验结果如下图：需要注意：应该在做电路图时标明输入输出电压，否则波形图易出错。观察分析可得满足放大倍数为30.03大于30，满足实验要求。4）作幅频特性曲线激活AC图标，同上弹出AddTrace框1.幅频特性：a.键入dB（V(V0)/V(Vs：+)）单击OK返回B.激活游标：单击菜单Trace/cursor/Displayc.确定中频区Av（dB），单击菜单Plot/Label/Marke.移动游标在中频区下降约3dB时，横坐标频率值就是上限截止频率。单击菜单Plot/Label/Mark；通过对小信号的频响特性进行分析，可得到如下计算公式：在低频情况计算公式为：2C)(21fLcLRR在高频情况计算公式为：)//)////r((,'C21f'21'HebsbbbbrRRRRR其中C’π位发射结电容等效到b’-e间的电容，C’π≈（1+|K|*Cμ）+Cπ实验结果如下：根据波形可计算得其通频带为fbw=△f=fH–fL=6.2787Mhz-30.105hz≈6.24MHz,满足通频带大于1MHz的条件。5)相频特性：同上方法然后键入：Vp(Vo)-Vp(Vs:+)单击OK返回。同上方法确定中频区。此处易错处:添加波形时，没有键入Vp。实验结果如下图：（27.267k,-180.062）6)求解输入阻抗同上步骤，键入V(Vs:+)/I(Vs)单击OK返回实验结果如下图：(2.208k,4.4327k)对图形分析可得，中频带处电阻为4.4327k,满足输入阻抗大于1k的要求7）求解输出阻抗：输出阻抗是在负载端开路，输入端信号源短路的情况下，并在负载端加入AC电压源，通过加压测流的方法，将测得的电压与电流相比，即可得到共射级放大器的输出电阻。因此，需要修改电路，观察AC交流瞬态或频域分析，同键入：V(Vo:)+/I(Io)。测输出阻抗的电路如下：实验结果如下图：(10.125k,4.000k)对图形分析可得，中频带处输出电阻为4.000k,满足输出阻抗小于5k的要求8）常见非线性失真现象，包括截止失真和饱和失真Q点波动对输出波形的影响，如下图：Q点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真，具有最大无失真输出电压。Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。Q设置过高。因为饱和失真是输出端失真，所以本实验解决饱和失真的方法就是调低静态工作电流Ib(增大Rb1)，减小Rc，减小β，增大VCC也可以做到但是好的办法。Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。Q点设置过低造成的截止失真属于输入端失真，主要是Ib过小引起的。可以从输入端解决，本实验方案的解决方法有增大Vcc，减小输入端电阻Rb2。也可以增大Rc。五、实验总结1、静态分析就是求解静态工作点Q，在输入信号为零时，晶体管各级间的电压和电流，主要包括IBQ，ICQ和UCEQ，。要先设置合适的偏置电压和电阻使三极管处于放大区，且不会轻易出现饱和失真和截止失真的情况，这些是三极管后面进行交流分析的基础，因此正确设置静态工作点应多花一些时间，以找出合适的值。2、在交流小信号分析中，电容和电压固定的之流电压源可以用短路处理。放大倍数Av是输出变化量与输入变化量幅度值之比；输入电阻是从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小；输出电阻是从输出端看进去的等效输出信号源的内阻，说明放大器的带负载能力；上限、下限截止频率和通频带均为频率响应参数，反映电路对信号频率的适应能力。3、一些电路结构和电阻具有稳定静态工作点的作用，例如本设计方案中的电压偏置电路可以有效地控制IBQ的大小；而且本设计方案中电阻Re具有负反馈的作用，可以时电路更加稳定T↑----ICQ↑------VEQ↑(=ICQ*RE)-----VBEQ↓(=VBQ-VEQ)-----IBQ↓----ICQ↓