共射放大电路计算、仿真、测试分析报告

实验三共射放大电路计算、仿真、测试分析报告（请在本文件中录入结果并进行各类分析，实验结束后，提交电子文档报告）实验目的：掌握共射电路静态工作点的计算、仿真、测试方法；掌握电路主要参数的计算、中频时输入、输出波形的相位关系、失真的类型及产生的原因；掌握获得波特图的测试、仿真方法；掌握负反馈对增益、上下限截频的影响，了解输入输出间的电容对上限截频的影响等。实验设备及器件：笔记本电脑（预装所需软件环境）AD2口袋仪器电容：100pF、0.01μF、10μF、100μF电阻：51Ω*2、300Ω、1kΩ、2kΩ、10kΩ*2、24kΩ面包板、晶体管、2N5551、连接线等实验内容：电路如图3-1所示（搭建电路时应注意电容的极性）。1R5R2R3R4R6R1C2C3C5CCVVVT10F10F10k1k24k10k300514C100Fpivov100F图3-1实验电路1.静态工作点（1）用万用表的β测试功能，获取晶体管的β值，并设晶体管的VBEQ=0.64V，rbb’=10Ω（源于Multisim模型中的参数）。准确计算晶体管的静态工作点（IBQ、IEQ、VCEQ，并填入表3-1）（静态工作点的仿真及测量工作在C4为100pF完成）；主要计算公式及结果：I(cq)=I(eq)=(v(BQ)-v(BEQ))/(R3+R4)=2.37mAI(BQ)=I(CQ)/(1+beta)=12.46*10^-6A晶体管为2N5551C，用万用表测试放大倍数β（不同的晶体管放大倍数不同，计算时使用实测数据，并调用和修改Multisim中2N5551模型相关参数，计算静态工作点时，VBEQ=0.64V）。静态工作点计算：V(CEQ)=V(CC)-I(CQ)*(R5+R3+R4)=1.798V（2）通过Multisim仿真获取静态工作点（依据获取的β值，修改仿真元件中晶体管模型的参数，修改方法见附录。使用修改后的模型参数仿真IBQ、IEQ、VCEQ，并填入表3-1）；V(CEQ)=1.517v（3）搭建电路测试获取工作点（测试发射极对地电源之差获得IEQ，测试集电极与发射极电压差获取VCEQ，通过β计算IBQ，并填入表3-1）；主要测试数据：表3-1静态工作点的计算、仿真、测试结果（C4为100pF）IBQ（μA）IEQ（mA）ICQ（mA）β（实测值）计算值13.922.372.37169仿真值12.462.122.11测试值（4）对比分析计算、仿真、测试结果之间的差异。计算值偏大，大于仿真值，测试值2.波形及增益（1）计算电路的交流电压增益，若输入1kHz50mV（峰值）正弦信号，计算正负半周的峰值并填入表3-2中（低频电路的仿真及测量工作在C4为100pF完成）；主要计算公式和结果：增益Av=-beta*(R5//R6)/(rbe+(1+beta)*R3=-14.32峰值：50*14.32=716.0mV（2）Multisim仿真：输入1kHz50mV（峰值）正弦信号，观察输入、输出波形（波形屏幕拷贝贴于下方，标出输出正负半周的峰值，将输出的峰值填入表3-2中）；（3）实际电路测试：输入1kHz50mV（峰值）正弦信号，观察输入、输出波形（波形屏幕拷贝贴于下方，标出输出正负半周的峰值，将输出的峰值填入表3-2）。（信号源输出小信号时，由于基础噪声的原因，其信噪比比较小，导致信号波形不好，可让信号源输出一个较大幅值的信号，通过电阻分压得到所需50mV峰值的信号建议使用51Ω和2kΩ分压）表3-2波形数据（C4为100pF）输入输出正半输出负半输出正半周峰值输出负半周峰值周峰值周峰值与输入峰值比与输入峰值比计算50716-71614.32-14.32仿真50692.3-710.213.91-14.48测试50708.2-708.214.16-14.16（4）波形与增益分析：（a）仿真与测试的波形有无明显饱和、截止失真；没有（b）仿真与测试波形正负半周峰值有差异的原因；计算时晶体管电阻有忽略（c）输出与输入的相位关系；反相（d）计算、仿真、测试的电压增益误差及原因；计算时数据有近似，晶体管电阻有忽略，测试时外界还进变化，β值变化，测量误差等（e）其他……。3.大信号波形失真（1）Multisim仿真：输入1kHz130mV（峰值）正弦信号，观察输入、输出波形（波形屏幕拷贝贴于下方）（低频大信号的仿真及测量工作在C4为100pF完成）；（2）（3）（4）（2）实际电路测试：输入1kHz130mV（峰值）正弦信号，观察输入、输出波形（波形屏幕拷贝贴于下方）；（3）分析对比仿真与测试的波形，判断是饱和失真还是截止失真。饱和失真由于这个晶体管β值可能偏小，峰值130mV时的信号没有明显失真，改用0.15mV的有效值后失真明显4.频率特性分析4.1C4为100pF时电路的频率特性分析（1）Multisim仿真频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-3）（2）利用AD2的网络分析功能实际测试频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-3）（3）对比分析仿真与测试的频率特性：表3-3100pF电路频率特性增益（dB）下限截频上限截频计算23.119仿真23.09514.05Hz3.188MHz测试22.88215.681Hz1.969MHz对比分析：测试上限截频远小于仿真值，可能晶体管受环境变化，面包板上电路连接问题，电气性能，采样较少带来误差4.2C4为0.01μF时电路的频率特性分析（1）Multisim仿真频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-4）（2）利用AD2的网络分析功能实际测试频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-4）（3）对比分析仿真与测试的频率特性：表3-40.01μF电路频率特性增益（dB）下限截频上限截频计算23.119仿真22.91815.685Hz34.904KHz测试22.66715.478Hz38.478KHz对比分析：下限截频仿真值与实验值较为接近，误差较小，上限截频误差较大。4.3C4电容不同时电路的频率特性分析与比较思考扩展：在本实验中，三极管2N5551C的基极与集电极之间存在电容C4，在实验中，C4在电路中起着什么作用，其电容大小是否会对电路造成影响，造成了什么影响？表3-5电路频率特性比较增益（dB）下限截频上限截频计算23.119仿真（100pF）23.09514.05Hz3.188MHz仿真（0.01μF）22.91815.685Hz34.904KHz测试（100pF）22.88215.681Hz1.969MHz测试（0.01μF）22.66715.478Hz38.478KHz使用较大的电容会降低增益，降低下限截频上限截频5.深度负反馈频率特性分析将发射极电阻R3和R4对调位置（即：改变交流负反馈深度，但静态工作点不变）。计算中频增益：5.1C4为100pF时深度负反馈电路的频率特性分析（1）电路中C4为100pF时，Multisim仿真频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-5）（2）利用AD2的网络分析功能实际测试频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-5）（3）对比分析仿真与测试的频率特性（含R3和R4未对调前的数据）：表3-5100pF电路加深反馈前、后的频率特性对比增益（dB）下限截频上限截频计算（浅负反馈）23.119仿真（浅负反馈）23.09514.05Hz3.188MHz测试（浅负反馈）22.88215.681Hz1.969MHz计算（深负反馈）9.911仿真（深负反馈）9.234.936Hz1.838MHz测试（深负反馈）9.1374.735Hz1.074MHz分析加深负反馈前后仿真与测试的指标差别，包括前后增益的变化、前后上下限截止频滤的变化等。加深负反馈后，增益减小，下限截频减小，上限截频降低5.2C4为0.01uF时深度负反馈电路的频率特性分析（1）电路中C4为0.01uF时，Multisim仿真频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-6）（2）利用AD2的网络分析功能实际测试频率特性，给出波特图（波特图屏幕拷贝贴于下方，标定中频增益、上限截频、下限截频，并将数值填入表3-6）（3）对比分析仿真与测试的频率特性（含R3和R4未对调前的数据）：表3-60.01uF电路加深反馈前、后的频率特性对比增益（dB）下限截频上限截频计算（浅负反馈）23.119仿真（浅负反馈）22.91815.685Hz34.904KHz测试（浅负反馈）22.66715.478Hz38.478KHz计算（深负反馈）9.911仿真（深负反馈）9.1724.936Hz19.049KHz测试（深负反馈）9.0614.662Hz20.358KHz分析加深负反馈前后仿真与测试的指标差别，包括前后增益的变化、前后上下限截止频滤的变化等。加深度负反馈后，增益下降，下限截频降低，上限截频升高6.计算、仿真、测试共射放大电路过程中的体会。首先电路连接要正确，要连接好，一旦中途电路出现短路或者短路，之后实验都会失败。其次，先计算熟悉静态工作点，交流工作，增益，再仿真，最后实验更有感觉。仿真中波特图要恰当的调节坐标分度，便于显示图像。最后，电路和AD2一起使用，容易出错，要检查好，适当操作。附录：Multisim中晶体管模型参数修改表：调用2N5551晶体管模型，修改晶体管的相关参数（见下表，除表中各项需要修改外，其他不变）原2N5551编辑模型参数修改后2N5551模型参数传递饱和电流IS2.511e-015(f)3.92e-014理想最大正向放大倍数BF242.6（通过万用表实际测量β）正向厄尔利电压VAF1001e30修改目的是忽略基区调宽效应的影响正向放大倍数高电流转角IKF0.34581e30不考虑大电流时β的下降B-E漏饱和电流ISE2.511e-015(f)0不考虑小电流时β的下降