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晶体管电路设计 第十一贴

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发表于 2014-11-5 10:33:46 | 显示全部楼层 |阅读模式


    大家好,上一贴中,我们设计了一个简单的共射极放大器,那么这个放大器能不能工作呢?能不能达到我们的设计要求呢?幸好世界上有个东西叫Multisim,它可以让我们不必真正的搭出一个电路来验证,而是在电脑上进行近乎于真实的模拟电路的工作。下面我们来看一看Multisim中是如何仿真这个电路的。


    因为我们这贴并不是Multisim的教程,所以关于它的一些基本知识就省略掉了,直接进行操作。首先把要用到的元件和仪器摆好,如下图:




    有人会说,怎么元件数值都一样啊,而且和我们设计的参数不一样呢。没关系,现在是布局阶段,一会儿我们再统一修改。另外,曾见过有的朋友在用multisim做电路时,是用一个元件添一个元件、改一个参数,然后马上把线连好。这样做,看似思路清晰,实际操作复杂,效率低下,好的做法是先把要用到的元件按它们的位置摆放好,参数和线路一会儿再说。


    下一步,连线:



    现在线连好了,大家可能注意到,一是用了多个地,以免电线满天飞,搞的一团乱。示波器的两个通道用不一样的颜色以示区别。1通道测输入信号,2通道测输出信号。注意,在这两个测量点出现的信号都是纯交流信号,没有直流成份,大家可以想想为什么。

   

    下一步,修改元件数值并设置仪器参数

:


    画红色框的部位是需要设置的按钮,在这里,我们将信号源设定为:1KHz,100mVp-p,正弦波。对了记得把开关打开哦。


    很快搞定,下面激动人心的时刻来了,我们要开始仿真了,点击运行按钮,有变化了。忽然发现一个错误,选用的虚拟仪器“安捷伦函数发生器”在仿真中的接线不对,只需连一棵线过去给输入就可以了,大家注意下图的红色框部分。




    现在示波器上已经有了波形,现在我们后面的工作将围绕着示波器来进行。关于示波器的操作,大家可以看我以前发的贴子“深入了解示波器”,这里就不多说了。现在我们把示波器的显示单独拿出来分析。




    先不要急着看波形,先看一下现在示波器的工作状态。右上角蓝色的“CH2”两个字,表示下面显示的设置是针对第2通道的,也就是蓝色的波形。下面白底色的“DC”两个字母表示,第2通道工作在直流模式,也就是说如果信号中含直流成份的话,波形会在纵轴上有个偏移,如果没有直流成份,那就会象现在这样,波形在屏幕的中心。


    屏幕下面黄色的“CH1”表示1通道纵轴单位为“50mV/Div”,也就是每小格代表50mV,我们可以很轻松的看出,输入信号也就是黄色波形是100mVp-p的振幅。同样,蓝色的“CH2”表示2通道的纵轴单位是“100mV/Div”,同样可以从屏幕上读出,输出信号的振幅是500mVp-p


    再右边白色的“M 500us”,表示横轴单位是“500微秒每格”,通过这个参数再配合屏幕的波形,可以知道波形的周期,从而进一步得到波形的频率。


    从这两个波形中,我们可以很轻松的得出Vout/Vin=500mV/100mV=5,不错,这个放大器是5倍的放大倍数。还记得我们电路的设计要求么?要求“5Vp-p”的输出,那么相应的就应该给它“1Vp-p”的输出,下面我们来试试。

   



    好的,现在是1Vp-p的输入信号,示波器怎么回事儿?很简单,示波器也是有量程的,刚才输入和输出分别在50mV100mV上,现在信号变大了,当然会出现波形显示不全的情况,我们来改一下示波器轴(电压轴)量程。




    改好后,波形看起来正常了,大家注意下面的参数,你能正确读出这两个波形的Vp-p,并计算出放大器的放大倍数么?数格子只能看出一个大概,其实有更简单的方法



    按“measure”(测量键),再选所测的通道,再选要测的参数,这时示波器会自动对你要求测量的参数进行测量并给出数值。这里我们测的是CH2(输出信号)的峰峰值(Vp-p),示波器显示4.81V,好吧,虽然差点儿,但离5V不远,我们只要稍微减小Re或增大Rc就可以了。

    下面我们可以再试试将输入信号再加大,看会发生什么。




    大家可以发现当我将输入信号提升到3Vp-p时,输出信号变成了平顶的,这是因为由于输出信号的振幅受电源电压的限制,电源只有15V,而按3Vp-p的输出计算,要输出15Vp-p的幅度,别忘了,还有Rc,ReVce的存在,都会影响到输出信号最高幅度。不过从这里来看,我们这个放大器对电源的利用率还是不错的。大家回想下,在第九贴中我们提到过这个问题,为了最大限度的留出裕量,我们特意将集电极电压取为电源电压的一半,还记得么。

   

    在这里我可以告诉大家,如果按书中例子的参数设计放大器,只要输出信号稍稍大于5Vp-p就会出现波形削顶的现象,不信你可以把参数换成书中的例子试试。

   

    那么,你能不经过实验或仿真,只通过书中给的数值发现这个隐患么?


    再看下面这个图:




    我给放大器加了一个4K的负载电阻,大家看波形有什么变化。是不是变成了原先的一半,验证了我们在前几贴里的计算。


    再下面一个图:


   


    我把示波器的探头分别接到三极管的基极,集电极,发射极。同时,通道模式都设置为“DC”,为了将第二通道显示完整,我将其位置向下移动了7V,你能通过这张图看出三极管的直流偏置的作用么?


    补充一句,我用的Multisim是这个版本的



    更高的版本还有11.012.0,但是可能会找不到今天贴子里的品牌示波器和信号发生器,但里面提供的通用仪器还是能用的。

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