基本放大电路仿真分析

基本放大电路仿真分析

实验目的：

（1）通过仿真求分析电路的静态工作点

（2）静态工作点对动态范围的影响分析

（3）仿真求出电路的输入电阻与输出电阻

（4）放大电路的频率特性及电压增益分析

实验内容：

1、绘制电路图

启动Capture CIS程序，新建工程，利用Capture CIS绘图软件，绘制如下的电路原理图。

选中晶体管，选择Edit | PSpice Model菜单项，打开PSpice Model Edit窗口，将晶体管的放大配数Bf改为50，如下图。

双击VSIN元件，在弹出的Property Editor窗口中，将VSIN元件的AC属性值设置为

5mV。

2、分析电路的直流工作点（Q点）。

选择PSpice | New Simulation Profile命令，创建名为Bias的模拟文件，单击Create按钮，打开Simulation Settings-DC-Bias对话框如下图：

选择PSpice | Run A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口。回到Capture CIS V何I 按钮，即可以在电路图中显示该电路各处电流和电压的静态值，结果如下图：

图中晶体管基极输入电流Ib=30.63uA，集电极输出电流Ic=1.432mA，集电极与发射极间电压Vce=Vc-Ve=7.274-1.902=5.372V，就是该电路的直流工作点。直流工作点的分析结果只有文字输出。

一般放大电路随着温度的变化直流工作点都会有漂移，这是静态工作点不稳定，输出波形产生畸变。下面利用PSpice分析放大电路静态工作点的温度稳定性。

选择PSpice| New Simulation Profile命令，创建名为DC的模拟文件，单击Create按钮，打开Simulation Settings-DC对话框，如下图进行设置。

选择PSpice | Run菜单命令，启动PSpice A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口。选择Trace | Add Trace菜单命令，弹出下面窗口：

在左边的列表框中选择IC[Q1]，观察输出波形如下：

从上面的曲线可以看出，随着温度的升高，静态工作点电流会升高，但变化不大，直流工作点基本稳定。该电路的静态工作点基本稳定是由于Re负反馈的作用。

3．静态工作点对动态范围的影响

⑴静态工作点在截止区

调整Rb2的值为6K，改变信号源的幅值为50mV。

编辑模拟配置文件DC，如下图设置。

选择PSpice | Run菜单命令，启动PSpice A/D仿真程序，调出

最小化PSpice A/D窗口，回到Capture CIS主窗口，单击工具栏中的

可以在电路图中显示该电路各处电流和电压的静态值，结果如下图：

此时的静态值：I B=17.65uA,I C=841.9uA,V CE=9.222V-1.117V=8.105V。

切换到PSpice A/D窗口，选择Trace | Add Trace菜单命令，弹出Add Trace对话框，选择V[V o]，输出波形如下图。

输出波形的正半轴切顶，即出现了截止失真。

⑵静态工作点在饱和区

调整Rb2的值为20K，其他参数不变。瞬态分析参数不变。

选择PSpice|Run菜单命令，启动PSpice A/D仿真程序，调出

最小化PSpice A/D窗口，回到Capture CIS主窗口，单击工具栏中的

可以在电路图中显示该电路各处电流和电压的静态值，结果如下图：

此时的静态值：I B=53.81uA,I C=2.399mA,V CE=4.082V-3.189V=0.893V。

切换到PSpice A/D窗口，选择Trace|Add Trace菜单命令，弹出Add Trace对话框，选择V[V o]，输出波形如下图。出现了饱和失真。

⑶静态工作点在放大区

调整Rb2的值为14K，改变信号源的幅值为20mV。保存电路图。

瞬态分析参数不变，选择PSpice | Run菜单命令，启动PSpice A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口。

最小化PSpice A/D窗口，回到Capture CIS主窗口，单击工具栏中的

可以在电路图中显示该电路各处电流和电压的静态值，结果如下图：

此时的静态值：I B=41.22uA,I C=1.888mA,V CE=5.771V-2.507V=3.264V。

切换到PSpice A/D窗口，选择Trace | Add Trace菜单命令，弹出Add Trace对话框，选择V[V o]，输出波形如下图。

可以看出，波形失真很小。

4、用PSpice确定的电路的输入电阻和输出电阻。

⑴输入电阻的测量

选择PSpice | New Simulation Profile命令，创建名为AC1的模拟文件，单击Create按钮，打开Simulation Settings-AC1对话框如下图：

选择PSpice | Run菜单命令，启动PSpice A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口如下图：

选择Trace | Add Trace菜单命令，弹出下面窗口：

单击ok按钮，看到如下波形：

该波形就是输入电阻R(in)=Vi/Ic1随频率变化的曲线。可以使用光标工具测得在中频段输入电阻的值，约5.9k。从图中还可以看到在低频段输入电阻很大，随着频率的继续增加，阻抗逐渐减小。

⑵输出电阻的测量

在模拟电子电路理论课上学习过一种测量输出电阻的方法，即撤掉输入信号源和负载电阻，然后在输出端加一信号源（V AC交流信号源），通过测量该信号源的电压和流过它的电流之比得到放大电路的输出电阻。修改后的电路如下图：

分析类型的设置不用改变。选择PSpice | Run菜单命令，启动PSpice A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口。选择Trace | Add Trace菜单命令，在弹出窗口中进行如下设置：

单击ok按钮，看到如下波形：

从曲线可以看出输出电阻随频率的增大而逐渐减小，这里输出电阻的变化主要是由输出耦合电容引起的。在中间有很长一段几乎处于直线，利用光标工具（Cusor）可以测得中断的电阻大约为3.0518K。

5、仿真出电压增益的幅频特性曲线。

电压增益是一个放大电路的核心指标。分析电压增益采用交流扫描分析AC Sweep。交流扫描分析频率设置于范围为：10Hz至10MHz，10倍频对数扫描，扫描点数为101，如下图：

选择PSpice | Run菜单命令，启动PSpice A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口。选择Trace | Add Trace菜单命令，弹出下面窗口：

单击ok按钮，看到如下波形：

从图中可以看出放大电路对不同频率的信号放大能力是不一样的，即增益是频率的函数。

6、利用参数扫描分析旁路电容对电路低频特性的影响

电路及参数设置见下图。在输出端V o设置一个Probe电压探针，用来测量输出端电压波形。

⑴设置参数：双击旁路电容C3的数值，在弹出的Display Properties对话框中将50uf 改为{Cval}，一定要加花括弧。

⑵放置Param元件：单击按钮，打开Place Part对话框，选取Param元件，将其放在合适的位置，双击Param图形，打开其Property Editor元件属性设置对话框。单击

按钮，弹出新增属性参数对话框。在Name中输入C3的参数Cval，在Value

中输入值50uf，单击ok按钮。

⑶进行扫描分析设置：在Simulation Settings-AC对话框中，设置分析类型为AC Sweep，Options选择Parametric Sweep(参数扫描)，Sweep Variable(扫描变量)为Global Parameter，Sweep Type(扫描类型)为Value，并在Value List文本框中列出扫描值：0.1uf，50uf，200uf。

⑷启动PSpice A/D仿真程序：仿真时，PSpice A/D仿真程序会弹出Available Sections 窗口，先选择All按钮，再单击Ok按钮关闭对话框，三条曲线均显示在PSpice A/D仿真程序窗口中。

图中从左到右，一次对应电容值为：200uf、50uf和0.1uf。可以看出，随着旁路电容的

增加，截止频率的取值逐渐减小。