基本共射放大电路
基本共射放大电路
一、实验目的
1、了解电子EDA技术的基本概念。
2、熟悉PSPICE软件的实验方法。
二、实验仪器
1、计算机（486以上IBMPC机或兼容机，8M以上内存，80M以上硬盘）。
2、操作系统Windows95以上。
三、预习要求
1、熟悉PSPICE中的电路描述、PSPICE的集成环境、PSPICE中的有关规定和PSPICE 仿真的一般步骤。
2、了解电子EDA技术的基本概念。
四、实验内容
（一）画电路图
单极共射极放大器电路如图1-1所示，画出电路图。
图1-1单极共射极放大器
1、放置元件
（1）用鼠标单击“开始”按钮，再在“程
序”项中打开Schematics程序（单击
Schematics）则屏幕上出现Schematics程序
主窗口如图1-2所示。
图1-2
图1-3
（2）选择菜单中Draw|Get New Part项
或单击图标工具栏中“”图标，弹出如图1-3所示的元件浏览窗口Part Browser。
（3）在Part Name编辑框中输入元件名称。此时，在Description信息窗口中出现该元器件的描述信息，这里我们先输入BJT名称Q2N2222。（如果不知道元器件名称，可以单击Libraries，打开库浏览器Library Browser,在Library窗口中单击所需元件相应的库类型，移动Part窗口中右侧滚动条，单击列表中的元器件，在Description中查看描述信息，判断所选器件是否需要，若是，则单击OK关闭Library Browser，此时，Part Browser 对话窗的Part Name编辑框中显示的即为选中的元器件。
（4）单击Place，将鼠标箭头移出Part Browser窗口。这时箭头处出现该元器件符号。
（5）移动箭头将元器件拖到合适的位置，若需要，可以用快捷键Ctrl＋R或Ctrl＋F
旋转或翻转符号（也可用菜单项Edit|Rotate或Edit|Flip来完成）。
（6）单击鼠标左键，将元器件放置在页面上。此时，BJT出现在原理图页面上。如果需要可继续单击左键，放置多个同类元器件，它们的标号自动排序。
（7）单击右键结束放置操作。
（8）用鼠标单击Part Name编辑框，将焦点移回Part Name编辑框中。
（9）重复（3）到（7）的步骤。将其它元器件，如电阻（R）、电容（C）、电源（VDC）、地（EGND）和信号源（VSIN）放置在页面上。为突出输出端，我们在输出端放置了BUBBLE 符号（用于与其它电路连接的符号）。
（10）元器件放置完后，单击Close关闭Part Browser窗口。
还有另一种放置元器件的方法：如果知道所用元器件的名称可以不打开Part Browser 窗口，直接在“”中输入源器件名称并按Enter键，将元器件调出，放置在页面上。
如果想删除不需要的元器件，可以用鼠标单击选中该元器件（元器件符号变成红色），然后选择菜单项Edit|Cut就可以将元件删除（也可用键盘上的Delete键删除）。
2、画电路连线
（1）选择菜单Draw|Wire或点击“”图标，此时鼠标箭头变成一只笔。
（2）将笔尖移到元件引脚端点击左键，再将笔尖移到要连接的另一元件引脚端单击左键，则完成一根连线的连接。
（3）重复第（2）步画完所有连线。
（4）单击右键，取消画线状态。
3、为放大电路重要节点加标号
（1）双击Rc到BJT集电极间的连线，弹出Label对话框（也可以通过选择菜单项Edit|Label打开）。
（2）在编辑栏中填Vc，然后单击OK确认返回。此时，在连线附近出现Vc标号。如果没有必要，这一步可以不做。
（二）编辑修改源器件标号和参数
1、用鼠标点击要编辑修改的元件符号，符号变成红色表示被选中。假设选中负载电阻RL。
2、选择菜单项Edit|Attributes…或在元件符号上双击鼠标左键，弹出如图1-4所示的属性编辑对话框。这里打开了电阻的属性对话框。
3、单击需要编辑的属性行（属性行前有*号的属性在此不能修改），在Name和Value 编辑框中分别显示属性名称和该属性的值。假设选中Value（大写字母表示属性名）属性行。
图1-4
4、编辑修改Value编辑框中的值。这里我们将1K改为4K。
5、单击Save Attr，保存修改后的值。这时可以看到Value＝4K（如果在Value和Name
编辑框中输入新的属性名和值，则可增加一条新的属性。）
6、重复（3）（4）（5），编辑修改其它属性值。如，将负载电阻的PKGREF的值改为RL。
7、单击OK按钮确认所作的修改，关闭属性编辑对话框。这时，图中的负载电阻标号成为RL、阻值等于4K。
8、重复（1）到（7）步，将其它元器件标号和参数改为图1-1所示的值。其中BUBBLE 符号定义的标号为Uo。（有源器件的参数（如?等）
不能在属性编辑对话框中修改），必须在模型对话框
（Model Editor）中修改。）
图1-5 注意，信号源参数的设置稍微复杂些。在信号
源的属性编辑对话框中，可以看到属性较多，其中正弦信号的幅值VAMPL、频率FREQ和失调电压VOFF（也是正弦信号的直流基准电压）必须设定确定的值。为了进行交流分析还需设定交流幅值AC。此例题中我们设置VAMPL=10mV，FREQ=1k，VOFF=0，AC=10mV。
另外也可以直接在电路图上双击元件参数值，弹出图1-5的设置属性值（Set Attribute Value）对话框，单独修改参数值。元件标号也可用类似的方法单独修改。
到此为止，我们已得到图1-1所示的电路图。
（三）保存画好的电路图
1、选择菜单项File|Save，弹出保存文件对话框。
2、选定保存文件的路径。
3、在文件名编辑框中输入文件名（注意，文件名不能用中文），如test_1。
4、单击保存按钮。
（四）设置分析功能
根据PSPICE分析功能可以知道：（1）要进行直流工作点分析（Bias Point Detall）；（2）要进行瞬态分析（Transient）；（3）要进行交流分析（AC Sweep）。下面我们来设置这些分析功能。
1、选择菜单项Analysis|Setup…或相应的图标，弹出如图1-6所示的分析设置对话框Analysis setup。
2、用单击Bias Point Detall 左边的小方格开关选项，使小方格中显示“”（此时表示对应的分析功能有效），选中该选项，PSPICE仿真时将BJT的静态电压、电流值及其它有关参数存入输出文件（.out）中以备查看。工作点分析功能设置完毕。
图1-6
3、单击瞬态分析设置按钮Transient...，又弹出如图1-7
所示的瞬态分析设置对话框Transient。该对话框包括瞬态分
析（Transient Analysis）和傅立叶分析（Fourier Analysis）
设置两部分。在此，我们只设置瞬态分析。
图1-7
4、将终结时间（Final Times）设为2ms。该参数决定了瞬态分析时间的长度。（PSPICE 仿真时将自动将起始时间定为0，并且采用内部时间步长（Time Setp）计算，仿真过程不断调整时间步长的值。设置Step Ceiling的值可以限制内部时间步长的最大值；No-Print Delay参数决定显示瞬态波形的起始时间。
5、单击OK回到图1-5所示的对话框，此时Transient...按钮左边小方格内显示“”，瞬态分析设置完毕。
6、单击交流分析设置按钮AC Sweep...，弹出交流扫描分析和噪声分析设置对话框AC Sweep Analysis and Noise Analysis，如图1-8所示。该对话框包括三个内容设置：扫描类型（AC Sweep Type）、扫描参数（Sweep Parameters和噪声分析（Noise Analysis）。AC Sweep Type用来确定以什么步进方式对频率进行扫描；Sweep Parameters用来设置扫描频率范围和点数。这里我们不做噪声分析。
7、在AC Sweep Type选项中选择Decade方式。
（Linear：线性扫描、Octave：倍频程变化扫描、Decade：
十倍频程变化扫描）。这样曲线的水平坐标将是对数频率坐
标。
8、在Sweep Paramenters中设置Pts/Decade＝101
图1-8
（每十倍频程101个点）、Start Freq＝1、End Freq＝100Meg。频率扫描范围可以根据分析结果判断是否合适、不合适可以重新设置。
9、单击OK回到图1-6所示的对话框。此时AC Sweep...按钮左边小方格内显示“”，交流分析设置完毕。
10、三个分析功能都已设置完毕，单击Close按钮关闭Analysis Setup对话框。
（五）仿真
选择菜单项Analysis|Simulate或图标“”，开始仿真，运行过程如下：
1、进行电路连接规则检查。若有错，则自动停止仿真，打开信息观察框MicroSim Message Viewer，显示错误信息。
2、建立网表文件（.cir）。若有错则停止仿真，打开MicroSim Message Viewer，显示错误信息。由于电路图是以test_1文件名保存的，所以网表文件为test_1.cir。
3、调用PSPICE仿真程序进行仿真分析，仿真结果的文字信息存入输出文件（.out）。本例题结果存入“test_1.out”和“test_1.dat”文件中。
4、仿真结束。如果设置了AC Sweep、DC Sweep或Transient分析功能。则调用波形后处理程序Probe。
以上过程均自动完成。
（六）用Probe程序观测仿真结果波形
1、启动Probe程序，打开Probe主窗口如图1-9所示。本例仿真结束后自动打开Probe 程序窗口。
图1-9
2、在图1-10对话框（若只设置了其中的一种分析类型，不
弹出此窗口）中选择分析类型。本例设置了AC和Transient，我
图1-10
们单击Transient先观察瞬态分析结果。这时屏幕上出现波形显
示框，其横坐标为时间（Time）。
3、在图1-9中选择菜单项Trace|Add或相应图标，弹出如图1-11所示的添加曲线对话框Add Traces。
4、从窗口中选择V（Uo），在Trace Expression编辑行出现选中的V（Uo）。（Trace Expression编辑行的使用非常灵活，后面我们还将看到它的灵活使用。）
图1-11
5、单击OK，此时波形显示框便显示Uo的电压波形。（仿真前可在Schematics窗口中的原理图上用Markers菜单项的功能或点击图标“”，
在所关心的节点或支路上进行标注，进入Probe后自动显示
标注点的波形。假如我们对Uo进行了电压标注，则不需要
在图1-11中选择Uo，就可以显示Uo的电压波形。）
图1-12
6、选择菜单项Plot|Add Plot，添加一个波形显示框。
7、重复第（3）步，Add Traces对话框中添加输入电压V（Ui:＋）。
8、单击图1-11中Alias Name选项，在Add Traces对话框中显示电路所有节点和支路电流，寻找并选中V（Ui:＋）。
9、单击OK返回，此时上面的波形显示框便显示出输入电压Ui的波形。
最后，输入Ui，输出Uo的波形如图1-12所示。
图中SEL>>指明当前活动显示框是哪一个。
在做完第（4）步后直接做第（8）、（9）步，可以将Ui、Uo显示在同一个波形显示窗口中。这里由于输入波形幅值比较小，与输出波形在同一坐标中显示不利于观察，所以添加了一个显示框。
（七）用Probe程序观测仿真结果的曲线
1、观察放大电路的频率响应
（1）在图1-9中选择菜单项Plot|AC,波形显示框的横轴变为频率轴Frequency。
（2）选择菜单项Trace|Add或相应的图标“”，弹出图1-11所示的Add Trace对话框。
（3）在Trace Expression编辑行中输入dB（V（Uo）/V（Ui:+）），该表达式的含义是：将放大电路的电压放大倍数Uo/Ui转为分贝数。
（4）单击OK返回，在Trace Expression编辑行中描述的曲线便出现在波形显示框中，由于本例题在设置AC分析时，AC Sweep Type选择的是Decade，即十倍频扫描，所以，此时显示的曲线即为波特图。
（5）再选择菜单项Plot|Add Plot，添加一个波形显示框。
（6）重复第（2）步，在Trace Expression编辑行中输入Vp（Uo）-Vp（Ui:＋），该表达式为Uo与Ui的相位差。
（7）重复第（2）步，在Trace Expression编辑行中输入V（Ui:＋）/I（Ui），该表达式表示输入阻抗。
（8）单击OK返回。此时，上面的波形显示
框就是放大电路的输入阻抗频率响应。按照习惯，
幅频响应摆在上边。为此，可先点中幅频响应表
达式，利用剪切粘贴功能将它移到上边的显示框，
同样将输入阻抗频率响应移到下边。最后放大电
路的幅频响应、相频响应及输入阻抗频率响应曲
图1-13
线如图1-13所示。
2、观测Au，F L和F H
为了获得曲线上几个特殊点的具体数值，如中频增益、上下限截止频率、中频相移等。我们可以打开游标观测这些值。具体的方法是：
（1）单击幅频响应显示框区域，使其变为活动显示框（即，SELL>>指向幅频响应显示框）。
（2）选择菜单Tools|Couror|Display或相应图标
“”，激活游标。右下角出现游标值显示窗（Probe
图1-14
Cursor）如图1-14所示，A2为曲线起点坐标值，第一个数是横坐标值，第二个知识纵坐标值；A1为游标当前坐标值；dif为A1与A2的差值（注意，当有多个波形显示框时，Probe Cursor中显示的是当前活动显示框中曲线的坐标值。）
（3）按动鼠标左键移动鼠标，将游标移到曲线中频区，从A1显示的当前游标值中可以读得增益为19.717dB。
（4）选择菜单项Tools|Labe|Mark，将当前游标的坐标值标注在曲线附近。
（5）将游标移到高频区并观察A1纵坐标的变化，当他从中频区的值下降约3dB时，A1横坐标值就是上限截止频率。
（6）重复第（4）步，在曲线上标注该点的值。
（7）重复第（5）、（6）步，求出下限截止频率。
（8）单击相频响应相应框区域，使其变为活动显示窗。再单击相频响应曲线表达式Vp（Uo）-Vp（Ui：+）前的曲线图标符“□”。
（9）重复第（3）、（4）步，可得到中频区的相移。用类似的方法也可得到中频区的输入阻抗。
上面介绍了用PSPICE程序分析放大电路一般过程，重点放在过程和操作方法上。下面介绍用PSPICE程序分析放大电路各种性能指标的方法。
（10）再选择菜单项Tools|Cursor|Display或相应图标，取消游标。此时，图1-13 变成图1-15 的形式。图中第二条曲线的纵坐标数值上的“d”表示“度”（即“゜”）。
（八）从输出文件中查看仿真结果
除静态工作点分析Bias Point Detail将结果
存入输出文件（.out）外，直流小信号灵敏度分
析Sensitivity和小信号传递函数值分析Transfer
Function等也将仿真结果也存入输出文件。
本例题只要分析静态工作点，下面从输出文
件中查看仿真结果。
在Schematics程序主窗口中选择菜单项
Analysis|Examine Output，或在PSPICE窗口
中选择菜单项File|Examine Output,打开输出文
图1-15
件。这里，例题的文本输出文件test_1.out被打
开，文件主要包括以下几个部分的内容：
1、电路描述信息
（1）分析功能设置信息
（2）所使用的模型库
（3）原理图网表
（4）原理图中元件别名（标名）及元件引脚号与电路节点的关系
2、有源器件模型参数值
3、电路各节点静态电压值及电源（包括信号源）的静态电流和功耗
4、有源器件静态参数值，其中包括静态电流和电压
前3部分内容与分析功能设置无关，第4部分是设置了Bias Point Detail分析功能后
才有的。如果设置了Sensitivity和Transfer Function分析功能，第3部分以后的内容又会有所不同。
五、实验研究与思考
1、按实验各项要求，打印仿真波形和曲线图。
2、讨论电路参数对频率特性的影响。
3、讨论PSPICE的功能和仿真步骤。