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。

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1-1单极共射极放大器

（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。

图1-2

图1-3

（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。

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。）

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

图1-4

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。

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。

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。

图1-7

图1-6

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（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。

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1-9

图1-8

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。）

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。）

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

图1-11

图1-12

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

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 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“□”。

图1-14 图 1-13

（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

图1-15

Analysis|Examine Output，或在PSPICE窗口

中选择菜单项File|Examine Output,打开输出文件。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。