多级放大电路Multisim

一、功能
利用两个共发射极放大电路构成的两级阻容耦合放大电路实现对输入电压的放大功能。

二、性能指标
电路的主要性能有电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、同频带BW
三、电路图
四、原理分析及理论计算
㈠原理分析：
将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端称为阻容耦合方式，上图所示为两级阻容耦合放大电路且两级均为共射放大电路。

由于电容对直流量的阻抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路各不相通，各级的静态工作点相互独立，在求解或实际调试Q点时可按单级处理，所以电路的分析与设计和调试简单易行。

而且，只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号就可以几乎没有衰减的传递到后级输入端，因此在分立件电路中阻容耦合方式得到非常广泛的应用。

由于前后两级电路静态工作点相互独立，接下来将对典型单级阻容耦合放大电路进行分析，对第一级：
1、第一级是典型的阻容耦合共射级放大电路，它采用的是分压式电流负反馈偏置电路。

放大器的静态工作点Q主要由Rb1、Rb
2、Re、Rc及电源电压所决定。

该电路利用电阻Rb1、Rb2的分压定基级电位Vbq，如果满足条件I1>>Ibq，当温度升高时，Ic q↑→Ve q↑→Vb e ↓→Ib q↓→Ic q↓,结果抑制了Ic q的变化，从而获得稳定的静态工作点。

2、基本关系式
只有当I1>>Ibq时，才能保证Vbq恒定。

这是稳定点工作的必要条件，一般取
I1=（5~10）Ib q（硅管），I1=（10~20）Ib q（锗管），负反馈越强，电路的稳定性越好。

所以要求Vbq>> Vb e，即Vbq=（5~10）Vb e，一般取Vbq=（5~10）V（硅管），Vbq=（5~10）V（锗管）
电路的静态工作点由下列关系式确定R e≈(Vbq- Vb e)/ Ic q= Ve q/ Ic q，对于小信号放大器，一般Ic q=0.5mA到2mA，Veq=(0.2～0.5)Vcc
Rb2=Vbq/ I1==【Vbq/（5~10）Ic q】β
Rb1≈[（Vcc-Vbq）/Vbq]×Rb2
Vceq≈Vcc- Ic q(Re+Rc)
3、主要性能指标及测试方法
①电压放大倍数
Av=V o/Vi=-βRl’/rbe 式中Rl’=Rc//Rl ，rbe为晶体管内阻，即
Rbe=rb+(1+β)26mV/{Ieq}. mA，测量放大倍数实际是测量放大器的输入电压与输出电压的值。

在波形不失真情况下如果测出Vi（有效值）或Vim(峰值)与Vo（有效值）或V om(峰值),则Av=Vo/Vi=V om/Vim
②输入电压
Ri=rbe//Rb1//Rb2 放大器的输入电阻反应了放大器本身消耗输入信号源功率的大小。

若Ri>>Rs(信号源内阻)，则放大器从信号源获取较大电压；若Ri<<Rs，则放大器从信号获取较大电流；若Ri= =Rs，则放大器从信号获取较大功率
③输出电压
Ro=ro//R c≈R c 放大器的输出电阻反应了带负载能力，Ro越小，带负载能力越强
④频率特性和通频带
放大器的频率特性包括幅频特性和相频特性，影响放大器频率特性的主要因素是电路中存在的各种电容元件。

同频带BW=fh-fl, fh表示上限频率和下线频率，其主要影响因素是晶体管的结电容和电路的分布电容限制，fl表示下线频率，主要受耦合电容和旁路电容影响。

对于本实验中的多级放大电路，要注意到对于放大倍数来说，多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，而输入电阻即是第一级的输入电阻，输出电阻是最后一集的输出电阻，且在计算电压放大倍数时应将后级的输入电阻作为前级的输出负载进行计算。

二、理论计算
对第一级：
静态工作点分析：
Vbq=Vcc×Rb1/(Rb2+Rb1)=20×(40/40+600)=1.25v
Ieq=(Vbq-Vbeq)/Re=(1.25-0.7)/1000=0.55 mA≈Icq
Vceq≈Vcc- Ic q(Re+Rc)=20-0.55×5.5=16.975
Ibq= Ieq/(1+β)=0.55/1+296.5=0.001849
Rbe=rb+(1+β)26mV/{Ieq}. mA=150+296.5×26mV/0.55 mA=14k欧
对第二级：
静态工作点分析：
Vbq=Vcc×Rb1/(Rb2+Rb1)=20×(20/300+20)=1.25v
Ieq=(Vbq-Vbeq)/Re=(1.25-0.7)/1000=0.55 mA≈Icq
Vceq≈Vcc- Ic q(Re+Rc)=20-0.55×5.5=16.975
Rbe=rb+(1+β)26mV/{Ieq}. mA=150+296.5×26mV/0.55 mA=14k欧R1o=R2i= rbe//Rb1//Rb2=14//300//20=8k欧
所以有Av1=V o/Vi=-βRl’/rbe=-296×（8//4.5）/14=18.8
Av2=Vo/Vi=-βRl’/rbe=-296×（4.5//10）/14=19.7
Av= Av1×Av2=374.9
五、仿真分析
⑴直流工作点分析：
由分析可知，对直流输入情况由于电容存在使9、2节点电压为0,
⑵交流分析
交流分析主要体现固定节点的幅频特性和相频特性，图示为单级和多级放大电路的交流分析图
⑶瞬态分析
⑷傅里叶分析
⑸噪声分析
⑹灵敏度分析
⑺参数扫描分析
将R8阻值分别设定为200000, 3.00001e+006, 60000, 70000, 80000欧，观察对输出即节点九
的影响，由上图知R8对最终输出几乎没有影响
改变直流电压的电压值的参数扫描分析
由下图知直流电压越大，相应放大倍数也会增大但当输入电压太大时，在输出处会有一个暂时的大的阶跃电压，可能会对电路内的器件击穿或是损坏，所以电压值应选择适当。

改变源电阻R1从100000欧到1000000阻的阻值观察对输出电压影响
由结果知当R1是100k欧时，电压幅度相对较小，而当从200k到1000k时，电压幅度影响会很小
⑻温度扫描分析
当温度从0～100度变化时，最终输出波形不会受较大影响，所以证明此电路两级静态工作点设置比较好，不易受温度影响
⑼零极点分析
电路增益分析，也就是输出电压/输入电压分析，分析结果如下所示
电路互阻抗分析，也就是输出电压/输入电流，分析结果如下图
输入阻抗分析
输出阻抗分析
对于零极点来说，一个系统工作稳定的虫咬条件就是所有的极点都位于坐标的作伴平面，就此结果而言，所有知的实部均是负值，所以满足稳定工作的条件
⑽传递函数分析
六、结论
（1）Multisim是基于电子计算机的功能强大的电路仿真软件，具有界面直观，操作方便，原件种类丰富的特点，通过对电路的各种分析，可以直观的了解电路存在的问题，及时对电路进行调节
（2）Rb增大时，Ic q减小，Vceq增大，|Au|减小。

在变化输入电压观察输出变化的电路图中，若rbb’<<(1+β)Ut/Ieq,则电压放大倍数Av=Vo/Vi=-βRl’/rbe=-βRl’/ rb+(1+β)26mV/{Ieq}≈- Ic q ×Rl’/ Ut,表明放大倍数几乎与晶体管无关，而与电路中电阻值和温度有关，且与Ic q成正比，因此，调节电阻Rb以改变Ic q是改变阻容耦合共射放大电路放大倍数的有效方法，而利用换管子以增大β的方法，对Av影响是不明显的。

（3）虽然阻容耦合方式可以达到较好的放大效果，但是通常在信号频率较高，输出频率很大等特殊情况下才采用此种方式。

最初设计时给定的交流输入电压频率较小，结果瞬态分析如下所示
所以为了有效增加放大倍数，遂增大了输入电压的频率
（4）由上边交流分析可知多级放大电路虽然可以达到很好的放大效果，提高总的电压增益，但是通频带变窄了，级数越多频带越窄
（5）通过本次试验尤其是参数扫描分析可以对某个器件设定不同值，然后根据显示结果对电路进行优化，如怎样设置合适的静态工作点等
七、参考文献
《模拟电子技术基础》第四版清华大学童诗白、华成英主编
《电子技术与仿真——基于Multisim8与Pprotel2004》清华大学出版社杨欣、王玉凤、刘湘黔主编
《基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析》电子工业出版社黄智伟主编
《电子线路设计实验测试》清华科技大学出版社第二版谢自美主编
《模拟电子设计》北京理工大学出版社陈娇英黄飞主编
《基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析》
电子电路计算机仿真设计
与分析
作业一：多级放大电路
学院：电子信息工程
年级：2009级
专业：自动化
任课老师：张泽
学号：00924026
姓名：武娟。