单管放大电路的分析（Multisim仿真）
单管放大电路的分析（Multisim仿真）
本文将详细介绍单管放大电路的分析和Multisim仿真过程。从原理图绘制开始，逐步讲解电路的搭建、仿真结果的分析以及电路改进的原理和方法。
绘制原理图
在工作区加入NPN型晶体管
图 1 NPN晶体管
基极电阻R1为50kΩ，集极电阻R2为5 kΩ，直流电源12V，并将电阻与晶体管连接起来。修改晶体管的BF（放大倍数）为100和VJC（等效电阻）为0.75；
加入输入信号V1为10mV，频率为2kHz；由于电容对直流量的容抗无穷大，所以信号源与放大电路、放大电路与负载之间没有直流量通过，所以在输入信号和基极、输出信号和集电极之间加入电容，使输入信号几乎无损失的加在放大管的基极和发射极之间。
加入两个示波器，一个用于观察输出波形的情况，另一个观察集电极电阻R2上的电压波形。
图 6阻容耦合原理图
仿真与分析
仿真结果如下图所：
图 7 共射放大电路输出回路的仿真结果
由图7可知，输出波形产生了底部失真，集电极电阻R2上的波形产生了顶部失真。当Q点过高时，虽然基极动态电流为不失真的正弦波，但是由于输入信号正半周靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，导致集电极电流产生顶部失真，集电极电阻的波形产生同样的失真，导致输出波形产生底部失真，如图8所示。为了消除失真，就要适当降低Q点。为此，可以增大基极电阻R1以减小基极静态电流IBQ，从而减小集电极静态电流ICQ，也可以减小集电极R2以改变负载线斜率，从而增大管压降UCEQ。
图 8 输出回路的波形分析通过增大基极电阻R1降低Q点，要想使静态工作点稳定，需要将UCEQ的值设置在放大区的中间位置，先假设一个UCEQ的值，用下面的公式估算出R1的值。
当UCEQ的值为2V时，计算得Ib=20uA,Ic=2mA,R1=562.5kΩ，仿真数据如下：
图 9仿真数据
仿真波形如下：
图 10 消除失真的仿真结果
我们可以观察到波形失真已经消除了，而且计算值与仿真值接近。动态分析
图 11 图6所示电路的交流等效电路
若rbe=100Ω时，放大倍数Au=-βRc/reb=-500,输入电阻Ri=Rb//rbe≈100Ω，输出电阻Ro=Rc=5K。
原理图改进
改进原理如下：从之前的分析可以看出，静态工作点决定了电路是否会失真。实际上，电源电压的波动、元件的老化以及温度变化所引起晶体管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时电路甚至无法工作。在引起Q点不稳定的诸多因素中，温度对晶体管参数的影响是最为重要的。如下图所示：
图 12晶体管在不同温度下的输出特性曲线当环境温度升高时，晶体管的电流放大倍数β增大，穿透电流ICEO增大，这一切集中表现为集电极电流ICQ明显增大，共射电路中晶体管的管压降UCEQ将减小，Q点沿直流负载线上移到Q'，向饱和区变化，而要想使之回到原来位置，必须减小基极电流IBQ；
当环境温度降低时，晶体管的电流放大倍数β减小，穿透电流ICEO减小，这一切集中表现为集电极电流ICQ明显减小，共射电路中晶体管的管压降UCEQ将增大，Q点沿直流负载线下移到Q'，向放大区变化，而要想使之回到原来位置，必须减小基极电流IBQ；
由此可见，所谓稳定Q点，通常是指在环境温度变化时静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变，即Q点在晶体管输出特性坐标平面中的位置基本不变，而且，必须依靠IBQ的变化来抵消ICQ和UCEQ的变化。可将上述过程简写为：
通常引入直流负反馈或温度补偿的方法使IBQ在温度变化时产生与ICQ相反的变化。设计原理图：在图5的基础上加入Rb1和发射极电阻Re，并加上一个旁路电容Ce，就构成了静态工作点稳定电路。
图 13静态工作点稳定电路静态工作点估算：Rb1和Re的取值需使得静态工作点处于放大区，即UCEQ尽量处于放大区中间；由以下公式可大致估算出当UCEQ约为5V时，Rb1约为250K，Re约为3.5K。
当Rb1和Re固定后，对图13进行静态分析，由公式可计算出UBQ≈3.7V，IEQ≈842uA，UCEQ=4.84V。画原理图并进行仿真；原理图
图 14静态工作点稳定原理图
仿真结果：
图 15静态工作点稳定仿真结果
由仿真结果可以得到，输出信号没有失真。动态分析
图 16 图14的交流等效电路
根据以下公式
在图16中RL为∞，若rbe=1K,计算出放大倍数Au=-500,由于Ri和Ro远大于rbe，故输入电阻Ri≈1K，输出电阻Ro=Rc=5K。