分壓式偏置共發(fā)射極放大電路的仿真教學(xué)研究

摘 要：應(yīng)用Multisim仿真軟件，對分壓式偏置共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定性和動態(tài)性能進(jìn)行測試分析。對比了固定式和分壓式偏置共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點受溫度的影響情況，讓學(xué)生對分壓式偏置放大電路特點和功能有了更深入的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：Multisim;電路仿真;靜態(tài)工作點;放大電路

1 引言

《電子技術(shù)》是我校相關(guān)專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有重要支撐作用。該課程具有原理抽象、內(nèi)容繁雜、工程性和實踐性強(qiáng)等特點，進(jìn)行特定分析計算時，往往采用工程的觀點進(jìn)行估算，給教學(xué)雙方都帶來了一定困難。隨著計算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，各類電路仿真軟件也相繼涌現(xiàn)，Multisim就是其中優(yōu)秀的一款仿真軟件，它具有形象直觀的人機(jī)交互界面，能仿真出真實電路的結(jié)果。將其應(yīng)用電子技術(shù)教學(xué)中，可使學(xué)生形象直觀地看到電路工作的過程，加深對電路的理解。分壓式偏置共射極放大電路是電子技術(shù)中一種典型電路，具有可穩(wěn)定靜態(tài)工作點、放大能力強(qiáng)、輸出電壓與輸入電壓反相等特點。本文將根據(jù)該電路的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合Multisim仿真教學(xué)演示的方式進(jìn)行探討研究。

2 靜態(tài)工作點穩(wěn)定原理

分壓式偏置電路是在固定偏置式放大電路的基礎(chǔ)上改進(jìn)得來的，從電路的組成來看，一是將前面討論的基本放大電路中的基極偏置電阻Rb分成上偏置電阻Rb1和下偏置電阻Rb2兩部分;二是在三極管的發(fā)射極電路中串接了電阻Re和旁路電容Ce。在I2?IBQ和UBQ?UBEQ的條件下，UBQ與三極管的參數(shù)無關(guān)，僅由電源電壓和Rb1、Rb2的分壓電路決定;UBEQ可忽略掉，UEQ與UBQ近似相等。如果溫度T升高，ICQ增大，IEQ也增大，于是Re上的電壓降UEQ=IEQRe也增大。因為UBQ基本上是不變的，可知UBEQ減小，從而導(dǎo)致IBQ也減小。由ICQ≈βIBQ可知道，ICQ也減小，使工作點恢復(fù)到原來設(shè)定的位置。如果溫度降低，則上述自動調(diào)節(jié)過程相反。

3 溫度掃描分析

在仿真軟件中，搭接固定偏置式放大電路和分壓式偏置放大電路的直流通路，均選用相同的三極管2N2923。通過Multisim中的溫度掃描分析功能對這兩類電路的靜態(tài)工作點進(jìn)行對比分析，溫度掃描分析結(jié)果如圖1和圖2所示，讓學(xué)生直觀地看到電路受溫度的影響程度的大小，加速對所學(xué)知識的掌握并增強(qiáng)了認(rèn)同感。

在電路中，由于UCE與IC具有相關(guān)性，即UCE為電源電壓減去集電極和發(fā)射極電阻壓降（等于IC與其阻值相乘），故可選擇靜態(tài)工作點中的一個參數(shù)UCE進(jìn)行測量分析。仿真軟件中，三極管的默認(rèn)設(shè)定工作溫度為27℃，在此溫度下，測得分壓式偏置放大電路的UCE為8.668V，而固定偏置放大電路的UCE為8.576V，二者相差無幾。通過溫度掃描參數(shù)設(shè)置為從0℃到50℃變化，步進(jìn)值選擇10℃模擬電，可得到如圖所示的掃描結(jié)果。縱軸表示的為UCE（單位：V），不同顏色的線從上至下表示的分別是電路處于0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃時的UCE的掃描數(shù)值。從圖中對比分析，可看出分壓式偏置放大電路的UCE在溫度變化時更加穩(wěn)定，起到了穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。

在測量出UCE的數(shù)值后，通過分析可得出IC的具體數(shù)值，表1列出了溫度分別在0℃和50℃時，兩類電路的靜態(tài)工作點UCE和IC的相應(yīng)數(shù)值。學(xué)生通過表1的具體對比，也可看出固定式偏置放大電路受溫度變化影響顯著，而分壓式偏置放大電路的靜態(tài)工作點更加穩(wěn)定，受溫度影響小。同時，通過仿真也解決了學(xué)生對靜態(tài)工作點穩(wěn)定原理中的變化過程中（溫度T↑→ICQ↑→IEQ↑→UEQ↑→IBQ↓→ICQ↓），ICQ究竟是增大還是減小的疑惑，認(rèn)識到溫度升高是主要因素，IC會略有增加，但幅度不會太大。

4 電路放大作用仿真

分壓式偏置放大電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定性好，并對交流信號也具有較強(qiáng)的放大作用，與固定式偏置放大電路相似。為使學(xué)生直觀地看到這一現(xiàn)象，利用Multisim仿真軟件對電路進(jìn)行虛擬仿真，可利用軟件中的雙蹤示波器直接觀察輸出與輸入電壓波形，測試結(jié)果如圖3所示。通過引導(dǎo)學(xué)生觀察仿真波形，可快速總結(jié)出：1）輸入與輸出電壓頻率相同，相位相反;2）當(dāng)輸入電壓的峰值為10mV時，輸出電壓峰值為1V左右，放大約100倍。通過改變輸入信號大小、RC和RL等參數(shù)，并觀察測試結(jié)果，可得到分壓式偏置共發(fā)射極放大電路同固定偏置共發(fā)射極放大電路具有相似的信號放大功能的結(jié)論。

5 結(jié)語

通過將Multisim軟件仿真引入到分壓式偏置放大電路授課過程中，使學(xué)生觀察到兩類電路靜態(tài)工作點的工作情況和分壓式偏置放大電路的放大性能，有效地解決了教學(xué)中的難點問題，加深了學(xué)生對電路的感性認(rèn)識，引起了對所觀察現(xiàn)象的思考，激發(fā)了學(xué)生探究電子電路的興趣。

參考文獻(xiàn)

[1]梁洪潔.電子技術(shù)基礎(chǔ)項目教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015

[2]鐘俊.基于Multisim的RC橋式振蕩電路分析[J].輕工科技，2019.

作者簡介

賈哲（1980-），男，火箭軍士官學(xué)校，教師。