分壓式偏置共發射極放大電路的仿真教學研究

摘 要：應用Multisim仿真軟件，對分壓式偏置共發射極放大電路的靜態工作點穩定性和動態性能進行測試分析。對比了固定式和分壓式偏置共發射極放大電路的靜態工作點受溫度的影響情況，讓學生對分壓式偏置放大電路特點和功能有了更深入的認識。

關鍵詞：Multisim;電路仿真;靜態工作點;放大電路

1 引言

《電子技術》是我校相關專業的一門必修專業基礎課程，對后續專業課程的學習具有重要支撐作用。該課程具有原理抽象、內容繁雜、工程性和實踐性強等特點，進行特定分析計算時，往往采用工程的觀點進行估算，給教學雙方都帶來了一定困難。隨著計算機仿真技術的發展，各類電路仿真軟件也相繼涌現，Multisim就是其中優秀的一款仿真軟件，它具有形象直觀的人機交互界面，能仿真出真實電路的結果。將其應用電子技術教學中，可使學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中一種典型電路，具有可穩定靜態工作點、放大能力強、輸出電壓與輸入電壓反相等特點。本文將根據該電路的教學內容，結合Multisim仿真教學演示的方式進行探討研究。

2 靜態工作點穩定原理

分壓式偏置電路是在固定偏置式放大電路的基礎上改進得來的，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與三極管的參數無關，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，從而導致IBQ也減小。由ICQ≈βIBQ可知道，ICQ也減小，使工作點恢復到原來設定的位置。如果溫度降低，則上述自動調節過程相反。

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工作點進行對比分析，溫度掃描分析結果如圖1和圖2所示，讓學生直觀地看到電路受溫度的影響程度的大小，加速對所學知識的掌握并增強了認同感。

在電路中，由于UCE與IC具有相關性，即UCE為電源電壓減去集電極和發射極電阻壓降（等于IC與其阻值相乘），故可選擇靜態工作點中的一個參數UCE進行測量分析。仿真軟件中，三極管的默認設定工作溫度為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。通過溫度掃描參數設置為從0℃到50℃變化，步進值選擇10℃模擬電，可得到如圖所示的掃描結果。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定，起到了穩定靜態工作點的作用。

在測量出UCE的數值后，通過分析可得出IC的具體數值，表1列出了溫度分別在0℃和50℃時，兩類電路的靜態工作點UCE和IC的相應數值。學生通過表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工作點更加穩定，受溫度影響小。同時，通過仿真也解決了學生對靜態工作點穩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工作點穩定性好，并對交流信號也具有較強的放大作用，與固定式偏置放大電路相似。為使學生直觀地看到這一現象，利用Multisim仿真軟件對電路進行虛擬仿真，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，測試結果如圖3所示。通過引導學生觀察仿真波形，可快速總結出：1）輸入與輸出電壓頻率相同，相位相反;2）當輸入電壓的峰值為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，并觀察測試結果，可得到分壓式偏置共發射極放大電路同固定偏置共發射極放大電路具有相似的信號放大功能的結論。

5 結語

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，使學生觀察到兩類電路靜態工作點的工作情況和分壓式偏置放大電路的放大性能，有效地解決了教學中的難點問題，加深了學生對電路的感性認識，引起了對所觀察現象的思考，激發了學生探究電子電路的興趣。

參考文獻

[1]梁洪潔.電子技術基礎項目教程[M].北京：機械工業出版社，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，火箭軍士官學校，教師。