兩級阻容耦合放大電路連接方式的理論研究和仿真驗證

摘要：探討了兩級阻容耦合放大電路在不同連接方式下的性能特征。通過理論計算和Multisim仿真，分析了信號經分壓偏置放大電路后再經射極輸出器輸出與信號經射極輸出器后再經分壓偏置放大電路輸出兩種情況下的電壓放大倍數、輸入輸出電阻等參數。結果顯示：輸出接射極輸出器時，放大電路具有較強的帶負載能力和穩定的放大倍數；輸入接射極輸出器時，帶負載能力較弱。

關鍵詞：放大電路" 分壓偏置" 射極輸出器" 理論分析" 仿真驗證

Research and Simulation of a Two-Stage RCC Amplifier Circuit

BAO Shuanglin

Yunnan Tin Vocational and Technical College， Gejiu， Yunnan Province， 661000 China

Abstract： This article investigates the performance characteristics of a two-stage esistance-capacitance coupling （RCC） amplifier circuit under different connection configurations. Through theoretical calculations and Multisim simulations， it analyzes parameters such as the voltage amplification factor， input-output resistance， and other parameters for two scenarios： when the signal is amplified by a voltage divider bias amplifier circuit and then output through an emitter output device， and when the signal is amplified by a voltage divider bias amplifier circuit and then output through an emitter output device and then output through a voltage divider bias amplifier circuit. The results show that when the output is connected to the emitter output device， the amplifier circuit has strong load carrying capacity and stable amplification factor; When the input is connected to the emitter output device， the load capacity is weak.

Key Words： Amplifier circuit; Voltage divider Bias; Emitter follower; Theoretical analysis; Simulation verification

放大電路是一種電子電路，其主要功能是將輸入信號（如電壓或電流）放大到所需的輸出水平。放大電路通常由幾種基本元件組成，包括三極管、運放（操作放大器）、電阻、電容等。由一個三極管組成的基本放大電路，其電壓放大倍數一般為幾十到數百倍。在實際工作中，這樣的放大倍數往往是不夠的，為此，常需要把若干個基本放大電路串聯起來，組成多級放大器。

1 兩級阻容耦合放大電路

兩級放大電路由分壓偏置放大電路和射極輸出器構成。分壓偏置放大電路是一種常見的放大電路，該電路通常由一個分壓網絡和一個共射放大器組成[1]。射極輸出器是另一種常見的放大電路，其主要特點是輸入信號通過基極輸入，輸出信號從射極輸出[2]。

放大電路的電壓增益由電路中的元件值和工作點決定。本文搭建阻容耦合兩級放大電路模型，對不同連接方式下的理論計算和仿真驗證。情況1：信號經分壓偏置放大電路放大后，再經射極輸出器輸出[3]；情況2：信號經射極輸出器后，再經分壓偏置放大電路輸出[4]。分別分析兩種情況下第一級電壓放大倍數、第二級電壓放大倍數、兩級總的電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻。

分壓偏置放大電路中，采用NPN型三極管，型號為2N3904，有關電路參數做以下設置：設靜態時[5]；三極管的電流放大倍數為，這里取；，，，，，，，。射極輸出器中，參數做以下設置：設靜態時[5]；采用NPN型三極管，型號為2N3904，三極管的電流放大倍數為，取；，，。

1.1 信號經分壓偏置電路后經射極輸出器

圖1為信號經分壓偏置放大電路后再經射極輸出器輸出電路。

1.1.1 理論計算

如圖1所示：在分壓偏置放大電路中，/（+）=3.72 V，=/=（-）/=1.2 ，=/=0.02 ，=300 +26 /=1.6 ，第一級放大電路的輸出電阻；在射極輸出器中，=（-）/[+（1+）]=12.6 ，=300+26 /=2.36 。第一級放大電路的輸出負載為第二級放大電路的輸入電阻，即==//[+（1+）（//）]=182.75 ，則第一級放大電路的電壓放大倍數=-（//）/=-182.63，第二級放大電路的電壓放大倍數=（1+）（//）/[+（1+）（//）]=0.99，兩級放大電路總的電壓放大倍數==-180.8。兩級放大電路的輸入電阻=////=1.5 ，兩級總的輸出電壓對信號源的電壓放大倍數=/=/（+）=-12.6，兩級放大電路的輸出電阻=//{[+（//）]/（1+）}=72 。

1.1.2 仿真驗證

在Multisim仿真軟件中搭建如圖1所示電路，利用仿真軟件驗證放大電路的、、值和各個元件的工作狀態。

（1）在S開關置于上端接通時，萬用表XMM4測出輸出電壓，萬用表XMM2測出輸入電壓，根據下列公式計算出電壓放大倍數=/=-103.227/0.6=-172，結果略小于理論計算值。

（2）同理，經過測量計算得到兩級總的輸出電壓對信號源的電壓放大倍數=/=-103.227 /10 =-10.3，結果約等于理論計算值。

（3）同理，萬用表XMM2測出輸入電壓，萬用表XMM1測出輸入電流，根據下列公式，計算輸入電阻=/=607.947/0.47=1.3 ，結果約等于理論計算值。

（4）在S開關置于下端接通時，且將V1電壓源電壓置0，萬用表XMM4測出電壓，萬用表XMM3測出電流，根據下列公式計算出輸出電阻=10/118.1=84 ，結果約等于理論計算值。

通過理論計算和仿真得到放大倍數與負載的大小有關，負載越大，放大倍數越大。當負載時，經過仿真計算得到=/=-89.89 /0.6 =-149.8=87.1%，即放大倍數下降到原來的87.1%。

1.2 信號經射極輸出器后經分壓偏置電路

圖2為信號經經射極輸出器后再經分壓偏置放大電路輸出電路。

1.2.1 理論計算

電路如圖2所示，射極輸出器、分壓偏置放大電路中的參數設置同上，射極輸出器的負載為分壓偏置電路的輸入電阻，==////=1.5 ，第一級放大電路的放大倍數=（1+）（//）/[+（1+）（//）]=0.98，第二級放大電路的放大倍數=-（//）/=-93.75，兩級放大電路總的電壓放大倍數==-91.88。兩級放大電路的輸入電阻==//[+（1+）（//）]=100.2 ，兩級放大電路的輸出電阻為=5 ，兩級總的輸出電壓對信號源的電壓放大倍數=/=/（+）=-76.59。

1.2.2 仿真驗證

在Multisim仿真軟件中搭建如圖2所示電路，利用仿真軟件驗證放大電路的、、值和各個元件的工作狀態。

（1）在S開關置于上端接通時，萬用表XMM4測出輸出電壓，萬用表XMM2測出輸入電壓，通過下列公式計算出電壓放大倍數=/=-688.694/7.887=-87.3，結果約等于理論計算值。

（2）同理，經過測量計算得兩級總的輸出電壓對信號源的電壓放大倍數=/=-688.694/10=-68.9，結果約等于理論計算值。

（3）同理，萬用表XMM2測出輸入電壓，萬用表XMM1測出輸入電流，通過下列公式計算出輸入電阻=/=7.887/0.1=79 ，結果小于理論計算值。

（4）在S開關置于下端接通時，且將V1電壓源電壓置0，萬用表XMM4測出電壓，萬用表XMM3測出電流，根據下列公式計算出輸出電阻=10/2.1=4.7 ，結果約等于理論計算值。

通過理論計算和仿真得到放大倍數與負載的大小有關，負載越大，放大倍數越大。當負載時，經過仿真計算得到=/=-128.332 /7.887 =-16.3=18.7%，即放大倍數下降到原來的18.7%。

2 結果與討論

2.1 放大倍數和輸入輸出電阻

經過對兩級阻容耦合放大電路的理論計算和仿真，得到如表1所示的相關參數。從表1中看到，Multisim仿真結果與理論計算結果基本一致。射極輸出器作為輸出，整個電路的放大倍數比射極輸出器作為輸入提高近1倍；但射極輸出器作為輸入，整個電路的放大倍數會大幅度提高。兩級放大電路的輸入電阻即為第一級放大電路的輸入電阻，兩級放大電路的輸出電阻即為第二級放大電路的輸出電阻。

2.2 帶負載能力

經過兩級阻容耦合放大電路的理論計算和仿真，得到如表2所示帶不同負載時的電壓放大倍數。輸出接射極輸出器時，當負載從減小到，電壓放大倍數減小到原來的87.10%；輸入接射極輸出器時，當負載從減小到，電壓放大倍數減小到原來的18.70%。由此得到：放大電路輸出接射極輸出器，帶負載能力較強；輸入接射極輸出器，帶負載能力較弱。

3 結語

放大電路輸入電阻影響電路對外部信號源的接收能力，其值應足夠大，以減少信號源的負載效應；輸出電阻決定了電路對負載的驅動能力，較小的輸出電阻有助于提高電路的帶負載能力和輸出穩定性。輸出接射極輸出器時，輸出電阻較小，帶負載能力較強，即使負載變化較大時，電壓放大倍數仍能保持相對穩定，且可以提高放大倍數。相反，輸入接射極輸出器時，電路的帶負載能力較弱，負載變化會顯著影響電路的放大性能。輸入接射極輸出器并不能提高放大倍數，但有利于信號源的電壓放大。

參考文獻

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].6版.北京：高等教育出版社，2023.

[2] 董小瓊.基于對比法的場效應管教學方法的探索[J].科技視界，2020（18）：139-140.

[3] 梁麗.基于EDA技術的電子線路設計的改革與實踐[J].實驗技術與管理，2020，37（2）：100-103，116.

[4] 關興彩，王強，蒙萱.基于理論計算和Multisim仿真的多級放大電路分析[J].大學物理實驗，2020，33（1）：75-81.

[5] 張輝波，王平.阻容耦合共射放大電路的仿真設計[J].應用科技，2021，48（2）：19-22.