三极管特性仿真
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基于Multisim的三极管放大电路仿真分析来源:大比特半导体器件网引言放大电路是构成各种功能模拟电路的基本电路,能实现对模拟信号最基本的处理--放大,因此掌握基本的放大电路的分析对电子电路的学习起着至关重要的作用。
三极管放大电路是含有半导体器件三极管的放大电路,是构成各种实用放大电路的基础电路,是《模拟电子技术》课程中的重点内容。
在课程学习中,一再向学生强调,放大电路放大的对象是动态信号,但放大电路能进行放大的前提是必须设置合适的静态工作点,如果静态工作点不合适,输出的波形将会出现失真,这样的“放大”就毫无意义。
什么样的静态工作点是合适的静态工作点;电路中的参数对静态工作点及动态输出会产生怎样的影响;正常放大的输出波形与失真的输出波形有什么区别;这些问题单靠课堂上的推理及语言描述往往很难让学生有一个直观的认识。
在课堂教学中引入Multisim仿真技术,即时地以图形、数字或曲线的形式来显示那些难以通过语言、文字表达令人理解的现象及复杂的变化过程,有助于学生对电子电路中的各种现象形成直观的认识,加深学生对于电子电路本质的理解,提高课堂教学的效果。
实现在有限的课堂教学中,化简单抽象为具体形象,化枯燥乏味为生动有趣,充分调动学生的学习兴趣和自主性。
1 Multisim 10 简介Multisim 10 是美国国家仪器公司(NI公司)推出的功能强大的电子电路仿真设计软件,其集电路设计和功能测试于一体,为设计者提供了一个功能强大、仪器齐全的虚拟电子工作平台,设计者可以利用大量的虚拟电子元器件和仪器仪表,进行模拟电路、数字电路、单片机和射频电子线路的仿真和调试。
Multisim 10 的主窗口如同一个实际的电子实验台。
屏幕中央区域最大的窗口就是电路工作区,电路工作窗口两边是设计工具栏和仪器仪表栏。
设计工具栏存放着各种电子元器件,仪器仪表栏存放着各种测试仪器仪表,可从中方便地选择所需的各种电子元器件和测试仪器仪表在电路工作区连接成实验电路,并通过“仿真”菜单选择相应的仿真项目得到需要的仿真数据。
建立“学号+姓名”文件夹把仿真的实验分别建立文件夹,仿真的电路和结果放在对应的实验文件夹里面,统一发给学委。
实验2 IV分析仪测试二极管、三极管、MOS管的输入输出特性曲线一、实验目的1、学习Multisim12.0软件的基本使用方法。
学习元器件的选取、放置、电路连接、电路中各元件参数和标号的修改方法。
2、学会使用Multisim12.0中IV分析仪来测试二极管、NPN管、PNP管、NMOS管和PMOS 管的输入输出特性曲线。
二、实验内容1.用仿真软件仿真晶体管输出特性曲线和晶体管输入特性曲线。
测量放大倍数、阈值电压和三个区域的判断等(适当分析)。
二极管、NPN管、PNP管、NMOS管和PMOS管的型号可自由选定。
图1 二极管IV测试图2 IV法测试、NPN管、PNP管、NMOS管和PMOS管电路图三、实验原理下面仍以常见的NPN 三极管共发射极电路来说明半导体三极管的输入特性曲线和输出特性曲线。
测绘半导体三极管特性曲线的电路如图1-1 所示。
图中的电源EC用来供给发射结正向偏庄,而电源EC 则用来供给集电结反向偏压。
EB 和EC 都是可以调整的,以便可以得到从零到所需值的不同电压。
1.输入特性曲线当半导体三极管的集电极与发射极之间的电压VCE 为某一固定值时,基极电压VBE 与基极电流IB 间的关系曲线称为半导体三极管的特性曲线,即)(BE B U f I =常数=CB U如果将V CE 固定在不同电压值条件下.然后在调节EB 的同时测量不同IB 值对应的UBE 值,便可绘出半导体三极管的输入特性曲线。
图1-2 所示为3DG4管子的输入特性曲线。
从输入特性曲线上可以看出,UCE 越大,曲线越往右移,而实际上,当UCE > 1V 后,输入特性曲线彼此靠得很近,因此一般只作一条UCE > I V 的输入特性曲线,就可以代替不同UCE 的输入特性曲线。
图1-1 三极管特性曲线的电路 图1-2 3DG4管子的输入特性曲线2. 输出特性曲线当半导体三极管的基极电流I B 为某一固定值时,集电极电压U CE 与集电极电流I C 之间的关系曲线,称为半导体三极管的输出特性曲线,即)(CE c U f I =常数=B I对应I B 取不同定值时,改变U CE 并测量对应的I C , 则可得到半导体三极管的输出特性曲线组。
刚开始用PSPICE仿真的时候容易遇到的问题刚开始用PSPICE仿真的时候容易遇到的问题刚开始用PSPICE仿真的时候容易遇到的问题真正的压力是自己给的,而不是别人;同样,你得到的成果也完全是你的,谁也拿不去。
——winston1:元件到哪里去找?元件当然是库里,但不是Capturer 的库,而是PSpice的库。
最好的办法是重新建一个PROJEC,T 建的时候选择那个模拟和混合仿真的,然后建一个新的SCH,这时加载元件库的时候加载的是PSPICE的库而不是Capture 的库了。
路径:Capture\Library\pspice。
重新加载库,重新Place元件。
直接从Capture 中直接Copy 过来,是不行的,那些元件都是没有模型的,RUN的时候会在该元件的一个角上出现一个绿色的小圆圈,点击它,会出现这样的错误提示:No PSpiceTemplate for U3, ignoring。
就是没模型。
下面是官方的说法,不动手做一正步还真不好理解:调用的器件必须有PSpice 模型。
首先,调用OrCAD 软件本身提供的模型库,这些库文件存储的路径为Capture\Library\pspice,此路径中的所有器件都有提供PSpice模型,可以直接调用。
其次,若使用自己的器件,必须保证*.olb 、*.lib 两个文件同时存在,而且器件属性中必须包含PSpice Template属性。
2:激励源怎么加?一般是这样,建一个GND,从这里引出一个电流源或者电压源,然后引出一个NET,和原理图上NET响应。
这样做的好处是不破坏原理图,而且看起来方便。
注意:PSPICE和CAPTURE的电源是不一样的,它长得和MULTISIM的差不多,是一个实体,而不是CAPTURE中的逻辑概念。
3:怎么老提示FLOATING PI?NSCH NET中一定要有一个网络地,并且其名称一定要为“ 0”。
如果没有,那么你连的再好,也总提示有N 多引脚悬空。
一、背景资料本次课设选用常用的小功率NPN型三极管2N3904,是应用范围很广的一种常用半导体器件。
主要适用于低频放大电路和电子开关。
下面列出了2N3904三极管的一些参数:结构:NPN引脚:1.射极2.基极3.集电极极限参数特征频率:270MHz,最大直流电流增益h FE:300 。
二、研究任务1.使用模拟电路仿真软件Multisim搭建三极管共射级放大电路。
2.使用虚拟示波器观察放大电路在不同静态工作点时的输出波形。
3.用图表仿真的方法,分析放大器的静态工作点。
并简述放大器直流工作点对放大电路的影响。
三、仿真分析仿真电路如下图。
电路为单管共射级放大电路,R1,R2决定电路的放大倍数;R3,R4,C1决定电路的直流偏置电压。
C3为电路的电源去耦电容,用于滤除可能在电源处引入的噪声。
C2是耦合电容,只允许交流分量通过并输入三极管放大电路。
电源电压为9V,输入为50mV,1KHz的正弦信号。
1.共射级放大电路的静态工作点分析1.1静态工作点当输入信号为零时,放大电路工作在直流工作状态,也称为静态。
当放大电路所选的静态工作点不同时,会出现不同的工作状态。
当选取的静态工作点过低时,会导致电路在输入信号以后出现截止失真。
此时电路的静态工作点为:当选取的静态工作点过高时,会导致电路在输入信号后出现饱和失真。
此时电路的静态工作点为:当选取的静态工作点合适的时候放大电路才能正常的放大输入正弦波信号。
(其中蓝色为输入,红色为输出)此时的静态工作点为:仿真结果分析可以得到:对于共发射极放大电路来说,截止失真波形是输出波形的正半周失真,导致失真的原因是Q点设置过低,使得输入信号的负半周部分没有被正常放大;饱和失真波形是输出波形的负半周失真,导致失真的原因是Q点设置过高,使得输入信号的正半周部分没有被正常放大。
四、总结研究放大电路的静态工作点对于使用好放大电路具有重要意义。
只有确定好放大电路的静态工作点才能保证电路工作正常。
三极管输入输出特性姓名:班级:学号:指导老师:1.实验背景输入特性曲线(共射极)i=f(v BE) v CE=const.B(1)当v CE=0V时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。
(2)当v CE≥1V时,v CB= v CE - v BE>0,集电结已进入反偏状态,开始收集电子,基区复合减少,同样的v BE下i B减小,特性曲线右移。
图1输出特性曲线(共射极)iC=f(vCE) iB=const.饱和区:vCE很小,iC iB,三极管如同工作于短接状态,一般vCE vBE,此管压降称为饱和压降。
此时,发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小。
截止区:iB=0,iC= iCEO0,三极管如同工作于断开状态,此时, vBE小于死区电压。
放大区: vBE >Vth,vCE反电压大于饱和压降,此时,发射结正偏,集电结反偏。
图22.实验目标1.掌握不同连接时的三极管的伏安特性曲线2.掌握利用PSpice A/D仿真功能中提供直流扫描分析(DC Sweep)以及参数分析(Parametric Analysis)3.实验方法1> 电路图中的参数用花括号括起,如下图中的{VCE}等2> 图中的PARAMETERS: place→part→add library后,添加special.olb3> 双击PARAMETERS:出现property editor,选择New column, name 中写入相应的参数名,例如下图中的VCE,初始值VCE=0V,IB=10uA,IE=1mA4> 仿真过程,需要先进行DC Sweep 设定,然后options中选择parametric sweep, 在sweep varaible栏中选择GLOBAL PARAMETER,在parameter name中将相应的参数名写入。
在sweep type栏中分别写入参数的变化,包括该参数的初始值、终值以及增量值。
题目:对静态工作点的温度特性分析
电路如图所示,BJT为NPN型硅管,型号为2N3904,放大倍数为50,电路其他元件参数如图所示。
(1)求Q点。
(2)作温度特性分析。
观察温度在-30℃~+70℃范围内变化时,BJT的集电极电流Ic的变化范围?
步骤如下:
1. 绘制原理图如上图所示
2. 修改三极管的放大倍数Bf。
选中三极管→单击Edit→Model→Edit Instance Model,
在Model Ediror中修改放大倍数Bf=50。
题目要求“观察当温度在-30℃~+70℃范围内变化时,BJT的集电极电流Ic的变化范围”,所以加电流观测标识测量Ic,设置直流扫描分析,扫描变量设置为温度。
3. 加电流观测标识。
4.设置分析类型
选择Analysis→set up→DC Sweep,参数设置如下:
5. Analysis→Simulate,调用Pspice A/D对电路进行仿真计算。
6.在probe下观测仿真结果
选择Tools→Cursor→Display ,用游标测量曲线上的点。
问题:
1. 静态工作点Q (I C、I B、V CE)分别为多少?如何测量?
2. 当温度为-30℃和+70℃时,集电极电流Ic分别是多少?Ic的变化量是多少?这说明
了什么?
3. 分析该电路稳定静态工作点的原理?
4. 若将电源vs改为正弦源VSIN,是否能够得到同样的结果?VSIN为什么可用于直流扫
描分析?。
三极管静态工作点 multisim三极管是一种常用的电子元件,广泛应用于电子电路中。
在电子电路设计中,三极管的静态工作点非常重要,它决定了三极管的电流和电压的稳定性,从而影响整个电路的性能。
静态工作点是指三极管在没有输入信号时的工作状态。
为了确保三极管在合适的工作范围内,我们需要确定一个适当的静态工作点。
在确定静态工作点时,需要考虑三极管的参数和电路的要求。
我们需要确定三极管的直流参数,包括基极电压(VBE)、发射极电流(IE)和集电极电流(IC)。
这些参数可以通过三极管的规格书或数据手册获得。
接下来,我们需要确定三极管的静态工作点,即基极电流(IB)和集电极电压(VCE)。
确定静态工作点的一种常用方法是通过静态负载电阻。
静态负载电阻是通过集电极和电源之间连接的电阻,用于控制三极管的集电极电流。
通过调整静态负载电阻的大小,可以改变三极管的静态工作点。
另一种常用的方法是使用偏置电流源。
偏置电流源是专门设计用于确定三极管的静态工作点的电路。
它能够提供一个稳定的电流,使得三极管的静态工作点在一定的范围内保持稳定。
确定了三极管的静态工作点后,我们可以进一步分析电路的性能。
静态工作点的选择会直接影响到电路的增益、线性度和稳定性。
如果静态工作点选择不当,可能会导致电路的性能下降,甚至出现失效现象。
在实际应用中,我们可以通过Multisim软件进行三极管静态工作点的仿真。
Multisim是一款常用的电子电路仿真软件,能够帮助我们快速准确地分析电路的性能。
通过Multisim软件,我们可以根据三极管的规格书输入相应的参数,并设置适当的电路连接。
然后,我们可以通过仿真功能观察三极管的静态工作点,并分析其电流和电压的稳定性。
通过Multisim软件的仿真结果,我们可以对三极管的静态工作点进行评估和调整。
如果发现静态工作点偏离了理想值,我们可以通过调整电路连接或参数来重新确定静态工作点,以达到电路设计的要求。
三极管的静态工作点是电子电路设计中非常重要的一个方面。
三极管特性仿真模电实验报告模拟电路实验报告实验题目:三极管特性仿真一、实验目的:1.了解三极管的基本结构和特性;2. 学习使用Proteus软件进行电路仿真;3.通过实验了解三极管的放大特性。
二、实验原理:三极管是一种常用的电子元件,常用于放大电路、开关电路等。
它的结构包括发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。
根据发射极和集电极之间的电流增益(β)的不同,三极管可以分为NPN型和PNP型两种。
三极管的基本工作原理是:当基极-发射极之间的电压(Vbe)大于其中一阈值时,发射极与基极之间会出现电流,就是基极电流(Ib),这时集电极与基极之间也会产生一定的电流,即集电极电流(Ic)。
通过调整电路中的元件参数,可以实现对三极管的工作状态进行控制。
四、实验器材:1.三极管(任意型号);2.胶板;3.电阻、电容、电感等基本元件;4.示波器;5. 模拟电路仿真软件Proteus。
五、实验过程:1.按照实验电路图组装电路,连接示波器和电源;2.调整电源电压,保持在合适的范围内,避免对元件产生损坏;3.打开示波器,观察输出波形;4.测量各个参数,并记录数据;5.更改电路中的元件参数,再次观察和测量,对比实验结果。
六、实验结果:通过调整电路中的元件参数,我们可以观察到不同的实验结果。
例如,当改变电源电压时,输出波形的幅值和频率会有明显的变化。
另外,在一些情况下,我们还可以观察到三极管的饱和和截止状态。
七、实验分析:1.实验过程中,我们可以通过观察输出波形来判断电路的工作状态。
当输入信号较小的时候,输出信号也相对较小,说明三极管处于放大状态。
当输入信号较大的时候,输出信号可能出现失真,这时三极管已经达到了饱和状态。
2.通过实验数据的对比,我们可以分析不同元件参数对输出波形的影响。
例如,改变电阻的阻值对放大倍数和频率都会产生影响,从而改变输出波形的形状和幅值。
八、实验总结:通过本次实验,我们进一步了解了三极管的基本结构和特性,掌握了使用Proteus软件进行电路仿真的方法。
三极管集电极-基极负反馈电路微变模型、放大倍数计算、rbb、rbe、re参数和PROTEL仿真wxleasyland@2014.10一、问题的提出这个电路是某信号发生器上的,用于100KHZ~10MHZ信号的放大。
放大电路是集电极-基极负反馈:PROTEL画电路图时已经把电容都加大了,以消除仿真时电容的影响。
三极管在仿真时采用2N2222A,实际是9018三极管,β(即BF)约为87~90。
实测9018电路的放大倍数只有8倍左右,负载RL大约是500Ω以上。
而在PROTEL用2N2222模拟时,放大倍数居然有50倍(在负载电阻RL=500Ω时)!差别巨大,9018是没有问题的,换新的也是一样。
电路中的所有电阻都测过了,没问题,所有电容都换新的了。
所以电路是没问题的,而放大倍数就是只有8倍左右。
所以需要建模计算电路的放大倍数,来分析是什么导致了二者放大倍数相差这么多。
二、微变模型计算放大倍数建立微变参数等效模型如下:推导过程:Ic+If+Io=0-Ic=Io+IfIc=βIb-βIb=Io+If=Vo/Rc+(Vo-Vi)/Rf=Vo/Rc+Vo/Rf-Vi/Rf=Vo/(Rc//Rf)-Vi/Rf故 Vo =(Vi/Rf-βIb)*(Rc//Rf)又 Vi =Ib*rbe得:电压放大倍数A=Vo/Vi=(1/Rf-β/rbe)*(Rc//Rf)其中:rbe=rbb'+(1+β)*rb'e=rbb'+(1+β)*26/Ieq(mA),书上说的rbb'是三极管基极体电阻。
rb'e是b、e极的PN结交流电组。
re是发射极体电阻,很小,忽略。
三、电路参数分析计算上面的电路,采用2N2222A进行仿真,频率100KHZ。
Rc=430//500=231ΩRc//Rf=231//330=136ΩPROTEL仿真得出静态工作点Ieq=11.79mA,β(即BF值)限定在89,则(1+β)*26/Ieq(mA)=198Ω。