基于Multisim的模拟电路仿真与实现.doc

1、目 录1 绪论511选题意义512研究现状513 Multisim发展简介614 EDA在发达国家的应用状况715 软件简介716论文主要工作82 基本放大电路仿真处理单元921本章引言92.2二极管放大电路研究92.2.1二极管理论分析102.2.2 二极管特性电路软件仿真122.2.3本节总结132.3三极管放大电路研究142.4基本放大电路的频率响应282.5本章小结343 两种常见的放大电路仿真处理单元3531本章引言353.2集成运算放大电路研究353.3反馈放大电路研究443.4本章小结53结论54参考文献55致谢56摘 要Multisim是一种功能比较强大的电子电路仿真软件，利用

2、Multisim软件可以使设计与仿真同步，一边设计一边实践，修改调试也比较方便；仿真实验中又不消耗实际的元器件和损伤测试仪器，试验成本极低，试验速度极快；仿真试验成功的电路可以直接在产品中使用。首先利用该软件验证了几个典型的单元电路，包括基本放大电路、基本放大电路的频率响应、集成运算放大电路、反馈放大电路；其中重点研究了基本放大电路：先进行理论推导，再测试出其通频带，用软件画出其幅频特性曲线，再给出原理电路图，然后制作出实际电路板，进行实际测量。得出的结论与仿真结果基本一致，仅存在很小的误差，最后就实际与仿真的微小误差给出简单的解释。总结了Multisim软件值得在电路研究、设计中推广。关键词

3、： Multisim；仿真实验；电路设计：电路分析ABSTRACTThis paper mainly validates the powerful function of Multisim softwareMultisim is a multifunctional electronic simulated circuit softwarewhich can design and simulate at the same timeThe modification of the circuits is very convenientBy Multisim simulation，cost of ex

4、periments can be reduced since no real devices are wasted during the testMoreover，SO the rate of experiments is very fastThe Success of circuit simulation Can be directly used in the productWe firstly test several typical cell circuits by using Multisim，including basic amplifier circuit，the frequenc

5、y response of basic amplifier circuit，Integrated Operational Amplifier circuit，in which basic amplifier circuit is the main pointBased on theoretical calculation，the typical Multi-channel negative feedback two step low pass filter segment is simulatedThen we test the passband and draw the amplitude

6、response using the softwareFurthermore，schemat is drew，and according to the PCB we designed and test the performance of the boardThe conclusion of the real experiment is mostly consistent with the simulation and there is only tiny difference between themThe simple explanation of the difference is al

7、so referred in this paperFinally，we make some simulation on several simple circuits commonly used in daily lifeAnd an actual circuit board about responder based on 5 1 mcu is introduced in this paper as a production of the Multisim simulation softwareThe difference between simulation and experiment

8、is discussed again to show MultisimS widely useAll of our work proves that Multisim simulation software is worthy of being used in circuits research and designKey words：Multisim；simulation experiments；circuit design；circuit analysis 1 绪论11选题意义Multisim是一种功能非常强大的电子电路仿真软件，该软件可以对电路直流工作点分析，交流特性分析、傅立叶分析、暂

9、态分析、失真度分析、噪声分析、直流扫描、参数扫描、灵敏度分析、温度扫描、传输函数分析、零极点分析、最坏情况分析；既可以对模拟、数字、模拟数字混合电路、射频电路进行仿真；又能对部分微机接口电路进行仿真，克服了实验室条件下对传统电子设计工作的限制。为用户提供了一个良好的集成化的虚拟设计实验环境，从建立电路到仿真分析和结果输出在集成界面都可以完成，仿真的手段完全切合实际，选用的元器件和测量仪器与实际情况十分接近；并且界面可视、直观。绘制电路图所需的元器件、仪器、仪表以图标形式出现，选取十分方便，还可自己扩充元件库。对电路中的元器件设置故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，针对不同故障观察电路的各种状

10、态进行仿真，从而加深对电路原理的理解。利用Multisim软件设计可以使设计与实验同步，一边设计一边实验，修改调试方便；仿真实验中又不消耗实际的元器件和测试仪器，实验成本低廉，实验速度快速；仿真实验成功的电路又可以直接在产品中使用，缩短了开发应用的周期。结合Multisim软件能达到搭建电路，仿真分析，使设计与实验同步，边设计边仿真，修改调试方便；仿真实验中不消耗实际的元器件和测试仪器，实验成本低，实验速度快，从而一窍不通事半功倍的效果。12研究现状随着计算机技术和电子技术的发展，电子产品已与计算机技术密不可分，紧紧相连；随着电子产品日益智能化，电路的集成度的越来越高，使新技术新产品的更新周期

11、越来越短。应运而生电子设计自动化(EDA)技术，从而使电路研发人员能用在计算机来完成电路功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至电路板的计算机自动化设计应运而生。EDA是”electronic design automation”的缩写，译成中文名为电子设计自动化。它是在20世纪90年代初从计算机辅助设计英文缩写为(CAD)、计算机辅助制造英文缩写为(CAM)、计算机辅助测试英文缩写为(CAT)和计算机辅助工程英文缩写为(CAE)的概念发展而产生的。EDA技术就是主要依赖计算机作为硬件平台，以大规模可编程逻辑器件及集成电路作为设计载体，设计者在EDA软件平台上，使用以描述硬件电路的功能，信号

12、连接关系及定时关系的语言即硬件描述语言来完成文件设计，然后经由计算机自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、优化、布局布线、以及逻辑优化和仿真测试等，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等等工作，从而形成集成电子系统或专用集成芯片的一门独特技术。自从EDA技术的出现，它完全适应了现代电子产品的设计要求，并形成了吸收多学科新成果而形成的一门专用技术。它促进现代电子产品以前所未有的发展速度，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向发展。EDA的现状和发展EDA技术所涉及的内容较多，也比较广泛，但可大体分为以下四个方面的内容：第一方面是大规模可编程逻辑器件；第二方面是硬件

13、描述语言：第三方面是软件开发工具；第四方面是实验开发系统。现在EDA的应用范围相当广泛，涉及机械、航空航天、通讯、电子、化工、矿产、生物、医学、军事等等各个领域都有广泛使用。但本文主要针对电路试验的设计及仿真进行研究。Multisim软件是EDA家族中极其重要的一员。Multisim是加拿大图像交互技术公司(Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于模拟数字电路板的设计工作。不仅包含了电路原理图的图形输入、还包括电路硬件描述语言输入方式，具有极其丰富的仿真分析能力。可以使用Multisim软件交互式地搭建电路原理图

14、，并对电路行为进行模拟仿真。Multisim主要是提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的电路设计，这也使Multisim更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程，从而缩短研发周期，降低开发成本。13 Multisim发展简介从开始的加拿大EWB(Electrical Workbench)到EWB40、EWB50、EWB60、2001、Multisim 7、Multisim 8、Multisim 9、Multisim 10。目前在各高校

15、教学中普遍使用Multisim2001，网上最为普遍的是Multisim 9，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NIMultisim v 10作为其中一个组成部分包含于其中。14 EDA在发达国家的应用状况EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写，该技术已经在电子设计领域得到十分广泛应用。发达国家目前不存在电子产品的手工设计。利用Multisim一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、机内结构、单片机程序、FPGA的构建及仿真、热稳定分析、外观界面、电磁兼容性分析在内的物理设计，最后到PCB钻孔图、自动贴片、

16、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部都能在计算机上完成。该技术借助计算机存储量大、运行速度快的优点，可对要设计的方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的最主要技术手段。美国NI公司(美国国家仪器公司)的Multisim 9软件就是这方面十分好的一个设计工具。而且Multisim 9计算机仿真与虚拟仪器技术(LABvIEw 8)(也是美国NI公司的)可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一个老大难问题。使用者可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的结合再现出来。并且可以用虚拟

17、仪器技术创造出真正属于自己的电子仪表。极大地提高了使用者的设计热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习的良好效果。这些好处及优点在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教师的教学也是一个很好的提高和促进。实现了“理论教学一计算机仿真一实验环节相统一，。15 软件简介该软件通过直观的电路图捕捉环境，能比较轻松设计电路，也能通过交互方式SPICE仿真，迅速知道电路行为，也可以借助高级电路分析，理解基本设计特点，同时通过一个工具链，无缝地进行集成电路设计和虚拟测试，通过改进、整合设计流程，减少建模错误并缩短上市的时间。NI Multisim软件很好的结合了

18、直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计与验证。凭借NI Multisim，可以立即创建具有完整组件库的电路原理图，然后利用工业标准SPICE模拟器模仿电路进行行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，可以在设计流程中提早对电路设计进行迅速的验证，从而缩短建模循环周期。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够具有模拟数据的实现建模测量功能。Multisim是Interactive Image Technologies(Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，主

19、要适用于板级的模拟数字电路板的设计工作。它不仅包含了电路原理图的图形输入与电路硬件描述语言输入方式，还具有极其丰富的仿真分析能力。为适应不同的场合应用，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。16论文主要工作1、绪论部分主要论述了选题意义、研究现状、进行了Multisim软件简单介绍：主要说明软件特点，软件功能介绍及论文主要工作。2、基本放大电路仿真处理单元(1) 二极管特性电路研究(2) 三极管放大电路研究(3) 基本放大电路的频率响应3、两种常见的放大电路仿真处理单元(1) 集成运算放大电路研究(2) 集成运算放大电路研究4、得出软件在研究中的作用第2章基本放大电路

20、仿真处理单元21本章引言作为各种电路的基础，主要包括基本放大电路，负反馈电路，功率放大电路，波形发生电路，差动放大电路等基本电路组成。其中基本放大电路尤为重要，它在各种电路中都以原型或简单变形出现，是最基本的、最原理性的电路；因此在这里着重的用软件分析了在基本放大电路中最基本的共射极放大电路，不但分析了静态特性，同时也分析了动态特性；既进行了软件分析又进行了实际测量与公式估算。之后进行了负反馈放大电路的分析，功率放大分析及波形发生电路；在分析的过程中主要用实际测试数据与软件仿真数据进行对比，说明了软件在中频段电路进行设计与分析的可行性。2.2二极管放大电路研究二极管是一种具有单向导电的二端器件

21、，如图2.1所示。二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。图2.1 半导体二极管符号2.2.1二极管理论分析半导体器件是构成各种电子电路的基础。而这些半导体器件主要是利用各种的半导体材料制成的，例如硅和锗等。半导体的导电性能是由其原子结构决定的。以硅为例，它的原子序数是14，在硅原子中共有14个电子围绕原子核旋转，最外层的轨道上有4个电子，同城成为价电子。在其晶体中，原子在空间排列成规则的晶格。其中每个原子最外层的价电子，不仅受到自身原子核的束缚，同时也受相邻原子核的吸引，两个人相邻的

22、原子共有一对价电子，这一对家电子组成所谓的共价键。纯净的半导体中掺入某种特定的杂质。就成为杂志半导体，例如N型半导体，P型半导体等。由于掺入了特定的杂质，会在半导体内部形成带正电的空穴或带负电的自由电子；一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而负离子是固定不动的。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P

23、型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，这种接法称为正向接法或正向偏执，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，这种接法称为反向接法或反向偏置，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流

24、过。在一定温度下，当外加的反向电压超过一定值（大约零点几伏）后，反向电流将不再随反向电压而增大，所以又称为反向饱和电流。综上所述，当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中的反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。可见PN结具有单向导电性。PN结加反向电压时，空间电荷区变宽， 区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。PN结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变。二极管的特性可用其伏安

25、特性去西安来描述，如图2.2所示。特性曲线包括两部分：正向特性和反向特性。正向特性：图2.2的右半部分示出了二极管的正向特性。由图可见，当正向电压比较小时，正向电流几乎等于零。只有当正向电压超过一定值时，正向电流才开始快速增长。正向特性上的这一数值通常称为死区电压。死区电压的大小与二极管的材料以及温度等因素有关。一般硅二极管的死区电压是0.5V左右，锗二极管为0.1V左右。反向特性：图2.2的左半部分为二极管的反向特性。由图可见，二极管加上反向电压时，反向电流的值很小。而且在一定范围内，反向电流并不随反向电压而增大，故成为反向饱和电流，用符号I表示。图2.2 二极管的伏安特性如果反向电压继续升

26、高，当超过U时反向电流将急剧增大，这种现象称为击穿，U称为反向击穿电压。二极管击穿之后，将不再具有单向导电性。但是，发生击穿并不意味着二极管被损坏。实际上，当反向击穿是，只要注意反向电流的数值，不使其过大，以免因过热而烧坏二极管，则当反向电压降低时，二极管的性能可能恢复正常。根据半导体物理的原理，可以得到如下PN结伏安特性的表达式，此式通常称为二极管方程，即 I=I(e-1) (2.1)式中的I为反向饱和电流，U是温度的电压当量，在常温（300K）下，U26mV。由二极管方程可见，如果给二极管加上一个反向电压，即UU，则I-I。若二极管加上正向电压，即U0，而且UU，则上式中e1，可得IIe，

27、说明电流I与电压U基本上呈为指数关系。2.2.2 二极管特性电路软件仿真在Multisim中构建二极管电路如图2.3所示，图中D1是虚拟二极管输入端加入最大值为4V，频率为1kHz的正弦波电压，接入一台虚拟滤波器，虚拟滤波器的A端接二极管电路的输入端，B端接电路的输出端。 图2.3 二极管仿真电路及波形图电路仿真之后，由示波器观察输入、输出波形，发现输入为一双向正弦波，输出为单方向的脉动电压，可见二极管具有单向导电性。2.2.3本节总结二极管是电子电路中最普通最常见的元器件，也是最基础的元器件，对它的研究是对其它电路研究的基础。2.3三极管放大电路研究双极结型三极管又称为双极型三极管、半导体三

28、极管或晶体管，简称三极管。它们常常是组成各种电子电路的核心器件。2.3.1三极管理论分析 我们日常用的三极管分别两类NPN型和PNP型，无论是NPN型或PNP型三极管，内部均包含三个区：发射区、基区和集电区，并相应地引出三个电极：发射极(e)、基极(b)和集电极(c)，同时，在三个区的两两交界处，形成两个PN结,分别称为发射结和几点结，如图2.4所示。图2.4 三极管的结构示意图和符号从三极管内部制造工艺来看，主要有两个特点。第一，发射区高掺杂，即发射区中多数载流子的浓度很高。第二，基区很薄，而且掺杂浓度比较低。从外部条件来看，外加电源的极性应使发射结正向偏置，集电结反向偏置。图2.5载流子传

29、输过程三极管内部载流子的运动如图2.5所示发射区向基区注入电子。由于发射结正偏，则E区自由电子（多子）扩散（注入）到B区形成电流I，同时B区空穴也注入到E区形成电流I。由于是N+P，I I。注入的电子在基区边扩散边复合。由E区注入到B区自由电子小部分在B区和空穴复合形成I，大部分继续扩散到集电结边沿。集电区收集扩散来的电子和集电结两边少子的漂移。集电结加的是较大的反向电压，在该反向电压作用下，扩散到集电结边沿的自由电子全部被拉到集电极，形成电流I。同时，在该电压作用下，B区的少子自由电子和C区的少子空穴分别漂移到对方形成电流I和I。它们的和就为集电结反向饱和电流I。几个电流关系： I= I+

30、I (主要是I） (2.2)I = I + I- I (主要是I ） (2.3)I= I+ I (主要是I ) (2.4)I + I= I + I - I+ I+ I= I + I= I (2.5)2.3.2 三极管的特性曲线现在用三极管的输入、输出特性曲线，来全面地描述三极管各极电流和电压之间的关系。主要介绍NPN三极管的共射特性曲线。 逐点测试三极管共射输入、输出特性曲线的电路如图2.6所示。 图2.6 三极管共射特性曲线测试电路 一、输人特性 当不变时，输入回路中的电流与电压之间的关系曲线称为输入特性，可用以下表达式来表示： I=f（U） (2.6) 先来研究=0时的输入特性曲线。由图2

31、.7(a)可见，当U=0时，从三极管的输入回路看，基极和发射极之间相当于两个PN结发射结和集电结)并联，如图2.7(b)所示。所以，当b、e之间加上正向电压时，三极管的输入特性应为两个二极管并联后的正向伏安特性，见图2.8中左边一条特性。 图2.7 U=0时三极管的输入回路 当0时，这个电压的极性将有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。如果，则三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管处于放大状态。此时发射区发射的电子只有一小部分在基区与空穴复合，成为，大部分将集电极收集，成为。所以，与=0时相比，在同样的之下，基极电流将大大减小，结果输入特性将右移，见图2.8中右边一条特性。 当继

32、续增大时，严格地说，输入特性应继续右移。但是，当大于某一数值(例如1V )以后，在一定的之下，集电极的反向偏置电压已足以将注入基区的电子基本上都收集到集电极，即使再增大，也不会减小很多。因此，大于某一数值以后，不同的各条输入特性十分密集，几乎重叠在起，所以，常常用大丁1V时的一条输入特性(例如2V)来代表更高的情况。 在实际的放大电路中，三极管的一般都大于零，因而大于1V时的输入特性更有实用意义。 图2.8 三极管的输入特性二、输出特性 当I不变时，输出回路中的电流与电压之间的关系曲线称为输出特性，其表达式为 =f（） (2.7) NPN三极管的输出特性曲线见图2.9。在输出特性曲线上可以划分

33、为三个区域：截止区、放大区和饱和区。下面分别进行介绍。 图2.9 三极管的输出特性 1. 截止区 一般将的区域称为截止区，在图中为0的一条曲线以下的部分，此时也近似为零。由于管子的各极电流都基本上等于零，所以三极管处于截止状想，没有放大作用。 其实当=0时，集电极回路的电流并不真正为零，而是有一个较小的穿透电流。一般硅三极管的穿透电流较小，通常小于1A，所以在输出持性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流较大，约为几十几百微安。可以认为当发射结反向偏置时，发射区不再向基区注入电子，则三极管处于截止状态。所以，在截止区，三极管的发射结和集电结部处于反向偏置状态。对于NPN三极管来说，此时0，0。

34、 2放大区 在放大区内，各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平的直线，表示当一定时，的值基本上不随而变化。而当基极电流有一个微小的变化量时，相应的集电极电流将产生较大的变化最I，比I放大倍，即 I=I (2.8) 这个表达式体现了三极管的电流放大作用。 在放大区，三极管的发时结正向偏置，集电结反向偏置。对于NPN三极管来说，0，而0。3.饱和区 图2.9中靠近纵坐标的附近，各条输出特性曲线的上升部分属于三极管的饱和区，见图中纵坐标附近虚线以左的部分。在这个区域，不同值的各条特性曲线几乎重叠在起，十分密集。也就是说，当较小时，管子的集电极电流基本上不随基极电流而变化，这种现象称为饱和。在饱和区，三

35、极管失去了放大作用，此时不能用放大区中的来描述和的关系。 一般认为，当=，即0时，三极管达到临界饱和状态。当0，0。 以上介绍了三极管的输入特性和输出特性。管子的特性曲线和参数是根据需要选用三极管的主要依据。各种型号三极管的特性曲线可从半导体器件手册查得。如欲测试某个管子的特性曲线，除了逐点测试以外，还可利用专用的晶体管特性图示仪，它能够在荧光屏上完整地显示三极管的特性曲线族。2.3.3 三极管的主要参数一、三极管的电流放大系数是表征管子放大作用大小的参数。综合前面的讨论，有以下几个参数： 1. 共射电流放大系数 体现共射接法时三极管的电流放大作用。所谓共射接法指输入回路和输出回路的公共端是发

36、射极，见图2.10(a)。 的定义为集电极电流与基极电流的变化量之比，即I/I (2.9)(a)共射接法 (b)共基接法 图2.10 三极管的电流放大关系 2. 共射直流电流放大系数 当忽略穿透电流时，近似等于集电极电流与基极电流的直流量之比，即 I/I (2.10)3共基电流放大系数 体现共基接法时三极管的电流放大作用。共基接法指输入回路和输出回路的公共端为基极，如图2.10(b)所示。的定义是集电极电流与发射极电流的变化量之比，即 I/I (2.11)4共基直流电流放大系数 当忽略反向饱和电流时，近似等于集电极电流与发射极电流的直流量之比，即 I/I (2.12)通过前面的分析已经知道，和

37、这两个参数不是独立的，而是互有联系，二者之间存在以下关系： =/(1+)或=/(1-) (2.13) 二、反向饱和电流 1集电极和基极之间的反向饱和电流 表示当发射极e开路时，集电极c和基极b之间的反向电流。测量的电路见图2.11(a)。一般小功率锗三极管的约为几微安几十微安。硅三极管的要小得多，有的可以达到纳安数量级。 2集电极和发射极之间的穿透电流 表示当基极b开路时，集电极c和发射极e之间的电流。测量的电路见图2.11(b)。 (a) (b) 图2.11 反向饱和电流的测量电路由式(2.10)可知，上述两个反向电流之间存在以下关系： =(1+) (2.14) 因此，如果三极管的值愈大，则

38、该管的也愈大。 因为和都是由少数载流子的运动形成的，所以对温度非常敏感。当温度升高时，和都将急剧地增大。实际工作中选用三极管时，要求三极管的反向饱和电流和穿透电流尽可能小一些，这两个反向电流的值愈小，表明三极管的质量愈高。 三、极限参数 三极管的极限参数是指使用时不得超过的限度，以保证三极管的安全或保证三极管参数的变化不超过规定的允许值。主要有以下几项： 1. 集电极最大允许电流 当集电极电流过大时，三极管的值就要减小。当I= I时，管子的值下降到额定值的三分之二。 2集电极最大允许耗散功率 当三极管工作时，管子两端的压降为，集电极流过的电流力，因此损耗的功率为。集电极消耗的电能将转化为热能使

39、管子的温度升离。如果温度过高，将使三极管的性能恶化甚至被破坏，所以集电极损耗有一定的限制。在三极管的输出特性上，将与的乘积等于规定的值的各点连接起来，可以得到一条双曲线，如图2.12中的虚线所示。双曲线下方的区域中，满足的关系，是安全的。而在双曲线的右上方，即三极管的功率损耗超过了允许的最大值，属于过损耗区。 3极间反向击穿电压 表示外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压，如果超过这个限度，则管子的反向电流急剧增大，甚至可能被击穿而损坏。极间反向击穿电压主要有以下几项： 。基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。 。发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。 根据给定的极限参数、和

40、，可以在三极管的输出特性曲线上画出管子的安全工作区，如图2.12所示。 图2.12 三极管的安全工作区2.3.4三极管放大电路软件仿真测试双极结型三极管的电流放大作用如图2.13所示，三极管的基极回路接入一个电流源，集电极电压U=10V保持不变。改变基极电流的数值，并从虚拟仪表上测得相应的集电极电流i,可得如下数据：i/A01020304050i/A1.776500.9331002150120012501图2.13 双极性三极管仿真电路由上表可知，当i由20A增值30A（i=10A）时，相应的i由1002A增至1501A（i=499A），i将近等于i的50倍，说明三极管具有放大作用。单管共射放

41、大电路仿真在Multisim中构建单管共射放大电路如图2.14所示，电路中的三极管的=50，r=300有图可测得静态工作点I=40.19A， I=2.007mA， U=5.979V。其测量值与计算值存在微小误差。I= (2.15)II (2.16)U=V- IR (2.17)图2.14中的单管共射放大电路仿真后，从虚拟滤波器中观察到u和u的波形，蓝色为u波形，红色为u波形。由图可见u的波形没有明显失真，而且 u和u的波形相位相反。 （a）仿真电路（b）u、u波形图2.14 单管共射放大电路分压式工作点稳定电路在Multisim中构建分压式工作点稳定电路如图2.15所示，电路中的三极管的=50，

42、r=300图2.15分压式工作点稳定电路如上例所示在电路中测得U=2.873V、U=7.934V、U=2.101V、I=67.946A、I=2.033mA。换上一个=60的三极管后又测得U=2.933V、U=7.732V、U=2.170V、I=35.527A、I=2.170mA。由此可见，当增大时分压式工作点稳定电路的U、U、U、I均基本不变，I约减小为原来的一半。共集电极放大电路在Multisim中构建共集电极放大电路如图2.16所示，电路中的三极管的=50，r=300。运用虚拟电表进行测量U=5.26469V，U=4.53011V，并用虚拟示波器观察到输入输出波形如图2.16所示。可见输入

43、输出同向且共集电极放大电路具有电压放大作用。图2.16共集电极放大电路共基电极放大电路在Multisim中构建共基电极放大电路如图2.17所示，电路中的三极管的=50，r=300。运用虚拟电表进行测量且同股经过如下计算：U=U-U=0.73883 V (2.18)U=U-U=4.97308V (2.19)I=1.00385mA (2.20)I=0.98416mA (2.21)I=I- I=19.69A （2.22）并用虚拟示波器观察到输入输出波形如图2.17所示。可见输入输出同向且共集电极放大电路具有电压放大作用。图2.17 共基极放大电路2.3.5本节总结在电子电路中，放大电路具有广泛应用，

44、而三极管是放大电路的基础，三极管放大电路更是基础中的基础，是必须掌握的内容。 2.4基本放大电路的频率响应 由于放大元件本身具有极间电容，此外，放大电路中有时存在电抗性元件，所以，当放大电路输入不同频率的正弦波信号是，电路的放大倍数将有所不同，而成为频率函数。这种函数关系称为放大电路的频率响应。2.4.1基本放大电路的频率响应理论分析由于放大电路中存在电抗元件（如管子的极间电容，电路的负载电容、分布电容、耦合电容、射极旁路电容等），当信号频率较高或较低时，不但放大倍数会变小，而且会产生超前或滞后的相移，使得放大电路对不同频率信号分量的放大倍数和相移都不同。放大电路的频率响应可由放大器的放大倍数对频率的关系来描述，即 (2.23)式中A(f)称为幅频特性，它是放大倍数的幅值与频率的函数式。(f)称为相频特性，它是放大倍数的相位角与频率的函数式。两种特性综合起来可全面表征放大倍数的频率响应。图2.18 放大电路的幅频响应由图2.18可见，在一个较宽的频率范围内，曲线是平坦的，即放大倍数不随信号频率变化，其电压放大倍数用A表示，在此频率范围内，所有电容（耦合电容、旁路电容和器件的极间电容等）的影响可以忽略不计。当频率降低时，耦合电容和旁路电容的影响不可忽略，致使放大倍数下降。当频率升高时，器件的极间电容的影响不