共射/共源放大电路的仿真实验

共射/共源放大电路的仿真实验

对于单管放大电路，我们可以通过图解法和等效电路分析法分析电路；也可以分成静态和动态两个方面来分析电路。分析电路涉及到的问，一般包括电路组成、静态工作点稳定、放大电路的性能指标、元件选择等等。下面借助于Multisim14 仿真软件，来研究单管放大电路的特性。

1.共射放大电路的仿真模拟

实验器材：

①BJT 2N3904；

②20kΩ，62kΩ，3kΩ，1kΩ，1.5kΩ的电阻各一个，3kΩ的电阻两个；

③10uF电容两个，50uF电容一个；

④双踪示波器；

⑤电流表一个；

⑥电压表一个；

⑦20mVrms 10kHz正弦交流源一个。

共射放大电路电路图如图1-1所示。

图 1-1

(1)共射放大电路主要性能指标

①静态参数测试：  = 6.643V；BJT集电极电流  ＝ 1.853mA。

②主要性能指标：

示波器图像如图1-1（1）所示，用Channel A（红色）在T1和T2处的读数分别为输入信号的负向和正向峰值，Channel B（蓝色）在T1和T2处的读数分别为输出信号的负向和正向峰值，AuL就是输出信号与输入信号峰值的比值，于是有:

输出电压峰值= 1.897V

输入电压峰值= 19.2075mV

图1-1（1）

AuL = -3.794/38.415 * 1000 ≈ -98.69

(2)输出端电阻（RL）对放大性能的影响

当RL->∞时，即放大电路输出端处于空载状态。测得示波器波形如图1-2(1)。

图1-2(1)

算得：Au ≈ -190.24

由此可得出结论：

可见，当负载电阻RL 与集电极负载电阻Rc 相等时，负载后放大倍数约下降了一半，说明共射放大电路的负载能力不强。这是由于共射放大电路的输出电阻较大造成的。放大电路的负载电阻大小极易影响放大电路的性能。在示波器上还可以看出，输入信号的正向峰值对应输出信号的负向峰值，说明在中频段共射放大电路输入与输出信号的极性相反，相位差为180°。

(3)输入端电阻（Rs）对放大性能的影响

当Rs = 200Ω时，数据如图1-3（1）所示。

图1-3（1）

同理可得：Au‘ =-8.150/45.451*1000 ≈ -179.3

若信号源内阻RS 减小到200Ω，放大电路的输入信号ui 和输出信号uo 的幅度会增大；若RS 增加到10kΩ（图略），ui和uo 的幅度将下降很多，说明共射放大电路对电压信号的获取能力不强。这是由于其输入电阻（也就是rbe）不高造成的。将共射放大电路看成输入端的一个电阻Ri则更容易理解，输入的电阻为Ri对电源Us的分压，Rs越大共射放大电路的输入端分压越小，则放大的性能降低。Rs降低，则Ri共射放大电路电路输入端分压更多，于是也就放大的更多。

(4)频率响应分析

数据如图1-4（1）所示。

图1-4（1）

图1-4（1）为共射放大电路AC Analysis交流小信号分析。对Uo进行扫描分析的结果如下：移动光标测量纵坐标的最大值为68.452，再将T1 和T2 分别向低频和高频方向移动到纵坐标约为0.707 AUM（≈48.3691）处，分别测得下限截止频率为161.8386Hz 和上限截止频率为1.0511 MHz。可见，共射放大电路的上限截止频率不高。应用有局限性。这其实也是阻容耦合放大电路的共同缺点。

(5)共射放大电路温度扫描分析

Q 点温度稳定性分析：图1-5（1）为共基放大电路的温度扫描分析。温度变化范围设置在0℃~ 100℃。对三极管静态集电极电流IC 进行扫描。移动光标T1 到0℃，T2 到100℃位置，从弹出的光标窗口可以读出温度变化100℃时集电极电流的变化量：dX ＝100℃时，dY ＝ 160.4640μA。

图1-5（1）

由此可以看出，由于温度升高而引起的Q点变化几乎可以忽略不计（电流随温度变化率一直在10^(-3)次方数量级）。电阻RB2起到了稳定Q点的作用，使共射放大电路基本不可能因温度变化而发生截止失真或饱和失真。

2.共源放大电路的仿真模拟

实验器材：

①JEFT 2N4858；

②1kΩ电阻一个，3kΩ电阻两个，10MΩ电阻一个，10kΩ电阻一个；

③10uF电容两个；

④双踪示波器；

⑤电流表一个；

⑥电压表三个；

⑦1Vrms 10kHz正弦交流源一个。

仿真电路图如图2-1所示。

图2-1

(1)共源放大电路主要性能指标

①静态参数测试：

UGS1 = -1.978V，UDS1 = 4.089V，

U01 = 0.372V，ID1 = 1.319mA

②主要性能指标：

示波器图像如图2-1（1）所示，用Channel A（红色）在T1和T2处的读数分别为输入信号的负向和正向峰值，Channel B（蓝色）在T1和T2处的读数分别为输出信号的负向和正向峰值，AuL就是输出信号与输入信号峰值的比值，于是有:

输出电压峰值= 0.517V

输入电压峰值= 27.754mV

计算的Au = -18.628

图2-1（1）

通过对比，可以发现共源放大电路的放大倍数比共射要小很多。

(2)输出端电阻（RL）对放大性能的影响

当RL = 10kΩ时，即放大电路输出端开关A闭合。测得示波器波形如图2-2(1)。

图2-2（1）

算出：AuL = -1.033/55.509 * 1000 ≈ -18.610

可以看出，负载电阻的大小对共源放大电路的影响微乎其微。共源放大电路有电压放大能力；输出电压与输入电压的相位相反；输出电阻较高。但共源极放大电路的电压放大能力通常低于共射极放大电路。

(3)输入端电阻（Rs）对放大性能的影响

Rs = 3kΩ时,如图2-3（1）：

图2-3（1）

Rs = 10kΩ时,如图2-3（2）：

图2-3（2）

即使Rs变化了100倍，共源放大电路的放大倍数变化也不大，没有出现像共射放大电路那样近乎放大倍数折半的情况。其实道理非常简单，我们可以拿共射放大电路做类比：Ri的值非常大，Rs <

(4)频率响应分析

图2-4(1)

图2-4（1）为共源放大电路AC Analysis交流小信号分析。对Uo进行扫描分析的结果如下：移动光标测量纵坐标的最大值（即输出电压幅值为39.8m）处，再将T1 和T2 分别向低频和高频方向移动到纵坐标约为0.707 幅值（≈28.1m）处，分别测得下限截止频率为2.96Hz 和上限截止频率为8.541 MHz。可见，共源放大电路的上限截止非常高，同时下限也低。应用比共射放大电路广泛。

(5)共源放大电路温度扫描分析

Q 点温度稳定性分析：图2-5（1）为共源放大电路的温度扫描分析。温度变化范围设置在0℃~ 100℃。对三极管静态集电极电流IC 进行扫描。移动光标T1 到0℃，T2 到100℃位置，从弹出的光标窗口可以读出温度变化100℃时集电极电流的变化量：dX ＝100℃时，dY ＝ 95.8345u A。

图2-5（1）

由此可以看出，由于温度升高而引起的Q点变化几乎可以忽略不计（电流随温度变化率一直在10^(-5)次方数量级）。JEFT本身良好的特性使温度升高时静态工作点几乎不变，使共源放大电路基本不可能因温度变化而发生截止失真或饱和失真。

场效应管共源放大电路的优缺点有：

优点：（1）输入电阻大。用普通三极管做成放大电路，共射电路的输入电阻约几KΩ，（我们一般称之为10^3级），共集电极电路的输入电阻也只能做到几十K欧到一百多K欧（10^5级），而使用结型场效应管（JFET）就可做到输入电阻10^6级，使用MOS管能做到10^8级以上。（2）温度稳定性好，由于场效应管里没有漂移电流，基本不受温度变化的影响。

缺点：（1）放大倍数小，一级放大只能做到几倍（可能不到10倍），（2）输入端由于静电感应容易产生击穿。

小结

场效应管共源极放大电路分别与三极管共射极放大电路相对应，但比三极管放大电路输入电阻高、噪声系数低、电压放大倍数小。共源电路与共射电路均有电压放大作用，而且输出电压与输入电压相位相反。因此，这两种放大电路可统称为反相电压放大器。

场效应管放大电路最突出的优点是，共源电路的输入电阻高于相应的共射电路的输入电阻。此外，场效应管还有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强等优于三极管的特点，而且便于集成。必须指出，由于场效应管的低频跨导一般比较小，所以场效应管的放大能力比三极管差，如共源电路的电压增益往往小于共射电路的电压增益。在实际应用中，我们更多的选择FET管。