单管放大电路CAA课程设计说明书.doc

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1、武汉理工大学电路CAA课程设计说明书目录摘要1 理论分析11.1 软件选择-PSpice简介11.1.1 PSPICE的起源与发展11.1.2 PSPICE仿真软件的优越性11.1.3 PSPICE的组成31.2 软件使用Pspice电路图制作方法31.2.1 新建Schematics31.2.2 放置电压源31.2.3 放置三极管41.2.4移动元件旁边的文字41.2.5 放置其它元件51.2.6连接元件51.2.7 移动元件51.2.8 删除元件51.2.9 修改元件的属性51.3 原理分析61.3.1 电路原理图61.3.2 半导体三极管的放大作用61.3.3 静态工作点分析71.3.4

2、交流扫描分析72 程序运行及其结果82.1 制作原理图82.2 静态工作点82.3 交流扫描93 图表分析124 总结13心得体会15参考文献161 理论分析1.1 软件选择-PSpice简介1.1.1 PSPICE的起源与发展用于模拟电路仿真的SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTR AN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。SPICE的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。1985年，加

3、州大学伯克利分校用C语言对SPICE软件进行了改写， 并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软件，在SPICE的基础上做了大量实用化工作，从而使SPICE成为最为流行的电子电路仿真软件。PSPICE采用自由格式语言的5.0版本自80年代以来在我国得到广泛应用，并且从6.0版本开始引入图形界面。1998年著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与Microsim公司正 式合并，自此Microsim公司的PSPICE产品正式并入ORCAD公司的商业EDA系统中。不久之后，ORCAD公司已正式推出了ORCAD PS

4、PICE Release 10.5，与传统的SPICE软件相比，PSPICE 10.5在三大方面实现了重大变革：首先，在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行，而且能够对数字电路、数/模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果。PSPICE软件的使用已经非常流行。在大学里，它是工科类学生必会的分析与设计电路工具；在公司里，它是产品从设计、实验到定型过程中不可缺少的设计工具。1.1.2 PSPICE仿真软件的优越性P

5、SPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。这些特点使得PSPICE受到广大电子设计工作者、科研人员和高校师生的热烈欢迎，国内许多高校已将其列入电子类本科生和硕士生的辅修课程。电路设计软件有很多，它们各有特色。如Protel和Tango，它对单层/双层电路板的原理图及PC

6、B图的开发设计很适合，而对于布线复杂，元件较多的四层及六层板来说ORCAD更有优势。但在电路系统仿真方面，PSPICE可以说独具特色，是其他软件无法比拟的，它是一个多功能的电路模拟试验平台，PSPICE软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。(1)图形界面友好，易学易用，操作简单由Dos版本的PSPICE到Windows版本的PSPICE，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。PSPICE 60以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉Windows操作系统就很容易学，利用鼠标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周

7、期。即使没有参考书，用户只要具备一定的英语基础就可以通过实际操作很快掌握该软件。(2)实用性强，仿真效果好在PSPICE中，对元件参数的修改很容易，它只需存一次盘、创建一次连接表，就可以实现一个复杂电路的仿真。如果用Protel等软件进行参数修改仿真，则过程十分繁琐。在改变一个参数时，哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接，设置其他参数更为复杂。(3)功能强大，集成度高在PSPICE内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等 ，用户只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察到其“电压（或电流）-时间图”。而且该软件还集成了诸多数学运算

8、，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算，这些都是其他软件所无法比拟的。另外，用户还可以对仿真结果窗口进行编辑，如添加窗口、修改坐标、叠加图形等 ，还具有保存和打印图形的功能，这些功能都给用户提供了制作所需图形的一种快捷、简便的方法。因此，Windows版本的PSPICE更优于Dos版本的PSPICE，它不但可以输入原理图方式，而且也可以输入文本方式。无疑是广大电子电路设计师的好帮手。1.1.3 PSPICE的组成PSPICE是计算机辅助分析设计中的电路模拟软件。它主要用于所设计的电路硬件实现之前，先对电路进行模拟分析，就如同对所

9、设计的电路用各种仪器进行组装、调试和测试一样，这些工作完全由计算机来完成。用户根据要求来设置不同的参数，计算机就像扫描仪一样，分析电路的频率响应，像示波器一样，测试电路的瞬态响应，还可以对电路进行交直流分析、噪声分析、Monte Carlo统计分析、最坏情况分析等，使用户的设计达到最优效果。以往一个新产品的研制过程需要经过工程估算，试验板搭试、调整，印刷板排版与制作，装配与调试，性能测试，测试指标不合格，再从调整开始循环，直至指标合格为止。这样往往需要反复实验和修改。而仿真技术可将“实验”与“修改”合二为一。为确定元件参数提供了科学的依据。它的优点主要有：(1)为电路设计人员节省了大量的时间。

10、(2)节省了各种仪器设备。(3)生产产品一致性好、可靠性高。(4)产品的更新率高、新产品投放市场快等。1.2 软件使用Pspice电路图制作方法1.2.1 新建Schematics运行开始所有程序Designlab Eval 8Schematics，进入电路编辑器。在该界面下绘制单管共射放大电路。1.2.2 放置电压源（1） 在菜单“draw”中，选择“get new part”，打开元器件浏览对话框。（2） 在元器件名称框中，输入VDC。（3） 用鼠标点击“please&close”。如果出现提示信息“part name “VDC”exists， but is not in the curr

11、ent list。 Do you want to place anyways”，表示当前的列表中没有VDC这个元件，但是它存在于某个元件库中，选择“确定”。（4）用鼠标将VDC放置于合适的位置，再点击左键。1.2.3 放置三极管（1）打开元件浏览器对话框，在元件名称框中输入“QbreakN”（该模型默认电流放大系数为100），然后点击“please&close”。（2）按键“ctrl+r”使图像旋转到合适的位子，然后就可以放置了。图1-1 元器件浏览1.2.4移动元件旁边的文字（1）单击选中某字。（2）将文字拖动到某个合适的地方1.2.5 放置其它元件用类似的方法，放置电阻，电容，地，一级输入

12、端的交流信号源等。1.2.6连接元件（1）在菜单“draw”中选择“wire”，光标变成倩碧的形状。（2）从一个元件的尾部开始单击鼠标左键，然后连接元件的端点，单击左键，就可以讲两端连接起来，点击右键表示这根导线结束。（3）用类似的方法，按照电路原理图，将所有的元件连接起来。1.2.7 移动元件用鼠标左键单击选中某个元件，然后拖动到合适的位置单击左键放置。1.2.8 删除元件用鼠标左键单击选中某个元件，然后按DEL键即可删除该元件。1.2.9 修改元件的属性图1-2 修改元件属性（1）双击图中VDC元件旁边的0V标志，出现图3对话框。在对话框中，将0V改为需要的电压。（2）用同样的方法修改电阻

13、电容值。（3）将画好的电路保存，然后进行课设实验。1.3 原理分析1.3.1 电路原理图图1-3 单管共射放大电路1.3.2 半导体三极管的放大作用三极管的最基本的作用是把微弱的电信号加以放大，三极管的放大电路如图7-5所示。因发射极是基极回路和集电极回路的公共端，所以此电路又叫共射极放大电路。如果 =20A， =1.2mA，则有： =（0.02+1.2）mA= 1.22mA,电流放大倍数 =60。若调节电阻 ，使电流 增加10A，则相应地增加了 =0.0160mA=0.6mA。由此可见，当基极有微小的变化时，集电极会有很大的变化，这说明三极管有电流放大作用。图1-4 三极管放大示意图1.3.

14、3 静态工作点分析分析放大电路静态的方法通常有估算法和图解法两种。1. 用估算法确定。静态工作点为，其中，。2. 用图解法确定。所谓图解法，就是利用晶体管的特性曲线，用作图的方法来分析放大电路的静态工作点，观察输出信号的电压变化情况。晶体管是一种非线性元件，其集电极电流与集电极发射极间的电压之间不是线性关系。可利用晶体管的输出特性曲线，采用作图的方法求放大电路的静态值，此静态值表现为输出特性曲线上的一个点，称为放大电路的静态工作点。通过图解法能够直观地分析并了解到静态工作点对放大电路工作的影响。1.3.4交流扫描分析放大电路加入输入信号的工作状态即为动态。在分析放大电路的动态工作状态时，应用交

15、流通路。从图可以看出电路带上负载，输出电压是集电极电流流过并联电阻所产生的电压，即当确定后输出电压决定于；交流负载线的斜率是-要确定这条线必须有一点，即是静态工作Q点，所以交流负载线是输出特性上过Q点，且斜率为的直线。交流负载线的物理意义是：放大器动态时工作点移动的轨迹。2 程序运行及其结果2.1 制作原理图图2-1 电路原理图2.2 静态工作点静态工作点分析步骤：（1）用Capture软件画好电路图。（2）建立模拟类型分组。建立模拟类型分组是为了便于管理。在Capture的原理图编辑窗口（Schematic1：Page下单击PSpice/New Simulation Profire命令。在N

16、ame栏键入模拟类型组的名称。（3）设置分析类型与参数。完成类型模拟分组DC，单击Creat按钮，在出现对话框中的Analysis type选中Bias Point。在Option栏中选General Settings。在Output File Options栏中选Include detailed项。（4）正弦信号源的设定。它共有6个参数需要设置。（5）BJT晶体管的值设为100.单击三极管使之激活，即可更改。（6）运行PSpice。图2-2 静态工作点分析结果图2-3 输入正弦信号源波形2.3 交流扫描交流扫描步骤：（1）用Capture软件画好电路图。信号源选用，交流电压源VAC，幅值是0

17、.1V。（2）设置分析类型与参数。模拟类型组用AC，在Analysis Type栏中选AC Sweep/Noise。在options选General Settings，在AC Sweep/Noise中设置Start填入1k在End填入10M在Points/decade栏填入4，即在该频率范围内每10倍频间隔计算4个点。（3）运行PSpice并查看分析结果。在Probe窗口中，执行Trace/Add Trances命令，在Add Trances对话框中，用光标点中V(1)，单击OK，即显示单端输出的频率特性曲线。在下端的Trances Expression文本中键入V（1，2）单击OK即显示双端

18、输出的频率特性曲线。（4）查看双端输出是电压增益的波特图。在Probe窗口中，执行Trace/Add Trances命令，在下端的Trances Expression文本中键入DB（V（1）/V（Vs：+），即显示电压增益的幅频特性曲线。即将增益V（1）/V（Vs：+）转换成分贝表示,即显示电压增益的相频特性曲线。图2-4 交流分析参数设置图2-5 幅频特性曲线图2-6 相频特性曲线3 图表分析1、根据图2-2分析知道静态工作点Q的计算符合公式。仿真结果和理论值有一定的误差，但总的来说仿真结果和理论计算值差不多。静态分析时，应注意直流通路（原则是大电容开路，大电感短路，直流电源不变信号源短路但

19、，保留内阻）然后利用公式计算单光共射极放大电路。对放大电路的要求，应输出电压尽可能大，但它受到三极管的非线性的限制。当信号过大或工作点选取不合适，输出电压波形将产生失真。2、根据图形得知交流输入电压时，输出电压大放大频率响应幅频特性曲线知，电路图为单击放大器的高频响应。频率大于一定数值时，交流信号输入时可能不会有输出电压，是较高频率信号滤过.。并可以看出，频率在300Hz到10MHz之间是，放大倍数最大，低于30kHz或者高于10MHz，放大倍数都有所下降。4 总结在对静态工作点的设定时，要注意使基极偏置电路中流动的电流在10倍基极电流左右，不然会出现实际参数与设计参数有很大的出入。静态工作点

20、不稳定的原因主要是温度变化造成三极管参数变化，使静态工作点移动。可采用分压式偏置放大电路。本次实验使得我能够熟练运用PSpice软件创建电路、模拟电路、显示或绘制结果，并对单管放大电路有了更深入的理解。非线性直流分析功能简称直流分析。它是计算直流电压源或直流电流源作用于电路时电路的工作状态。对电路进行的直流分析主要包括直流工作点分析、直流扫描分析和转移函数分析。直流工作点是电路正常工作的基础。通过对电路进行直流工作点的分析，可以知道电路中各元件的电压和电流，从而知道电路是否正常工作以及工作的状态。一般在对电路进行仿真的过程中，首先要对电路的静态工作点进行分析和计算。直流扫描分析主要是将电路中的

21、直流电源、工作温度、元件参数作为扫描变量，让这些参量以特定的规律进行扫描，从而获取这些参量变化对电路各种性能参数的影响。直流扫描分析主要是为了获得直流大信号暂态特性。与直流扫描分析相类似的还有温度分析。在这种分析过程中，将电路的温度作为扫描变量进行分析。因为电路的主要器件的特性都是与温度有关的，所以这就为分析电路在环境变化是的工作情况提供了一种非常有用的工具。特别重要的是，通过这种分析，我们可以预测电路在某些特殊环境如极端温度条件或极端电源电压条件或元件开路短路条件下电路的工作情况，从而在进行电路设计时采取必要的预防措施。线性小信号交流分析简称为交流分析。它是SPICE程序的主要分析功能。它是

22、在交流小信号的条件下，对电路的非线性元件选择合适的线性模型将电路在直流工作点附近线性化，然后在用户指定的范围内对电路输入一个扫频信号，从而计算出电路的幅频特性、相频特性、输入电阻、输出电阻等。这种分析等效于电路的正弦稳态分析即频域分析。频域分析用于分析电路的频域响应即频率响应特性。这种分析主要用于分析电路的幅频特性和相频特性。小信号转移特性分析主要分析在小信号输入的情况下，电路的各种转移函数，通常分析的是电路的电压放大倍数。噪声分析是电路设计的重要内容之一。在模拟电路中，无源器件和有源器件均会产生噪声，主要包括电阻上产生的热噪声，半导体器件产生的散粒噪声和闪烁噪声。在噪声分析时，将元件的噪声等效为一个输入信号进行交流分析。通过噪声分析可以计算出各器件在某一输出节点产生的总噪声以及某一输入节点的等效输入噪声。从而可以分析一个电路产生噪声的主要来源，采取一定的电路设计措施来减小噪声的影响。心得体会参考文献吴友宇，模拟电子技术基础，清华大学出版社，2009.5李文利，科技信息，自然科学出版社，2006年 第12期李卓，世界科技研究与发展，漯河职业技术学院出版社，2008年01期李银轮，青海师范大学学报，青海师范大学出版社，2003年第4期高文焕，江蕙，模拟电路的计算机分析与设计Pspice程序应用，清华大学出版社，2004.1216