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第3章模拟电路仿真

3.1 三极管放大电路

3.1.1 共射极放大电路

三极管（简称BJT）有两种类型，分别为NPN型和PNP型，从三个杂质区域各自引出一个电极，分别叫作发射极e、集电极c和基极b。由BJT组成的基本放大电路包括共射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路。共射极放大电路中，信号由基极输入，集电极输出；共集电极放大电路中，信号由基极输入，发射极输出；共基极放大电路中，信号由发射极输入，集电极输出。

仿照1.2.1节新建原理图工程，将工程命名为“BJT-共射极”，进入电路绘制界面，如图3-1-1所示。

图3-1-1 电路绘制界面

在电路绘制界面放置三极管、电容和电阻等元件，绘制出的共射极放大电路如图3-1-2所示。

图3-1-2 共射极放大电路

仿真前，需要放置交流电压表、信号源、示波器、探针和频谱仪等测量工具。交流电压表用于测量输入交流电压和输出交流电压，信号源用以输入正弦信号，示波器用于测量输入波形和输出波形，探针和频谱仪用于测量带宽。测量工具放置完毕后如图3-1-3所示。

图3-1-3 放置测量工具

双击信号源，弹出“Sin Generator Properties”对话框，将“Generator Name”参数设为“Input”，将“Amplitude”参数设为“200m”，将“Frequency（Hz）”参数设为“20k”，如图3-1-4所示，参数设置完毕后单击按钮。

图3-1-4 “Sin Generator Properties”对话框

双击探针，弹出“Edit Voltage Probe”对话框，将“Probe Name”参数设为“Output”，“Real Time Breakpoint”参数选择“Disabled”，如图3-1-5所示，参数设置完毕后单击按钮。

图3-1-5 “Edit Voltage Probe”对话框

在Proteus主菜单中，执行→命令，运行共射极放大电路仿真，可见输入端的交流电压表示数为+0.14V，输出端交流电压表示数为+1.22V，如图3-1-6所示。

图3-1-6 交流电压表示数

执行→命令，停止仿真，移除两个交流电压表后，右击“Frequency Response”工具，弹出“Frequency Response”工具的子菜单，如图3-1-7所示。单击其中的“Edit Properties”命令，弹出“Edit Frequency Graph”对话框，将“Reference”参数设为“Input”，将“Start frequency”参数设为“10”，将“Stop frequency”参数设为“1M”，如图3-1-8所示，参数设置完毕后单击按钮。选中“Frequency Response”工具，然后按空格键，即可出现带宽波形，如图3-1-9所示。

执行→命令，继续仿真，示波器波形如图3-1-10所示，可见波形良好，未出现饱和失真和截止失真等情况，且起到了一定的放大作用。

图3-1-7 “Frequency Response”工具的子菜单

图3-1-8 “Edit Frequency Graph”对话框

图3-1-9 带宽波形

图3-1-10 示波器波形

双击信号源，弹出“Sin Generator Properties”对话框，将“Generator Name”参数设为“Input”，将“Amplitude”参数设为“500m”，将“Frequency（Hz）”参数设为“20k”，如图3-1-11所示，参数设置完毕后单击按钮。执行→命令，继续仿真，可见示波器波形出现了饱和失真和截止失真，如图3-1-12所示。

图3-1-11 设置参数

图3-1-12 波形出现了饱和失真和截止失真

将信号源的“Amplitude”参数修改为“200m”，调节电阻RB1的阻值，将其设为200kΩ，如图3-1-13所示。执行→命令，继续仿真，示波器波形出现了饱和失真，如图3-1-14所示。

图3-1-13 RB1阻值设为200kΩ

图3-1-14 波形出现了饱和失真

调节电阻RB1的阻值，将其设为100kΩ，如图3-1-15所示。执行→命令，继续仿真，示波器波形出现了截止失真，如图3-1-16所示。

图3-1-15 RB1阻值设为100kΩ

图3-1-16 波形出现了截止失真

小提示

◎ 读者可以自行修改其他参数并观察仿真波形。

◎ 在元件库中搜索“PN2222”关键字，即可找到三极管。

◎ 扫描右侧二维码可观看BJT共射极放大电路仿真视频。

3.1.2 共集电极放大电路

仿照1.2.1节新建原理图工程，将工程命名为“BJT-共集电极”，进入电路绘制界面，放置三极管、电容和电阻等元件，绘制共集电极放大电路，如图3-1-17所示。

图3-1-17 共集电极放大电路

仿真前，需要放置交流电压表、信号源、示波器、探针和频谱仪等测量工具。测量工具放置完毕后如图3-1-18所示。两个交流电压表分别放置在输入端和输出端，示波器的A通道用于测量输出信号，B通道用于测量输入信号，并将信号源的频率设为20kHz。

图3-1-18 放置测量工具

在Proteus主菜单中，执行→命令，运行共集电极放大电路仿真，可见输入端的交流电压表示数为+0.14V，输出端交流电压表示数为+0.11V，如图3-1-19所示，可见共集电极放大电路对电压没有放大作用；示波器波形如图3-1-20所示，可见波形未出现失真。

图3-1-19 交流电压表示数

图3-1-20 示波器波形

执行→命令，停止仿真并移除两个交流电压表。单击“Frequency Response”工具子菜单中的“Edit Properties”命令，弹出“Edit Frequency Graph”对话框，将“Reference”参数设为“Input”，将“Start frequency”参数设为“10”，将“Stop frequency”参数设为“1M”，参数设置完毕后单击按钮。然后选中“Frequency Response”工具，按空格键，即可出现带宽波形，如图3-1-21所示。

图3-1-21 带宽波形

双击信号源，弹出“Sin Generator Properties”对话框，将“Generator Name”参数设为“Input”，将“Amplitude”参数设为“2”，将“Frequency（Hz）”参数设为“20k”，如图3-1-22所示，参数设置完毕后单击按钮。执行→命令，继续仿真，示波器波形出现了饱和失真和截止失真，如图3-1-23所示。

图3-1-22 设置参数

图3-1-23 波形出现了饱和失真和截止失真

小提示

◎ 读者可以自行修改其他参数并观察仿真波形。

◎ 在元件库中搜索“PN2222”关键字，即可找到三极管。

◎ 扫描右侧二维码可观看BJT共集电极放大电路仿真视频。

3.1.3　共基极放大电路

仿照1.2.1节新建原理图工程，将工程命名为“BJT-共基极”，进入电路绘制界面，放置三极管、电容和电阻等元件，绘制共基极放大电路，如图3-1-24所示。

图3-1-24 共基极放大电路

仿真前，需要放置交流电压表、信号源和示波器等测量工具。两个交流电压表分别放置在输入端和输出端，示波器的A通道用于测量输出信号，B通道用于测量输入信号，将信号源的频率设为20kHz，将信号源的幅值参数设为20m。放置完毕后如图3-1-25所示。

图3-1-25 放置测量工具

在Proteus主菜单中，执行→命令，运行共基极放大电路仿真，可见输入端的交流电压表示数为+0.01V，输出端交流电压表示数为+0.08V，如图3-1-26所示；示波器波形如图3-1-27所示，可见波形未出现失真。

图3-1-26 交流电压表示数

图3-1-27 示波器波形

执行→命令，停止仿真并移除两个交流电压表，在共基极放大电路中加入探针和频谱计。单击“Frequency Response”工具子菜单中的“Edit Properties”命令，弹出“Edit Frequency Graph”对话框，将“Reference”参数设为“Input”，将“Start frequency”参数设为“5”，将“Stop frequency”参数设为“100M”，参数设置完毕后单击按钮。然后选中“Frequency Response”工具，按空格键，即可出现带宽波形，如图3-1-28所示。