基于multisim的晶体管放大器设计

基于multisim的晶体管放大器设计

引言：极致的理论，通过分析与理论计算得出每一处的电压电流。我以往的设计往往依据经验，往往是粗放式的。第一次对系统的整体分析确实让我眼前一亮。设计题目来自课程《电网络分析与综合》的特别培养计划。
文件在最后

1.设计要求

1.输入信号：最大峰值±0.5V
2.增益：可控
3.带宽：100KHz
4.输出信号：1V-4V之间
5.输出信号直流分量2.5V
6.元器件，自由选择，只提供5V/DC电源
（看似简单，但是第5个要求我们计算并设计精确的静态工作点，在此不考虑手动加直流偏置的方法，不然就没意思了，在此我希望我设计的电路能够输出最大的交流峰峰值而不会出现失真）

2.基本电路选择

晶体管放大电路可以分为三类，共发射极、共基极、共集电极，三种电路用在几种不同的情况下，并由于应用情景的不同，做出了改进，出现基于这三种不同电路的变形电路，但是根本就在于这三种电路。

共集电极电路
共集电极电路特点如下：
1、输入信号与输出信号同相
2、无电压放大作用，电压增益小于1且接近于1
3、电流增益高，输入回路中的电流Ib远小于输出回路中的电流Ie和Ic
4、有功率放大作用
5、适用于作功率放大和阻抗匹配电路
6、在多级放大器中常被用作缓冲级和输出级
因为共集电极电路无法对电压进行放大，因此不能用在此次设计。

共基极放大电路
共基电极电路特点如下：
1、输入信号与输出信号同相
2、电压增益高
3、电流增益低（≤1）
4、功率增益高
5、适用于高频电路
共基极放大电路的输入阻抗很小，会使输入信号严重衰减，不适合作为电压放大器。但它的频宽很大，因此通常用来做宽频或高频放大器。在某些场合，共基极放大电路也可以作为“电流缓冲器”（Current Buffer）使用。

共发射极电路
共发射极电路特点如下：
1、输入信号与输出信号反相
2、有电压放大作用
3、有电流放大作用
4、功率增益最高（与共集电极、共基极比较）
5、适用于电压放大与功率放大电路
此次设计中选用共发射极电路。

3.纯粹的理论分析（可略过）

这一部分书上一般有。
单管共射放大电路电路图如下所示：
静态分析：
静态分析即分析未加交流输入信号时的电路各处直流电压和直流电流。单管共射放大电路直流通路如下所示：

静态基极电流：

对于硅管而言：

对于锗管而言：

静态集电极电流：

集电极与发射极间的电压：

交流分析：
下面进行交流分析，即分析加上输入交流信号时的工作状态。其基本分析方法如下：
1.电容对直流信号阻抗为无穷大（相当于开路）；对交流信号阻抗为
2.电感对直流信号阻抗为零（相当于短路），对交流信号阻抗为。
3.对于理想电压源，因其电压恒定不变，电压变化量为零，故在交流通路中相当于短路。
4.对于理想电流源，因其电流恒定不变，电流变化量为零，故在交流通路中相当于开路。
单管共射放大电路交流通路如下所示：

其微变等效电路如下：
输入电压正弦相量：

输出电压正弦相量：

集电极电流正弦相量与基极电流正弦量间的关系：

电压放大倍数：

输入电阻:

输出电阻:

三极管方程:

由于三极管工作在放大区时发射结正偏，因此:

对Ube求导得：

常温时,在静态工作点附近较小变化范围内可认为,忽略可得：

对求导得：

4.电路设计（结合理论）

分压式工作点稳定电路设计，一般都是分压式的电路，因为这种电路工作点稳定：

此处定义放大倍数为“K”
此处使用通用小信号放大管2N5551

2N5551静态工作点参数图如下所示：


（上面这个数值是自己随便选的，根据上面的图选个2-12mA都可以）
下面是一堆推导：

下面是重点：

5.重要计算公式合集

我可以大放厥词，在三极管供电电压VCC=5V时这样选择放大参数最不容易失真（VCC等于其他值的时候各位童鞋可以一样的算）（K为放大倍数）。

5.设计实践（开始仿真）

6.一些工程文件以及论文原文：

https://download.csdn.net/download/weixin_44584198/40303830

感谢以下作者提供的参考：
https://blog.csdn.net/l980401/article/details/103496638
https://blog.csdn.net/qq_29545231/article/details/80163871