放大电路设计

1. 设计目标与工具说明

• 使用 BJT（Bipolar Junction Transistor） 设计一个电压放大倍数为 2 倍 的共射放大电路，并可扩展至 5 倍、10 倍等任意整数倍。
• 使用仿真软件：Multisim（视频中误称为 Martin Seymour，实为 Multisim；该软件常用于教学阶段的模拟电路仿真，工作中较少使用）。
• 适用场景：学习晶体管基本放大原理、偏置设置、交流通路分析及参数调优。

2. 共射放大电路基础结构搭建

• 电路拓扑为典型 共射极放大电路（Common Emitter Amplifier）：
  • 输入信号源：交流电压源 V1（初始设为 10 mVpp，频率 1 kHz）；
  • 地符号：必须接入参考地；
  • 耦合电容：输入端加隔直电容 C1（10 μF），输出端加隔直电容 C2（10 μF）；
  • 晶体管：选用通用 NPN 型 2N2222（或 2N3904 等类似型号）；
  • 电阻元件：
    • 基极偏置电阻 R1、R2（构成分压式偏置）；
    • 集电极负载电阻 R3/Re（初始设为 1 kΩ）；
    • 发射极电阻 R4/Re（初始设为 1 kΩ）；
  • 电源：直流电源 VCC = 12 V。

3. 偏置电路设计与参数设定

• 偏置目的：使 BJT 工作在放大区（Active Region），确保静态工作点（Q-point）稳定。
• 分压式偏置结构：
  • R1 = 50 kΩ（原设 120 kΩ 过大，后改为 50 kΩ 以降低基极电流影响）；
  • R2 = 10 kΩ；
  • Re = 1 kΩ；
  • Rc = 1 kΩ；
• 静态工作点估算（近似）：

4. 交流通路分析与放大倍数原理

• 交流小信号模型下，电容视为短路，直流电源接地（对上面电路进行等效，基于叠加定理，忽略直流情况，只考虑交流源）；

• 电压增益公式（忽略 rπ影响，且无发射极旁路电容时）：为啥前面带负号，实际意思是相位相反，输出滞后于输入180°

  

  

  即理论放大倍数为 1 倍（绝对值），与仿真结果一致。

• 关键结论：无旁路电容时，发射极电阻 RE​ 引入负反馈，限制增益；增益由 RC/RE 决定。

5. 放大倍数调节方法（2倍、5倍）

• 方法：调整 RE​ 或 RC的阻值比例
  • 
• 扩展至 5 倍：
  • 令 RC/RE=5，如 RC=1 kΩ，则 RE=200 Ω；

6. 提升放大倍数：旁路电容的作用：

• 问题：仅靠减小 RE​ 会降低输入阻抗、稳定性变差，且受 re′限制，难以获得高增益（如百倍）。
• 解决方案：在发射极电阻 RE​ 两端并联 旁路电容 CE（如 10 μF 或更大）。
• 原理：
  • 直流路径：RE仍提供稳定偏置；
  • 交流路径：CE对中频信号近似短路 ⇒ 交流等效 RE→0；
  • 此时电压增益变为：

    

    若 RC=10 kΩ，则 Av≈−500，可达百倍以上。

• 仿真结果：输出幅度显著增大，达到输入的 上百倍（如 10 mVpp → >1 Vpp），验证旁路电容对增益的大幅提升作用。

7. 仿真验证与波形观测

• 仿真步骤：
• 搭建电路 → 设置元件参数；
• 添加电压探针（Probe）于输入/输出节点；
• 运行瞬态分析（Transient Analysis），时间跨度 ≥ 2 个周期；
• 调出示波器（Oscilloscope），观察波形幅值、相位、失真。
• 关键观测点：
  • 输入/输出同频正弦波；
  • 输出与输入反相（共射特性）；
  • 幅值比即为电压增益绝对值；
  • 无削波 → 工作点合适，未进入饱和/截止区。
• 注意事项：
  • 信号源幅度不宜过大（避免非线性失真），用 10 mVpp 合理；
  • 电容容值需满足：XC≪RE（中频段），例如 10 μF 在 1 kHz 时 XC≈16 Ω，远小于 1 kΩ，满足条件。