电路仿真参考.doc

三极管的高频特性仿真分析
1、目的
(1)加深对晶体管频率特性参数的理解。
(2)认识低频管和高频管的频响差别。
(3)了解晶体管输入阻抗、输出阻抗随工作频率变化的情况。
2、原理
晶体管频率特性指的是晶体管对不同频率信号的放大能力，主要表现为：在低频范围内，晶体管的电流放大系数(α、β)基本上是恒定值，但频率升高到一定数值后，αβ和β将随频率的升高而下降。为定量比较晶体管的高频特性，工程上确定了几个频率参数：共基极截止频率fα(又称α截止频率，是指α降低到其低频值的0.707倍即3dB时的频率)、共发射极截止频率fβ(又称β截止频率，是指β降低到其低频值的0.707倍时的频率)、特征频率fT(β下降到l时所对应的频率)、最高振荡频率fmax(功率增益为1时所对应的频率)。
3、电路
电路说明如下：
(1)该实验采用的晶体管型号为BF374，多用于电视机的中放级，查手册可知其特征频率在400MHz以上。
(2)电路中节点Vi、Vo为电压波形观察点；Va、Vb、Vc、Vd用于观察交流放大系数，R2、R3两个小电阻取得电流ib、ic，。
图1.2-1基本共射电路
信号源的设置图：

4．步骤
fβ和fT值的测量。
把开PROTEL99SE工作界面，按图1.2-1要求绘制基本共射电路，用“瞬态特性分析”观察vi、vo波形，要注意正确选择元件参数，使波形不失真，如图1.2-2所示。从输入输出波形幅度可见电路的交流增益为150。

图1.2-2：vi和vo的瞬态波形
将负载R5短路，撤除vo并以图1.2-3所示参数选择“AC小信号分析”，（操作步骤：Simulate->setup->Acsmallsignalanalysis，然后在BrowseSimData选项卡中点击New[出现图1.2-4界面]生成新的β波形）得到图1.2-5所示幅频特件曲线，其中的（vd-vc）/（vb-va）即为共射短路电流放大系数β。

图1.2-3：“Ac小信号分析”参数设置

图1.2-4：产生β波形的设置对话框（显示新波形的变量设置）

图1.2-5：高频管“BF374”的β-f关系曲线

图1.2-6：高频管“BF374”的β-f关系曲线局部放大图
根据幅频特性曲线测量fβ和fT的值：
点击鼠标并拖放至1kHz处测出低频时的β值，约120；计算低频时的β值的0.707倍(即3dB)对应的β值，约84；点击鼠标，并拖放至该值处，测量其对应的频率，此值即为β截止频率fβ，约4MHz。
把鼠标拖放至β=1处，读出此时对应的频率，即特征频率fT，约427MHz，与实际相符。
比较高频管和低频管的频响差别：把电路中的三极管“BF374”用“2N2222”(低频管)取代，重复上述操作，得到图1.2-5、1.2-6所类似的幅频特性曲线，测量此时的fβ和fT。
在1kHz处侧得β的低频值约140，其0.707约为99，由此测出截止频率fβ为l.1MHz。
测得β=1时对应的频率即特征频率fT约为140MHz，与实际相符。
结论：可见不同的三极管其频率特性可以存在很大的差异，这对放大电路的频响起着很关键的作用。
观察负载对电路频响的影响：把电路中的三极管恢复为高频管“BF374”，并且把1KΩ的负载(R5)重新接上，用上述同样方法测量此时的fβ和fT值。
结论：接上1kΩ负载后，β截止频率约为560kHz，特征频率约为50MHz，对照前面的结论可知，放大电路的频响还与电路的负载(后级的输入阻抗)有很大关系。
测量三极管的最高振荡频率fmax：
将电路小的R2短路以减小输入信号的衰减；将R5短路，R3即变成交流输出负载，准备取其交流功率与输入信号功率相比得出交流功率增益。
设置“AC小信号分析”初始值为1、终止值为600MHz；同时用“参数扫描分析”对R3进行扫描以判断其取值为多大时最有利频率的延伸，分别选取l0、30、50、70、90Ω，扫描结果如图1.2-7所示。尽管R3＝10Ω时功率幅度较小，但频率延伸最大，因此把R3取值I0Ω作为最高振荡频率fmax的测试负载。
用“AC小信号分析”观察功率增益[(vd-vc)2/10]/Vi（p）随频率的变化关系曲线，如图1.2-7和图1.2-8所示。

图1.2-7：对R3扫描所得电路频响特性（输出功率po---频率f）
说明：功率增益

图1.2-8：功率增益随频率的变化曲线（R3=10欧）
测量功率增益下降于1时对应的频率，即最高振荡频率fmax(图1.2-8所示为大于600MHz)。
测量电路输入阻抗随频率的变化：利用“Ac小信号分析”观察电路的输入阻抗vi(Z)随频率的变化规律．得到图1.2-9所示特性曲线。

图1.2-9：输入阳抗随频率的变化
结论：电路的输入阻抗随频率的升高而下降，在频率较低时(低于0