【multisim仿真设计】阻容耦合两级电压放大电路

前言

多级放大电路是模拟电子技术的核心内容,而阻容耦合两级共射放大电路,是入门必做的经典实验。今天我们在 Multisim 中搭建这个电路,从电路原理、仿真波形、参数计算到实验结论完整复盘,帮大家吃透多级放大电路的特性。

一、电路整体介绍

这是由两只 2N2222A NPN 三极管构成的两级分压式偏置共射放大电路,级间采用电容 C4 实现阻容耦合。 电源 VCC=12V,输入信号源 V1:5mVrms,10kHz 正弦波。

  • C1:输入耦合电容,隔直流通交流,把交流信号送入 Q1 基极;
  • C4:级间耦合电容,隔离 Q1、Q2 两级直流电位,仅传递放大后的交流信号;
  • C2:输出耦合电容,隔离直流,将交流信号输出给负载 R10;
  • C5、C3:发射极旁路电容。保留发射极电阻的直流负反馈,稳定静态工作点;同时对交流信号短路,保证单级放大倍数不衰减。

阻容耦合最核心特点:各级静态工作点相互独立。调试时可以单独测量、调整第一级,再调试第二级,互不干扰。缺点是耦合电容对低频信号容抗大,低频增益下降,无法放大直流与缓变信号。

信号流向: 信号源 V1 → C1 → Q1 第一级放大 → C4 → Q2 第二级放大 → C2 → 负载 R10,示波器同时抓取输入、输出波形。

二、仿真波形与增益计算

示波器通道 A 为输入信号,通道 B 为放大后的输出信号。 仿真读数:输入 5mV,输出约 393mV。 总电压放大倍数:

多级放大电路总电压增益 = 各级电压放大倍数相乘:\

观察波形:输出正弦波完整,没有出现顶部或者底部削波,说明两级静态工作点设置合理,没有饱和失真、截止失真。 如果波形顶部被削:截止失真;波形底部被削:饱和失真。

三、关键知识点梳理

  1. 耦合电容作用:隔直通交 电容阻挡直流分量,让前后两级直流工作点互不影响;交流信号频率足够高时,电容容抗很小,信号可以顺利传递。
  2. 发射极旁路电容 C3、C5 发射极电阻有稳定静态工作点的作用,但会引入交流负反馈,降低放大倍数。并联旁路电容之后,交流信号直接从电容流过,绕过发射极电阻,放大倍数得以提升。如果拆掉旁路电容,放大倍数会明显下降。
  3. 负载对放大倍数的影响 负载电阻 R10 越小,负载越重,输出电压幅度越低,电压放大倍数下降。共射放大电路输出电阻偏大,带负载能力弱。
  4. 相位关系 单级共射放大电路,输出与输入相位反相(相差 180°);经过两级共射放大,总相位反转两次,输出信号和输入信号同相。从示波器波形上也能观察到这个特点。

四、实验小结

  1. 阻容耦合两级放大电路,可以获得比单级放大器高得多的电压增益;
  2. 阻容耦合的优势:各级静态工作点独立,调试方便;局限:低频特性差,不能放大直流信号;
  3. 旁路电容、耦合电容的取值,会直接影响电路的频率响应;
  4. 负载电阻会影响电压放大倍数,负载越小,增益越低。

拓展思考

  • 把信号源频率调低,比如几百 Hz,你会发现输出幅度变小,这就是耦合电容带来的低频衰减;
  • 不断增大输入信号幅度,输出波形会出现削顶失真,达到放大器最大不失真输出电压。

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