4.5 计算机仿真例题 · 《电子电路基础（第2版）》

设有晶体管共射放大电路如图 4.5.1 所示，试做如下分析:

(1) 求该电路的增益和带宽；

(2) 试分析负载电阻 $R_{\mathrm{L}}$ 变化对于增益和带宽的影响；

（3）试分析信号源内阻 $R_{s}$ 变化对于增益和带宽的影响。

解

使用仿真的方法来求解该题。在 OrCAD 中将该图绘出，如图 4.5.2 所示。在绘制该图时，需要注意如下几点:

（1）由于题目中未指明晶体管的具体参数，为进行题目求解，可任取一种 NPN 型晶体管放入，本例中使用的为 Q2N2222。

（2）由于需要分析不同参数变化对频率特性的影响，故在图中放入可变参数器件，并将根据题目需要将不同电阻的取值设置为该可变参数。

（3）为观察电路的频率特性，在负载端处放置一个电压探针。

（4）由于需要观察不同情况下的频率特性，故信号源使用了 VAC（即交流信号源）形式。应注意此时仿真输出电压幅值可能大于电源电压，但该值仅用于计算增益，而非代表输出电压的实时幅值。

完成原理图的绘制后即可进行相应的仿真工作，为能看清频率特性的全貌，本次仿真中，设置起始频率和中止频率分别为100 Hz和100 MHz,且每10倍频程取100个点，仿真结果如图 4.5.3所示。

使用软件自带的测量工具(在 Trace→Evaluate Measurement 菜单项下)对该曲线进行分析，可得其 3 dB 带宽为 7.25 MHz,中频增益为 155.8。

为分析负载电阻 $R_{L}$ 变化对于增益和带宽的影响，可将 $R_{L}$ 的值设置为变量并使用参数仿真。仿真时，设置 $R_{\mathrm{L}}$ 的取值为 $0.5\mathrm{k}\Omega, 1\mathrm{k}\Omega, 3\mathrm{k}\Omega$ 三个不同的值，仿真结果如图 4.5.4所示。

图中，自上至下分别对应于 $R_{\mathrm{L}}$ 取值 $3\mathrm{k}\Omega, 1\mathrm{k}\Omega, 0.5\mathrm{k}\Omega$ 的情况。可以看出，随着负载的减小，增益不断降低，但同时带宽不断增加，这与我们此前在4.3.1节中关于增益带宽积所进行的理论分析结论一致。使用软件自带的测量工具（在Trace $\rightarrow$ Evaluate Measurement菜单项下）对该曲线进行分析，可得其3dB带宽及中频增益，见表4.5.1。

表 4.5.1 图 4.5.4 所示曲线数值分析

$R_{L}$ 取值	0.5 kΩ	1 kΩ	3 kΩ
增益	105.89	155.80	227.18
3 dB带宽/MHz	9.96	7.25	5.22
增益带宽积	1054.664	1129.55	1185.88

为分析信号源内阻 $R_{\mathrm{s}}$ 变化对于增益和带宽的影响，可将 $R_{\mathrm{s}}$ 的值设置为变量并使用参数仿真。仿真时，设置 $R_{\mathrm{s}}$ 的取值为 $0\Omega, 100\Omega, 200\Omega$ 三个不同的值，仿真结果如图 4.5.5所示。图中，自上至下分别对应于 $R_{\mathrm{s}}$ 取值 $0, 100\Omega, 200\Omega$ 的情况。可以看出，随着源内阻的减小，增益和带宽均不断增加，这与我们此前在4.3.1节中关于增益带宽积所进行的理论分析结论一致。使用软件自带的测量工具（在Trace $\rightarrow$ Evaluate Measurement菜单项下）对该曲线进行分析，可得其3dB带宽及中频增益，见表4.5.2（为进一步比对，表中还加入了基准仿真中 $R_{\mathrm{s}} = 10\Omega$ 的情况）。

表 4.5.2 图 4.5.5 所示曲线数值分析

$R_s$ 取值	0 Ω	10 Ω	100 Ω	200 Ω
增益	158.66	155.8	134.05	116.05
3 dB带宽/MHz	13.00	7.25	1.66	1.01