射级跟随器
一、实验目的
- 使用 Multisim仿真电路，测试如图所示的射级跟随器（简称射随器）电路的静态工作点、电压放大倍数、输人电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输人、输出特性的影响。
- 学习设计电流源负载射随器，并研究其性能。
- 观察失真现象，了解其产生的原因。
- 了解运算发大器电压跟随器的特性。
二、实验原理图
三、实验内容
1.分析直流工作点
通过电路仿真对直流工作点进行分析，从而判断晶体管的工作状态。
使用“仿真”-“Analyses and simulation”工具中的“直流工作点”进行分析，得到分析的变量结果如下：
| Variable | Operating point value |
|---|---|
| V(1) | 24.00000 |
| V(3) | 16.73231 |
| V(5) | 16.10085 |
| V(1)-V(5) | 7.89915 |
| V(3)-V(5) | 631.46175 |
| I(QT1[IB]) | 9.08458 |
| I(QT1[IC]) | 1.60100 |
| I(QT1[IE]) | -1.61008 |
由直流工作点分析得到：
可以得出：发射结正偏，集电结反偏，晶体管此时工作于放大区。
2.测量输入电阻
使用“仿真”-“仪器”来在电路中加入万用表，使用“仿真”-“Analyses and simulation”工具中的“Interactive Simulation”进行分析，从而实现对输入端口的电流电压进行检测。检测输入电阻的电路图如下：
检测所得结果如下：
| 项目 | 值 |
|---|---|
| 10 |
|
| 28.154 |
通过下列计算：
可以得出，在输入频率为
3.测量输出电阻
当负载不接入电路时，使用万用表测量负载端开路电压
当负载接入电路时，使用万用表测量负载端电压
检测所得结果为：
通过下列公式：
可以得出，在输入频率为
4.用测量仪测量幅频、相频特性曲线
将波特测试仪连入电路。测量幅频、相频特性曲线的电路如下：
选择“幅值”模式，并调整对应范围，所得结果如下图：
选择“相位”模式，并调整对应范围，所得结果如下图：
5.用交流分析功能测量幅频、相频特性曲线
使用“仿真”-“Analyses and Simulation”-“交流分析”功能，并设置参数如下图：
设置输出为
6.设计一个电流源以提供电路静态工作点兵重复1—5步
(1)分析直流工作点
电路图如下：
直流工作点分析结果如下：
| Variable | Operating point value |
|---|---|
| I(Q1[IC]) | 1.63930 |
| V(3)-V(5) | 631.96108 |
| V(1)-V(5) | 8.00987 |
和前一个电路中的射级跟随器工作点基本一致。
(2)测量输入电阻
使用“仿真”-“仪器”来在电路中加入万用表，使用“仿真”-“Analyses and simulation”工具中的“Interactive Simulation”进行分析，从而实现对输入端口的电流电压进行检测。检测输入电阻的电路图如下：
检测所得结果如下：
| 项目 | 值 |
|---|---|
| 10 |
|
| 23.317 |
通过下列计算：
可以得出，在输入频率为
(3)测量输出电阻
当负载不接入电路时，使用万用表测量负载端开路电压
当负载接入电路时，使用万用表测量负载端电压
检测所得结果为：
通过下列公式：
可以得出，在输入频率为
(4)用测量仪测量幅频、相频特性曲线
将波特测试仪连入电路。测量幅频、相频特性曲线的电路如下：
选择“幅值”模式，并调整对应范围，所得结果如下图：
选择“相位”模式，并调整对应范围，所得结果如下图：
(5)用交流分析功能测量幅频、相频特性曲线
使用“仿真”-“Analyses and Simulation”-“交流分析”功能，并设置参数如下图：
设置输出为
7.设计一个使用运放搭建的电压跟随器，加一定负载，观察其瞬态响应
设计电路图如下：
(1)负载
(2)负载
(3)负载
(4)负载
通过改变负载电阻，观察波形可得，输出电压基本上与输出电压等大同向。
四、实验问题分析回答
1.总结电阻负载电路与有源负载电路的异同，比较输入、输出电阻值和幅频特性曲线，说明原因。
答：电流源进用于提供静态工作点，在本实验中，我们将电阻负载电路和有源负载电路但是因为其本身较大的电阻，使得电流源负载电路的输入输出电阻均增大。而二者的幅频、相频特性近乎相同。
2.改变射级跟随器和运算放大电路中电压跟随器的负载电阻值（几欧到几兆欧），观察输出电压的变化，分析原因。
答：如下为射级跟随器负载电阻不同时的电路图：
如下为运算放大电路中电压跟随器负载电阻不同时的电路图：
以下为数据记录表：
| 负载电阻 | 射级跟随器 | 运算放大器中电压跟随器 |
|---|---|---|
| 10 |
3.513 |
9.983 |
| 100 |
8.446 |
9.997 |
| 1k |
9.790 |
9.997 |
| 10k |
9.948 |
9.997 |
| 100k |
9.964 |
9.997 |
| 1M |
9.965 |
9.997 |
| 10M |
9.965 |
9.997 |
| 100M |
9.965 |
9.997 |
通过如下射随器电压增益公式：
可得：
①对于射级跟随器来说，电压增益接近1，并且其随着负载电阻阻值的增加而增加。
②对于预算放大电路的电压跟随器，电压增益接近1，并且在负载电阻大于10
3.分别在电流源负载射随器输人、输出端加耦合电容，观察电流源输出的变化并分析原因；考虑在两端同时加电容时，如何使电路正常工作。
答：在射随器的输入端加耦合电容对电流源的输出影响不大，在射随器的输出端加耦合电容对电流源的输出影响很大。
原因分析：直流分析可见输出端耦合电容很大，导致电流不主要通过三极管，进而使得三极管的直流工作点Q发生改变，无法正常工作。
解决方法：在输入输出端同时加入电容时，两端的耦合电容都不能过大。
五、实验总结和感悟
通过本次“射级跟随器分析与设计”仿真实验，我进一步熟练了使用