1、东南大学模电实验二晶体三极管特性分析和静态工作点设置实验二 晶体三极管特性分析和静态工作点设置实验目的：1熟悉仿真软件 Multisim 的使用,掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；2熟悉仿真软件 Multisim 的直流工作点分析、交流分析、温度扫描和参数扫描分析方法;3熟悉 POCKET Lab 硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法；4通过软件仿真，了解晶体三极管输入特性和输出特性；5通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体三极管静态工作点分析和设计方法;实验预习：在图 2-1 所示电路中，双极型晶体管 2N3904 的 120，VBE（on）=0.7V。计算 T1 的各极电流和电压。填入表
2、 2-1 计算栏。图 2-1。 晶体三极管静态工作点分析电路解：作直流分析:由120,=5/3V=0.439mA=3.662uA=2。937V实验内容： 一、 仿真实验1 在 Multisim 中搭建图 2-2 所示电路，仿真双极型晶体管 2N3904 的输入特性曲线 仿真设置：Simulate Analyses Parameter sweep，在弹出窗口中（如图 23)选择扫 描参数的 Device Type 为接在 CE 间的电源 V2,这是两个参数扫描中的参变量;在 Points tosweep 中选择扫描种类为 List（列表离散值),并在 Value list 中给定 0、0.3 和
3、 10 三个值； 在 More Options 的 Analysis to sweep 中选择 Nested sweep，点击 Edit analysis 按钮，弹出 如图 24 窗口，在 Device Type 为接在 BE 间的电源 V1，这是两个参数扫描中的主变量；在Points to sweep 中选择扫描种类为 Linear（线性扫描),给定 Start(起始值）、Stop（终止值）和 Incremen（t 步进值）；在 More Options 的 Analysis to sweep 中选择 DC Operating Point，点击 OK 按钮。返回到图 23。并在 Output
4、 中选择 IB 作为输出,如图 25,点击 Simulation,进行参数扫描，获得如图 26 所示的输入特性曲线族。图 2-2 输入输出特性曲线仿真图图 23 参数扫描窗口图 2-4 参数扫描二级窗口图 25 Output 表格图 26 输入特性曲线族2 依然采用图 2-2 所示电路，设定正确的仿真参数,仿真双极型晶体管 2N3904 的输出特 性曲线，并截图于 27.图 2-7 输出特性曲线族3 依然采用图 2-2 所示电路，Simulate Analyses DC sweep，在弹出窗口中选择扫 描 Source 为 V1，给定 Start(0。5)、Stop（0.9）和 Increme
5、nt（步进值);在 output 中点击 Add expression按钮，弹出如图 2-8 窗口，在该窗口中的变量选择栏和函数选择 栏正确选择，获得 表达式,仿真双极型晶体管 与 VBE 关系，并截图于 29。图 2-8 output 设置图 29 与 VBE 关系 思考：请阐述 与VBE 关系,说明直流工作点设置时的注意事项.解：首先有 随着VBE增大而增大，在VBE 到达700mV与800m之间时，有最大值，之后则有 随着VBE增大而减小；直流工作点设置时,应该使三极管工作在放大区,即直流VBE=，且为了更好地观测实验结果,应该使尽量大。4 采用图 210 所示电路，Simulate A
6、nalyses Temperature sweep，在弹出窗口图2-11 中选择 Linear，给定 Start（40）、Stop（125)和 Increment（步进值)；在 Analysis to sweep 中选择 DC Operating Point；在 output 中点击 Add expression按钮，依然选 择 表达式作为输出,仿真双极型晶体管 与温度关系,并截图于 2-12。图 210 温度扫描电路图 2-11 温度扫描图 212 与温度关系仿真分析： 与温度近似有线性关系，随温度增大而增大。5 在图 22 中,双击 V1 信号源，设定 V1=0。7V,AC analysi
7、s magnitude=1，Simulate Analyses AC analysis，在图 2-13 的弹出窗口中，设置起始频率，终止频率，扫描 种类为 Sweep type=Decade 和垂直显示的 Scale，并设置 output 中设置为 ，仿真双极型 晶体管 fT，并截图于 2-14。图 2-13 AC 仿真图 2-14 fT 仿真6 根据图 2-1 所示电路，在 Multisim 中搭建晶体三极管 2N3904 的直流偏置电路。 仿真设置：Simulate Analyses DC Operating Point，在弹出窗口中（如图 2-15）选 择需要列出的静态工作各节点电压和各
8、支路电流，然后点击 Simulation，进行直流工作点分析。在弹出的直流工作点窗口中选取图 216 中的图标 Export to Excel，可将输出结果转入 到 EXCEL 中，并填入表 21 中的仿真栏。图 215 选取直流工作点图 216 保存直流工作点 表 21：晶体三极管 2N3904 静态工作点(RB2=20k)计算值仿真值实测值基极电流 IB（A）3.6623.639NULL1集电极电流 IC（mA）0. 4390. 4390.464集电极电压（V）2.9372.935522.82发射极电压（V）0.9743571.05工作区域放大区放大区放大区注 1：由于量程问题，基极电流无
9、需实测。注 2：由于暂无法测试直流电流,请采用电压/电阻的方法得到实测电流。7 将图 2-1 中的 RB2 改为 2k,重新进行直流工作点仿真， 完成表 22。体会偏置设置对三极管工作状态的影响。表 22:晶体三极管 2N3904 静态工作点（RB2=2k）仿真值基极电流 IB（A）3.77E-6集电极电流 IC(mA）8.31E-8集电极电压(V）5发射极电压（V）1.91E-07工作区域截至区8 将图 21 中的 RB2 改为 80k，重新进行直流工作点仿真， 完成表 23.体会偏置设置 对三极管工作状态的影响。表 2-3：晶体三极管 2N3904 静态工作点（RB2=80k）仿真值基极电
10、流 IB（A）39。36761集电极电流 IC（mA)0. 69909392集电极电压(V）1。71434发射极电压(V）1.62457工作区域饱和区17.7581二、硬件实验本实验采用 POCKET LAB 实验平台提供的直流+5V 电源和直流电压表测量工具.1电路连接首先根据图 21 在面包板上搭试电路,并将 POCKET LAB 的直流输出端+5V 和 GND 与 电路的电源、地节点连接，其中 2N3904 的 B,C，E 极请参照 217 左图的引脚说明。图 217 2N3904 引脚图2节点电压测量将 POCKET LAB 的一路输入端接到电路中的待测点。在电脑中打开 POCKET
11、LAB 的波 形显示窗,在选择的通道中直接读出各节点电压.如图 2-18 所示。图 2-18 直流电压测试窗口4数据记录将测得的电流、电压数据填入表 2-1,完成计算值、仿真值和测试值的对比。实验思考:将图 21 所示电路中的 NPN 2N3904 改为 PNP 2N3906.2N3906 的 230，VBE（on)|=0。7V。 重复以上步骤，计算、仿真和测试 QB 的各极电流和集电极电压。完成表 24。2N3906 引脚 定义见图 2-19。提示：根据 PNP 和 NPN 管不同的偏压方法，可尽量保持所有电路元件和连接方式不变仅采用-5V 电源实现 PNP 管偏置.图 219 2N3906 引脚图表 2-4：晶体三极管 2N3906 静态工作点计算值仿真值实测值基极电流 IB(A）1.9092。24E-06NULL1集电极电流 IC（mA）0.4390。4320.464集电极电压（V）-2。937-2.97163-2。82发射极电压（V)0.967-0.95438-0。95工作区域放大区放大区放大区注 1：由于量程问题，基极电流无需实测.注 2：由于暂无法测试直流电流，请采用电压/电阻的方法得到实测电流。
