基于EWB的共射极放大电路非线性失真仿真

叶桂锐

摘 要：利用EWB仿真软件进行图形化分析可以给研究带来很大的便利。笔者在电子技术一体化教学中，通过利用EWB软件进行电路仿真实验，对共射极放大电路的输入输出波形进行仿真分析，从而研究其出现非线性失真的原因，总结出消除非线性失真的方法。

关键词：非线性失真 EWB仿真 静态工作点

非线性失真亦称波形失真、非线性畸变，表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系。非线性失真不仅会破坏音质，还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。

在教学过程中，如何让学生很好地去理解非线性失真，如何将抽象的知识形象地表达出来，成为教师教学中的重点。

EWB是一种电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，是交互图像技术有限公司推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB是一款仿真功能十分强大的软件。

一、仿真实验

启动EWB仿真软件，在电路窗口中创建一个共射极放大电路，如图1所示。图中VCC为直流电源，提供放大电路的能量；Q为晶体管，具有电流放大作用，是放大电路的核心器件；RB为基极偏置电阻，提供合适的静态工作点；RC为集电极负载，将晶体管电流放大转为电压放大的形式；C1、C2为隔直流通交流电容。

1.选择合适的静态工作点，输入交流小信号，观察输入输出波形

（1）当 RB=180kΩ 时，用仿真电压表测得Uce≈Vcc=3.102V，静态工作点处于放大区中间区域，如图1所示。

（2）输入信号Ui=5mV，1kHz，如图2所示。

图2

（3）对电路进行仿真，点击图中的双通道示波器按钮，弹出的对话框中显示输入（黑色）和输出（红色）电压波形，示波器时基可在s～ns的范围内调整，如图3所示。

图3

（4）进一步提高测量精度，可卷动时间轴，观察输入、输出电压波形，可看出放大后波形基本上不失真，移动指针到信号的最大值处，从双踪示波器的数据栏中读出相关数据：

Uim=VA1=7.0189mV Uom=VB1=-276.9916mV

可算出该放大电路的电压放大倍数：

2.减小RB阻值，造成饱和失真，观察输入输出波形

（1）当RB=56kΩ 时，UCE=0.117V，静态工作点处于饱和区；

（2）输入信号Ui=10mV，1kHz；

（3）对电路进行仿真，从双踪示波器上观察输入和输出电压波形如图4所示，可看出输出电压波形负半周被削底，产生饱和失真。

图4

3.增大RB阻值，造成截止失真，观察输入输出波形

（1）当RB=1kΩ 时，UCE=5.474V，静态工作点接近于截止区；

（2）输入信号Ui=30mV，1kHz；

（3）对电路进行仿真，从双踪示波器观察输入和输出电压波形如图5所示，可看出输出电压波形正半周被削顶，产生截止失真。

图5

二、影响失真的因素

共射极放大电路中引起失真的原因主要为静态工作点设置不当，偏离放大区中间区域过多。此外，输入信号过大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，同样会造成失真。

静态工作点位置不合适，对波形失真的影响可分两种情况说明。

（1）静态工作点偏低时产生截止失真。当静态工作点偏低为QB时，接近截止区，交流量在截止区不能放大（三极管截止），使输出电压波形正半周被削顶，产生截止失真。

（2）静态工作点偏高时产生饱和失真。当静态工作点偏高为QA时，接近饱和区，交流量在饱和区不能放大，使输出电压波形负半周被削底，产生饱和失真。

三、失真的消除方法

要使共射极放大电路不产生失真，必须有一个合适的静态工作点Q，它应大致选在交流负载线的中点。此外输入信号u的幅值不能太大，以避免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。

由电路的直流通路分析： ICQ≈βIBQ

可知，若电源VCC与三极管电流放大倍数β不变，则在电路各元件中，基极偏置电阻RB的大小对电路静态工作点的影响最大：RB偏小，静态工作点过高，容易产生饱和失真；RB偏大，静态工作点过低，容易产生截止失真；通常采用调节RB阻值大小的方法，，建立合适的静态工作点。

在电子技术一体化教学中，用EWB软件进行仿真模拟实验，选择各种元件空间大，修改参数方便，避免了因反复焊下元件而损坏器件和电路板，而且调试电路快捷方便，数据直观可靠，使教学的课时大大减少，对教学具有一定的辅助作用。

参考文献：

[1]吴恒玉.EWB在电子技术中的应用之研究[J].渤海大学学报（自然科学版）.2005（1）

（作者单位：广东省云浮市技工学校）