简介北邮模电实验五的共射放大电路频率特性与深负反馈影响报告模板面向电子电路实验学习者服务于计算、Multisim仿真与AD2实测结果的对照整理。整包仅含1个docx文档压缩包约4.69MB正文包含实验目的、设备器件、测试电路、数据表与结果录入区并预留波特图粘贴位置便于按中频增益、上限截频和下限截频逐项标定。内容覆盖100pF与0.01μF电容下的频率特性对比、C4对通频带的影响以及R3与R4对调后深负反馈对增益和上下限截止频率的改变并对深负反馈前后增益下降、下限截频降低、上限截频提升等现象给出对比分析同时提示仿真与实测差异的分析方向。已有275人学习适合需要参照报告结构、补齐实验表格、复核数据或复盘频率响应结论的同学使用。1. 仿真 1.689 MHz、实测 881.64 kHz先给结论共射放大电路的频率特性说到底就是波特图上的三个数字中频增益、下限截频、上限截频。这三个数字里增益最好对截频最容易出问题。同一张电路图仿真跑出来上限截频 1.689 MHz用口袋仪器扫出来只有 881.64 kHz差了将近一倍可中频增益一边 23.103 dB、一边 23.167 dB只差 0.06 dB。这个反差是整组实验里最值得琢磨的地方。下面把我做这组实验的顺序、手算路径、仿真设置、实测接线以及加深负反馈前后数据完全对不上的原因都写清楚。刚上手的人可以照着搭一遍已经做过一轮但波特图对不上的人能在这里找到“差的那一倍到底该归因于什么”的判断依据。深负反馈单独拿出来讲因为它把增益降了 5 倍却只把上限截频抬了 6%很多人第一眼会以为自己测错了。2. 电路与模型搭图之前有四组参数得先改2.1 元件清单与静态工作点先把直流算清楚再谈频率动手之前建议把直流工作点先手算一遍别直接开仿真。原因是后面所有交流量都挂在工作点上rbe 由 Ie 定Ie 由偏置定密勒电容又由增益定。工作点算错后面波特图再漂亮也是错的。手里这套器件的清单大致是这样电容 100pF、0.01μF、10μF、100μF 各若干电阻 51Ω 两只、300Ω、1kΩ、2kΩ、10kΩ 两只、24kΩ加上面包板、一只 2N5551、若干连接线仪器是预装了仿真环境的笔记本加一台口袋仪器。按我这块板上的取值走一遍直流5 V 供电上偏置 24kΩ、下偏置 10kΩ分压得到基极电位约 1.47 V发射极串了 51Ω 和 300Ω 两只电阻总 351Ω射极电位约 0.77 V于是 Ie ≈ 0.77 / 351 ≈ 2.2 mA。集电极负载取 1kΩ压降 2.2 V集电极电位约 2.8 VUce 落在 2 V 附近正好在放大区中段。这一步的关键不是数字本身而是拿到 Ie 之后能顺手算出两个量re 26 mV / Ie ≈ 11.8Ω这是发射结的交流电阻rbe rbb (1β)·26 mV / Ie取 rbb ≈ 200Ω、β 242得到 rbe ≈ 3.1 kΩ。这两个数是第 2.3 节手算增益的全部输入。如果你手上的电路图阻值和我这组不一样别照抄结论按同样顺序重算一遍——顺序是分压→射极电位→Ie→re 和 rbe→增益。顺序错了后面的判断全塌。提示静态工作点算完以后先在仿真里点一次直流工作点分析把 Ue、Uc、Ie 三个数和手算对一遍。三个数里有两个对不上先别往下做交流分析。2.2 2N5551 的模型参数改与不改差在哪这一步是整个实验里最容易被跳过、也最容易让数据烂掉的地方。仿真软件自带的晶体管模型是通用模型参数按典型值给跟你手里这只管子的实际 β 能差出一倍多。指导书后面附了一张模型参数修改表要改的是五个值模型参数原始值修改后改动目的传递饱和电流 IS2.511e-0153.92e-014修正发射结电流模型理想最大正向放大倍数 BF242.6实测 β让仿真增益贴近实物正向厄尔利电压 VAF1001e30忽略基区调宽效应正向放大倍数高电流转角 IKF0.34581e30不考虑大电流时 β 下降B-E 漏饱和电流 ISE2.511e-0150不考虑小电流时 β 下降BF 那一栏写的是“通过万用表实际测量 β”这句话的意思很直白拿万用表的 hFE 档把你这只 2N5551 插上去实测一个值填进去。同一批管子 β 能差出几十用默认值 242.6 去仿真中频增益可能整体偏 12 dB后面再跟实测比你会一直在纠结这 2 dB 是哪来的。VAF 改成 1e30、IKF 改成 1e30、ISE 改成 0这三个动作本质上是“把模型简化成教科书里的那一个 β”。厄尔利效应会让输出特性有斜率等效于在集电极和发射极之间并了一只电阻 rce它会在高频段给出一条额外的通路把上限截频往下拉IKF 和 ISE 则分别在电流偏大和偏小时让 β 偏离标称值。实验要研究的是电容对频率特性的影响不是模型的高阶效应所以把这三项关掉让仿真变成一个“纯净”的单极点系统。关掉的效果非常直接仿真的上限截频会明显高于实测。这不是仿真错了而是仿真里没有寄生。后面第 3.2 节会用到这个判断。改完参数记得存一份模型文件换台机器或者重装环境还得再来一遍。我自己是把这个改好的模型单独存成一个库文件下次做同类实验直接调省得每次翻附录。2.3 中频增益的手算路径23.25 dB 是怎么来的报告里“计算”那一列写的 23.251 dB换算成倍数是 10^(23.251/20) ≈ 14.5 倍。这个数用下面这条式子就能凑出来Av -β·Rc / [ rbe (1β)·Re_ac ]其中 Re_ac 是发射极上“没有被旁路电容短路掉”的那部分电阻。代入第 2.1 节算出来的数β 242.6Rc 1 kΩrbe 3.1 kΩRe_ac 取 51Ω。分母 3070 243×51 ≈ 15463分子 242600Av ≈ 15.7换算 23.9 dB。和报告里的 23.25 dB 差 0.6 dB落在忽略 rce、忽略负载效应、β 取值略有出入这几个因素上属于可以接受的手算精度。真正有意思的是这一步把 Re_ac 从 51Ω 换成 300Ω也就是后面深负反馈要做的对调分母变成 3070 243×300 ≈ 75970Av ≈ 3.19换算 10.1 dB。报告里深负反馈的计算值是 9.256 dB同样差 0.8 dB 左右。两个差值方向一致、量级一致说明这条式子抓住了主要矛盾共射电路的中频增益基本上由 Rc 与被旁路剩下的那部分射极电阻之比决定β 和 rbe 只是修正项。这也是为什么加深负反馈以后增益恰好掉 5 倍——300/51 ≈ 5.88再被 rbe 这一项拉回来一点落到 4.95.0 倍。注意这条式子里有个隐含假设就是旁路电容在中频段是理想短路。实际电容有容抗中频段它不是 0所以手算值会系统性地偏高一点点。这不是错误是要知道的边界。3. 频率特性实测Multisim 波特图与口袋仪器扫描怎么对上3.1 100pF 与 0.01μF 两组数据摆在一起看把四组数据摊在一张表里规律一眼就能看出来条件中频增益 (dB)下限截频上限截频计算23.251——仿真C4 100pF23.10331.192 Hz1.689 MHz仿真C4 0.01μF22.94330.579 Hz17.936 kHz测试C4 100pF23.16733.686 Hz881.64 kHz测试C4 0.01μF22.89132.654 Hz12.419 kHz这张表里能读出三件事。第一中频增益四组数据全在 22.923.2 dB 之间最大差值 0.27 dB。这个一致性说明电路本身没搭错偏置、旁路、耦合都工作在正常状态。如果你测出来的增益和仿真差了 3 dB 以上先别怀疑电容回头查偏置和 β。第二下限截频几乎不随 C4 变化31.192 Hz 对 30.579 Hz、33.686 Hz 对 32.654 Hz差值都在 3% 以内。这说明下限截频由耦合电容和旁路电容决定跟跨在基极-集电极之间的那颗 C4 没关系。低频段的瓶颈不在 C4 这条路上这是个很干净的单变量对照。第三上限截频随 C4 剧烈变化仿真从 1.689 MHz 掉到 17.936 kHz掉了 94 倍实测从 881.64 kHz 掉到 12.419 kHz掉了 71 倍。C4 从 100pF 变成 0.01μF 是放大了 100 倍仿真里上限截频几乎精确按 100 倍往下掉94 倍实测只掉了 71 倍。这个差别是下一节的入口。3.2 上限截频差一倍原因不在一个地方很多人第一反应是“仿真的上限截频高是因为实测有探头电容和面包板寄生电容”然后把锅全甩给寄生。这个解释听着顺但经不起两组数据推敲。拿仿真这组算比例17.936 kHz / 1.689 MHz 0.0106和理论上的 1/100 0.01 几乎完全吻合。说明在仿真里上限截频就是由 C4 这一条支路单独决定的其他电容的贡献可以忽略——这正是第 2.2 节把 VAF、IKF、ISE 全部关掉的结果。拿实测这组算比例12.419 kHz / 881.64 kHz 0.0141比 0.01 偏了 41%。如果用“一个固定寄生电容 C0 和密勒电容并联”这个模型去反推从两组数据会解出两个差一个数量级的 C0模型自相矛盾。也就是说单靠“探头电容”解释不了这个偏差。我一般会往三个方向查一是信号源输出阻抗。口袋仪器的网络分析仪输出端不是理想的 0Ω串上电缆以后这个阻抗和输入回路电阻并联直接改变高频极点位置。两组 C4 之间的偏差比例不一样很可能是源阻抗在不同频段表现不同造成的。二是指标判读方式。仿真里读 -3dB 点是在一条光滑曲线上读实测曲线有毛刺、有起伏中频段如果本身不平坦“中频增益”这个基准取哪一个点会让 -3dB 点前后移动一截。这一项能解释百分之十几的偏差很常见。三是测量系统本身的带宽和扫频设置。扫频点数太少、平均次数设成 0高频段每个点都在抖读出来的 -3dB 点就带随机性。结论落在一句话上仿真的上限截频是单极点模型给出的理想值实测的上限截频是多极点叠加加测量误差后的结果两者差一倍是正常的差十倍才说明接错了。把这句话写进报告的对比分析里比笼统写一句“由于寄生参数影响”要有说服力得多。3.3 C4 是跨在基极和集电极之间的那颗电容C4 的位置很关键它接在基极和集电极之间也就是跨在放大器的输入和输出之间。这种接法会触发密勒效应——从输入端看过去这颗电容的等效容值被放大了 (1 |Av|) 倍。代入第 2.3 节的数浅负反馈时 Av ≈ 15.7等效输入电容 ≈ 100pF × 16.7 ≈ 1670pF深负反馈时 Av ≈ 3.19等效输入电容 ≈ 100pF × 4.19 ≈ 419pF。同一颗 100pF 的电容在不同增益下对输入回路的影响差了 4 倍。这解释了两件事。第一为什么 C4 从 100pF 变到 0.01μF上限截频会掉将近 100 倍——密勒放大是线性的电容放大 100 倍极点频率就掉 100 倍。第二为什么加深负反馈以后上限截频没有按 5 倍展宽——增益降了 5 倍密勒电容也跟着降了约 4 倍这两个效应本该互相配合把上限截频顶上去但同时串联负反馈把输入电阻抬高了输入回路的时间常数被拉长两者部分抵消。所以报告里那句“C4 在电路中起到调节 Vbc 的作用C4 增大上限截频明显降低通频带减小”方向是对的但只说了一半。完整的说法是C4 通过密勒效应控制高频极点其影响强度正比于当时的增益因此它和负反馈深度是耦合的——这一点在第 4 章会直接影响对数据的解读。4. 深负反馈R3、R4 对调之后数据翻脸了4.1 增益从 23.25 dB 掉到 9.26 dB掉得对不对深负反馈的做法是把发射极上那两只电阻对调位置静态工作点不变但交流反馈深度变了。改完之后的完整数据条件中频增益 (dB)下限截频上限截频计算浅负反馈23.251——仿真浅负反馈23.10331.192 Hz1.689 MHz测试浅负反馈23.16733.686 Hz881.64 kHz计算深负反馈9.256——仿真深负反馈9.2334.826 Hz1.796 MHz测试深负反馈9.4745.893 Hz1.0075 MHz先看增益这一列。仿真掉 23.103 - 9.233 13.87 dB实测掉 23.167 - 9.474 13.69 dB计算掉 23.251 - 9.256 14.00 dB三者互相之间的差值不超过 0.3 dB。换算成倍数都是 4.95.0 倍。这个 5 倍和第 2.3 节手算出来的 300/51 ≈ 5.88 对得上剩下的差额被 rbe 那一项吃掉了。三路数据在增益上高度一致说明对调这个动作本身做对了静态工作点也没跑偏——如果偏置跑了增益不会这么整齐地按理论倍数掉。0.01μF 那组也是同样的规律仿真 22.943 → 9.187实测 22.891 → 9.474降幅都是 13.413.7 dB和第 4.1 节表格里 100pF 那组几乎重合。增益由电阻比决定跟 C4 无关这一条在深负反馈下依然成立。4.2 通频带是真宽了还是假宽了增益降 5 倍按教科书里那句“负反馈展宽通频带”上限截频应该同步抬高 5 倍。实际测出来100pF 组仿真 1.689 MHz → 1.796 MHz抬高 6.3%实测 881.64 kHz → 1.0075 MHz抬高 14.3%。0.01μF 组仿真 17.936 kHz → 16.988 kHz反而降了 5.3%实测 12.419 kHz → 13.345 kHz抬高 7.5%。没有一个接近 5 倍。这个结果如果不懂机理很容易被判定成“实验失败”。实际上它是正确的原因在第 3.3 节已经埋好上限截频由密勒电容决定而密勒电容正比于增益。增益降了 5 倍等效电容也降了约 4 倍本该把极点顶上去但同时串联负反馈把输入回路的电阻抬高了时间常数又被拉长。两个效应同量级、方向相反净效果就是上限截频基本原地踏步。这就是本地串联负反馈和密勒效应耦合在一起的典型结果。它和“用无源网络做高频补偿”是两回事不能拿同一个公式套。下限截频则是另一回事31.192 Hz → 4.826 Hz仿真降 6.5 倍33.686 Hz → 5.893 Hz实测降 5.7 倍。降幅和增益降幅同量级方向也符合“负反馈把下限截频往下推”的预期。但这里有个必须提醒自己的点如果按单一电容去推输入耦合电容的时间常数正比于输入电阻输入电阻被抬高以后下限截频应该往上走而不是往下掉。实测是往下掉的说明主导下限截频的不是输入耦合电容这一条支路而是发射极旁路网络和耦合电容的叠加。要确认到底是谁主导做一个单变量实验最快把旁路电容从 100μF 换到 220μF再扫一遍低频段看下限截频是不是按比例下移。是主因在射极不是主因在耦合支路。提示报告里写“加深负反馈后下限截频减小、上限截频增大”是对的但最好加一句“上限截频的增幅远小于增益降幅因为密勒电容随增益同步减小与输入电阻抬高相互抵消”。这一句是拉开档次的地方。4.3 静态工作点不变这件事怎么自证“对调电阻但静态工作点不变”这句话不能只是嘴上说说报告里要有证据。对调的是发射极上串着的两只电阻串联总阻值不变51 300 351Ω所以直流回路完全没变Ie 不变Ue、Uc、Uce 都不变。这一点用万用表测三次就能自证对调前测 Ue记下来对调后测 Ue两个数差在 ±5% 以内顺便测 Uc确认集电极电位没跑。真正容易出问题的是旁路电容的处理。加深负反馈的本质是“让更大的射极电阻不被旁路”所以对调电阻的时候旁路电容的接法要跟着一起改。常见的翻车方式是电阻换了位置旁路电容还在原地跨在原来那个节点上结果被旁路的还是那只小电阻反馈深度根本没变增益测出来和浅负反馈一模一样。判断方法很简单对调后先看中频增益。掉了 1314 dB说明反馈确实加深了只掉 12 dB说明旁路电容没搬对位置。还有一个隐蔽的坑拔插电阻的时候容易把晶体管从面包板里带松接触电阻变化会让 β 有效值变化增益跟着飘。所以第 4.1 节那张表里仿真和实测的增益差 0.24 dB比浅负反馈那组的 0.06 dB 大我倾向于认为其中一部分就是接触和管子个体差异。5. 避坑五条让仿真和实测对不上的常见问题5.1 仿真侧的两个坑本文还有配套的精品资源点击获取