超详细版：Multisim搭建单级放大电路全过程

从零开始：用Multisim搭建一个真正能“放大”的单级共射极电路

你有没有试过在仿真软件里搭了一个放大电路，输入信号也加了，电源也接了——可示波器上出来的波形要么是条直线，要么就是削顶的正弦波？别急，这几乎是每个学模拟电路的人都踩过的坑。

今天我们就来手把手、无死角地完成一次真实的单级放大电路设计与仿真全过程。不讲空话，不堆术语，只讲你在实验室里老师不会细说但又必须知道的细节。我们用的是NI Multisim，但背后的思路适用于任何 SPICE 类仿真工具。

为什么你的放大电路“放不大”？

在动手之前，先解决一个根本问题：什么是“正常工作”的放大电路？

简单说，三个条件缺一不可：

晶体管必须工作在放大区（不是饱和也不是截止）；
静态工作点 Q 要稳定，不能随温度或 β 值大幅漂移；
交流信号要能顺利进出，且增益足够高。

如果你的输出没波形、增益很低或者严重失真，基本就是这三个环节出了问题。

接下来我们就围绕这个目标，一步步构建并验证一个性能可靠的共射极放大电路。

第一步：搞懂你要用的“核心武器”——BJT 是怎么放大的

我们选的是最常见的 NPN 型三极管，比如2N2222。它不是靠电压控制电流的 MOSFET，而是典型的电流控制器件：小小的基极电流 $I_B$ 控制着大得多的集电极电流 $I_C$。

它们的关系很简单：
$$
I_C = \beta I_B
$$
其中 $\beta$（也就是 hFE）通常在 100~300 之间，但它不稳定——不同批次、不同温度下变化很大。所以不能依赖具体 $\beta$ 值来做设计！

更关键的是偏置条件：

$V_{BE} \approx 0.7V$（硅管导通压降）
$V_{CE} > V_{CE(sat)} \approx 0.2V$，最好留出至少 1V 的余量
只有当 B-E 结正偏、C-B 结反偏时，才处于放大状态

记住这一点：我们要让晶体管“随时准备放大”，而不是一会儿截止、一会儿饱和。

第二步：给它一个稳定的“立足点”——静态工作点设计

想象一下，你想让一个小球在一个碗底保持平衡。碗太浅，风一吹就掉出去；碗倾斜了，小球也会滚走。晶体管的 Q 点就像这个小球，必须放在合适的位置才能稳定工作。

最常用的结构就是：分压式偏置 + 发射极电阻稳定法。

经典电路结构如下：

Vcc (12V) │ R1 (33kΩ) ├─────→ 到基极 R2 (10kΩ) │ GND │ ┌──┴──┐ │ │ RE C_E (100μF) │ │ GND GND

先算基极电压 $V_B$

由 R1 和 R2 分压得到：
$$
V_B = \frac{R_2}{R_1 + R_2} \cdot V_{CC} = \frac{10k}{33k + 10k} \times 12V ≈ 2.79V
$$

再算发射极电压 $V_E$

因为 $V_{BE} ≈ 0.7V$，所以：
$$
V_E = V_B - 0.7V ≈ 2.09V
$$

计算发射极电流 $I_E$（≈ $I_C$）

设 $R_E = 1k\Omega$，则：
$$
I_E = \frac{V_E}{R_E} = \frac{2.09V}{1kΩ} ≈ 2.09mA
$$

这就是我们的静态集电极电流 $I_C ≈ 2.09mA$

算集电极电压 $V_C$

设 $R_C = 2.2kΩ$，那么：
$$
V_C = V_{CC} - I_C R_C = 12V - 2.09mA × 2.2kΩ ≈ 7.4V
$$

最后看 $V_{CE}$

$$
V_{CE} = V_C - V_E ≈ 7.4V - 2.09V = 5.31V
$$

✅ 完美！远大于 0.2V，离饱和区很远；同时距离电源还有空间，动态范围充足。

💡经验法则：让 $V_{CE} ≈ \frac{1}{2}V_{CC}$ 左右是最稳妥的选择，这样上下摆动都不会轻易触底或碰顶。

第三步：确保直流稳定、交流高效——电容怎么用才对？

很多人以为电容只是“随便焊个几微法就行”，其实不然。它们的作用完全不同。

输入耦合电容 $C_1 = 10\mu F$

作用：隔断前级可能存在的直流偏置，只让交流信号进来。

假设输入信号频率最低为 1kHz，则容抗为：
$$
X_{C1} = \frac{1}{2\pi f C} = \frac{1}{2\pi × 1000 × 10×10^{-6}} ≈ 15.9Ω
$$

而基极等效输入阻抗大约是几千欧（后面会算），显然 $X_{C1} \ll Z_{in}$，不影响信号传输。

⚠️ 注意：电解电容有极性！在 Multisim 中一定要注意方向——长脚接高电位端。

输出耦合电容 $C_2 = 10\mu F$

同理，防止输出端的直流电压串入负载（比如扬声器或下一级放大器）。计算方式一样，10μF 对 1kHz 来说足够小。

发射极旁路电容 $C_E = 100\mu F$

这是最容易被忽视的关键！

如果没有 $C_E$，发射极电阻 $R_E$ 会对交流信号产生负反馈，导致电压增益急剧下降：
$$
A_v ≈ -\frac{R_C}{R_E}
$$
只有 -2.2 倍左右，几乎不放大。

加上 $C_E$ 后，在交流通路中 $R_E$ 被短路，增益变为：
$$
A_v ≈ -g_m R_C
$$
其中跨导 $g_m = \frac{I_C}{V_T} ≈ \frac{2.09mA}{26mV} ≈ 80.4 mS$，所以：
$$
A_v ≈ -80.4m × 2.2k ≈ -177
$$

也就是说，理论上可以做到接近180 倍的电压放大！

📌 所以：$C_E$ 必须接，而且容量要比 $C_1/C_2$ 大得多，确保在低频段也能有效旁路。

第四步：在 Multisim 里真实搭建电路

打开 Multisim，新建项目，按以下步骤操作：

1. 放置元件

元件	参数
直流电源	`+12V`
电阻	`R1=33kΩ`,`R2=10kΩ`,`RC=2.2kΩ`,`RE=1kΩ`
NPN 三极管	`2N2222`（在 Transistors → BJT_NPN 下）
电容	`C1=C2=10μF`,`CE=100μF`（类型选 Polarized Capacitor）
接地	每个负极都接到`GROUND`