模拟电路文档

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1、2013 年 6 月 5 号星期三模拟电子技术仿真软件文档汇总Multisim应用举例实验课程名称模拟电子技术实验年级 2011 级专业电子信息科学与技术学 生 姓 名张超学号 110914057 指 导 老 师肖开选老师2013 年 6 月 5 号星期三1 1.7 Multisim 应用举例 -二极管特性的研究一、 题目研究二极管对直流和交流量的表现的不同特点。二、 仿真电路仿真电路如图所示。 因为只有在低频小信号下二极管才能等效成一个电阻，所以图中交流信号的频率为1KHZ 、数值为 10mA( 有效值)。由于交流信号很小，输出电压不是真，故可以认为直流电压表（测平均值）的读数是电阻上直流电

2、压源。三、仿真内容（1）在直流电流不同时二极管管压降的变化。利用直流电压表测电阻上电压，从而得到二极管管压降。（2）在直流电流不同时二极管交流等效电阻的变化。利用示波器测2 得电阻上交流电压的峰值，从而得到二极管交流电压的峰值。直流电源电压为 1v 时的情况直流电源电压为 4v 时的情况。四、仿真的结果3 仿真结果如图所示，表中交流电压均为峰值。仿真数据直流电源 v1/v 交流信号 v2/mv R 直流电压 表读数 uR R 交流电压 Ur/mv 二极管直流 电压 uD/v 二极管交流 电压 Ud/mV 1 10 353.847mV 9.322 0.65 0.678 4 10 3.296V 9

3、.920 0.704 0.080 五、结论（1）比较直流在 1v 和 4v 两种情况下二极管的直流管压降可知，二极管的直流电流越大，管压降越大，直流管压降不是常量。（2）比较直流在 1v 和 4v 两种情况下二极管的直流管压降可知，二极管的直流电流越大，其交流管压降越小，说明随着静态电流的增大，动态电阻将减少； 两种情况下电阻的交流压降均接近输入交流电压值，说明二极管的动态电阻很小。4 2.81Rb 变化对 Q点和电压放大倍数的影响一、题目研究 Rb 变化对 Q点的和 Au 的影响。二、仿真电路仿真电路如图2.8.1 （a）所示。晶体管采用FMMT5179, 其参数BF=133,RB=5。三、

4、仿真内容（1）分别测量Rb=3M和 3.2M时的 UCEQ和 Au。 由于信号值很小为 1mV,输出电压不失真， 故可以从万用表直流电压（为平均值）档读出静态管压降UCEQ。左边万用表显示Rb=3M时的UCEQ ，右边万用表显示Rb=3.2M时的 UCEQ ，从示波器可读出输出电压的峰值。（2）输入电压峰值逐渐增大至20mV ，观察输出电压波形的变化情况。四、仿真结果（1）Rb=3M和 Rb=3.2M时的 UCEQ和 Au 仿真结果如表2.8.1所示。5 表 2.8.1 仿真数据基极偏置电 阻 Rb/M 直流电压表 读数 UCEQ/V 信号源峰值 UIPP/mV 示波器显示 波 形 峰 值 U

5、OPP/mV ICQ/mA Au 3 8.435 1 111.844 0.66 112 3.2 8,785 1 106.568 0.62 107 （2）将信号源 V1峰值逐渐增大到10mV时输出电压波形正、负半周幅值有明显的差别。 当 V1峰值为 20mV 时，输出电压波形仿真如图所示。正半周幅值为1.703V，负半周幅值为 2.929V，波形明显失真。五、结论（1）Rb增大时， ICQ减小，UCEQ增大， |AU| 减小。（2）在图 2.8.1 所示电路中，若rbbUGS-UGS(th)），即保证电路不失真。（3） 由 UGS（th）=2v、 IDO=199.182mA 和公式DQDOthG

6、SmII Ug)(2，分别计算出Rg2等于 6.0M和 6.1M时的 gm 分别为 13.7mS 和10.4mS, 因此电压放大倍数为Au=-gm（Rd/Rl） -13.7 5 -68 Au=-gm（Rd/Rl） -10.4 5 -52 与仿真结果近似。 说明公式的近似程度很好， 也说明仿真对电路的实际调试具有知道意义。10 3.4.1直接耦合放大电路的调试一、题目两级直接耦合放大电路的测试。二、仿真电路如图（ a）中所示电路为两级直接耦合放大电路，第一级为双端输入，单端输出差分放大电路，第二级为共射电路。由于在分立元件中很难找到在任何温度下均具有完全相同特性的两只晶体管，因而也就很难实现共模

7、抑制比很高的差分放大电路。（a）静态工作点的调试和电压放大倍数的测试（b）共模放大倍数的测试11 三、仿真内容（1）调整电路静态工作点， 使电路在输入电压为零时输出电压为零。用直流电压表测 Q2、Q3 集电极静态电位，测试电路如图（a） 。（2）测试电路的电压放大倍数，输入电压是峰值为2mV 的正弦波，从示波器可读出输出电压的峰值，由此得电压放大倍数。 测试方法如图（a）（3）测试电路共模的抑制比。加共模信号，从示波器可读出输出电压的峰值，得共模放大倍数，从而的共模抑制比。如图（b）所示。四、仿真结果（1）静态工作点的调试结果静态工作点的调试Rc2/K10 9.8 9.7 9.6 9.5 9.

8、4 9.3 9.32 UCQ2 10.68 10.70 10.71 10.73 10.74 10.75 10.76 10.77 UCQ3 4.756 4.336 4.125 3.913 3.702 3.489 3.276 3.319 （2）电压放大倍数的测试结果电压放大倍数的测试输入差模信 号第一级输出 电 压 峰 值 /mV第一级差模 放大倍数第二级输出 电 压 峰 值 /mV第二级差模 放大倍数整个电路的 电压放大倍 数 2 34.014 17 -627.014 -19.760 -336.052 （3）共模放大倍数的测试结果共模放大倍数的测试输入共模信 号电压峰值 /mV 第一级输出 电

9、压 峰 值 /pV 第二级输出 电 压 峰 值 /pV 第一级共模 放大倍数整个电路的 共模放大倍 数共模抑制比100 8.634 157.579 -8.6*10-91.58*10-92.31*101112 五、结论（1）由于直接耦合放大电路各级之间的静态工作点互相影响，一般情况下，应通过 EDA软件调试各级的静态工作点， 基本合适后再搭建电路，进行实际测试。（2）当输入级为差分放大电路时，电路的电压放大倍数是指差模放大倍数。（3）具有理想对称性的差分放大电路抑制共模信号能力很强，因此以他作直接耦合多级放大电路的输入级可提高整个电路的共模抑制比。13 3.4.2消除互补输出级交越失真方法的研究

10、一、题目互补输出级交越失真消除方法的研究。二、仿真电路基本互补电路和消除交越失真的互补输出级如图（a）所示。晶体管采用 NPN 型晶体管 2N3904和 PNP型晶体管 2N3906 。二极管采用1N4009 。（a）静态测试14 （b）动态测试在实际的试验中， 几乎不可能得到具有较为理想的对称性的NPN 型和PNP型，但是在 Multisim中却可以做到。因此我们可以看到只受晶体管输入特性影响 （不受其他因素影响） 所产生的失真和消除这种失真的方法。一、仿真内容（1）利用直流电压表测量两个电路中晶体管基极和发射极电位，得到静态工作点，如图（ a）所示。 。各电压表所测量的电压如图中所标注的。

11、（2）用示波器分别观察两个电路输入信号波形，并测试输出电压的幅值。如图（ b）所示。 Channel A为输入电压波形， Channel B为输出电压波形。四、仿真结果基本互补电路的测试数据直流电压表 1 读数 UBI/mV 直流电压表 1 读数 UEI/mV 输入信号 V1 峰值 /V 输出信号峰值 /V 0 -8.987 2 1.331 15 消除交越失真的互补输出级的测试数据直流电压 表 3 读数 UB3/mV 直 流 电 压 表 4 读数 UB4/mV 直 流 电 压 表5 读数 UB5/mV 输入信号 V2峰值/V Q3基极动 态电位 /V Q4基极动 态电位/V 输出信号 峰值/V

12、 721.256 -721.324 14.705 2 1.406 1.406 五、结论1. 对基本互补电路的测试可以得到如下结论：（1）静态时晶体管基极和发射极的直流电压均为零。（2）由于输入电压小于b-e 间的开启电压时两晶体管均截止， 输出信号波形明显产生了交越失真，且输出电压峰值小于输入电压峰值。2. 对消除交越失真的互补输出级的测试可得到如下结论：（1）晶体管基极直流电位UB3-UB4=721mV ，表明两只管子在静态均处于导通状态，发射极的直流电位UE314.7mV ，很接近零，说明管子具有很好的对称性。UB3-UB4、UE30 的原因在于NPN型晶体管2N3904和 PNP型晶体管

13、 2N3906的不对称性。（2）输入的电压峰值为2V，有效值约为1.414 。在动态中，Ub3=Ub4=1.406Ui ，说明在动态的近似分析中可将Q3和 Q4的基极与输入可看成为一个点。（3）输出电压峰值与输入电压峰值相差无几，且输入信号波形没有产生失真，说明合理设置静态工作点是消除交越失真的基本方法，且使电路的跟随特性更好。16 5.7 静态工作点稳定电路频率响应的研究一、题目研究旁路电容和静态工作点分别对Q点稳定电路频率响应的影响。二、仿真电路仿真如图。晶体管采用高频小信号晶体管ZTX325 。（a）旁路电容 C3变化17 （b）耦合电容 C1变化（c）Re变化三、仿真内容（1）耦合电容

14、 C1和旁路电容 C3分别对低频特性的影响。18 （2）Re变化时，静态工作点对高频特性的影响。四、仿真结果电路参数变化时对频率响应的影响耦合电容C1/uF耦合电容C2/uF旁路电容C3/uF射极电阻Re/ko中频电压 增益/dB下限频率f/Hz上限频率f/MHz10 10 10 1 19.399 1577 3.257 10 10 100 1 19.399 587.802 100 10 10 1 20.054 1577 10 10 10 1.2 19.366 3.484 五、结论（1）实验表明，耦合电容C1从 10uF变为 100uF时下限频率基本不变，而旁路电容 Ce从 10uF变为 100

15、uF时下限频率明显减小。 这一方面说明由于 Ce所在回路的等效电阻最小，要想改善该电路的低平特性应增大 Ce ；另一方面说明在分析电路的下限频率时，如果有一个电容所在回路的下限频率就是整个电路的下限频率，而没有必要计算其他其他电容说确定的下限频率，因而计算前的分析是很重要的。（2）在静态工作点稳定电路中，当射极电阻Re从 1k 变为 1.2k 时，放大管的静态集电极电流减少，使跨导gm减少，从而使 |k|=gmRl 减少，导致 C减少，上限频率 fH增大。上述现象一方面进一步说明增益与带宽的矛盾关系，另一方面说明发射结等效电容与Q点有关，即 Q点的设置将影响上限频率。19 6.8交流负反馈对放

16、大倍数稳定性的影响一、题目负反馈对电压串联负反馈放大电路电压放大倍数稳定性的影响。二、仿真电路仿真电路如图所示。采用虚拟集成运放，运放U1,U2 分别引入了 局 部 电 压 并 联 负 反 馈 ， 其 闭 环 电 压 放 大 倍 数 分 别 为Auf1-Rf1/R1,Auf2-Rf2/R2, 可以认为该负反馈放大电路中基本放大电路的放大倍数AAuf1Auf2整个电路引入了级间电压串联负反馈，闭环电压放大倍数AuffufufufufRRRFFAAAA,12121三、仿真内容分别测量 Rf2=100K和 10k 时的 Auf。从示波器可读出输出电压的幅值，得到电压放大倍数的变化。20 四、仿真结果仿真结果如表所示。仿真结果数据信号源峰 值 Uip/10mV 反馈电阻 Rf2/k运 放U2 输出电压 峰值 Uop闭环电压 放大倍数 Auf电压放大 倍数 Auf1 电压放大 倍数 Auf2 开环电压 放大倍数 A10mV 100 979.939 97.9 -1