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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑SPICE仿真实验报告 SPICE仿真软件的仿真设计测验报告 二极管、稳压管的仿真模型与正反向特性测试 负反应放大电路参数的仿真分析 姓名：张梦瑶 学号：11122295 学院：机自院自动化系 二极管、稳压管的仿真模型与正反向特性测试 测验内容： 1. 设计二极管、稳压管的仿真模型。 2. 用仿真软件分析二极管、稳压管的正反向特性。 测验分析： 二极管伏安特性是指二极管两端电压与其电流之间的关系，主要特点是单向导电性及非线性，并且易受温度影响。 二极管的伏安特性测试电路可以设计成如下图所示。 用交变电源获得可变的电压，将二极管与电阻串联，将示波器的A通道接在
2、 二极管两端，测量出的是二极管两端的电压VA VD1，将示波器的B通道接在电阻的两端，测出的是电阻两端的电压VB VR1，由于VR1 IR1 ID1,所以VB与ID1R1 成正比，所以切换到示波器的B/A模式就可以查看到二级管的V-I特性曲线了。 同理，稳压管的设计图如下。 仿真结果： （二极管） 仿真后得到的二极管的V-I特性曲线如图： （由于整体的图像太大，不是很直观，因此把V-I的正向和反向特性曲线的放大图也放上来） （稳压管） 仿真后得到的稳压管的V-I特性曲线如图 对稳压管的反向击穿特性放大如图 测验体会及留神事项 二极管的仿真测验设计几经反复，首先是在原理图的设计上就反对了好多个思
3、路，从直流电源的扫描分析改成交流电源；在测量方面，刚开头采用的是电压表和电流表，但是苦于无法绘制曲线，结果改成了便当的示波器。 测验过程中由于参数选取不当，导致展现了屡屡的仿真错误。结果得到的教训是：在选取了某个型号的二极管的后要先查找它的理论参数，然后估算需要的串联电阻大小和电源电压，以免展现不必要的错误。 对仿真后的曲线分析可知：二级管和稳压管的仿真曲线根本类似，识别在于加上反向电压时，稳压管的反向击穿曲线更陡，说明稳压管的稳压特性好。 负反应放大电路参数的仿真分析 Spice是Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis的缩写，是
4、一种功能强大的通用模拟电路仿真器，已经具有几十年的历史了，该程序是美国加利福尼亚大学伯克利分校电工和计算科学系开发的，主要用于集成电路的电路分析程序中，Spice的网表格式变成了通常模拟电路和晶体管级电路描述的标准。 下面来研究负反应对放大电路的影响。 1.测验电路 为了研究负反应对放大电路的影响，首先，要建立起一个测验电路，下图分立元件组成的二级放大电路，采用DIN。开关J1和J2分别由键盘上A,B键操纵开和关, 闭合时分别表示引入电压串联负反应和接入负载。 2.波形的查看及电压放大倍数的计算 2.1开环与闭环的电压放大倍数的对比 （1）测量开环电压放大倍数 按键盘的数字键“1”，将开关k断
5、开，输入正弦电压（V1）峰值为20mV，频率为1kHz。用示波器测得输入、输出的波形如图， 根据输入、输出波形波峰与波谷的幅差值求得：开环电压放大倍数：Av=Vo/Vi=(VB2-VB1)/(VA2-VA1)=6.122V/39.7584Mv=153.998 电路的反应深度：1+AvFv=1+153.998*0.0606=10.332 （2）测量闭环电压放大倍数 按数字“1”键，将开关K1闭合，将示波器输入电压幅值调整为200mV，重复上述过程，测得引入反应后的输入电压波峰与波谷幅差VA2-VA1=39.7584mV；输出电压幅差VB2-VB1=557.9098mV。闭环电压放大倍数：Avt=
6、Vof/Vi=557.9098mV/39.7584mV=14.033。理论值计算：Avf=Av/(1+AvFv)=153.998/10.332=14.905。因此，得出结论：引入负反应后，降低了放大倍数。 2.2开环与闭环的输出电阻对比 （1）测量反应放大器开环时的输出电阻 在放大器开环工作时通过操纵开关K2的断开与闭合。开启数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测试得负载开路时输出电压Vo=2.1827V，负载接入时输出电压Vo=1.2169mV。开环输出电阻：Ro=(Vo/Vo-1)*RL=(2.183/1.217-1)*6.2=4.922k欧。理论计算：Ro=ro/Rc=Rc=5k欧
7、。 （2）测量反应放大器闭环时的输出电阻 在放大器闭环工作时操纵开关K2的断开与闭合。开启数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压：Vof=198.6mV,负载接入时输出电压Vof=186.0mV。闭环输出电阻：Rof=Ro/(Vof/ Vof-1)*RL=(198.6/186.0-1)*6.2=0.420k欧。Rof=Ro/(1+AvFv)=4.922/10.332=0.477。得出结论：引入负反应后输出电阻变小，而放大电阻的影响与反应类型有识别。如影响放大电路的输出电阻与电压或电流反应有关，例中为电压反应使输出电阻降低，反之电流反应使输出电阻提高。另外还可以通过仿真
8、分析得出：串联反应使放大电路的输入电阻增高，并联使之降低。可以从其他的反应仿真得出。 2.3开环与闭环的频率响应对比 （1）测反应放大器开环与闭环时的频率响应 令反应放大器工作在开环状态，选择分析中的交流频率分析项。将交流频率分析 设置对话框中扫描的起始和终止频率分别设置为1Hz和1GHz。扫描形式选择十进制，显示点按缺省设置，纵向标度选择线性，选择节点11为输出节点。按仿真键后，得反应放大器开环频率响应曲线如图。调理两测试指针的位置，使其约为电路输出中频电压幅值的70%（因通频放大倍数A=1/Ao）。从图右边表查得。 电路开环时的下限频率：fl=11.5523Hz 电路开环时的上限频率：fh
9、=979.0145kHz 通频宽带： fbw=fh-fl=979.00kHz (2)令负反应放大器工作在闭环状态下，同理可得放大器闭环频率响应曲线， 电路开环时的下限频率：fl=6.1654Hz 电路开环时的上限频率：fh=11.7262MHz 通频宽带：fbw=fh-fl=11.73MHz 得出结论：负反应能展宽通频带的优点。可是这样的理解：在中频段，开环放大倍数A较高，因而使闭环放大倍数Af降低较多；而在低频段和高频段，A较低，负反应信号也较低，因而使Af降低的较少；如下图，那么将放大电路的通频带展宽了。引入了负反应提高了放大电路的稳定性。 2.4查看引入负反应后对放大器非线性失真的改善处
10、境 在带负载的处境下，通过变更信号发生器中的正弦信号电压的幅值，输入约60mV时不带反应的波形开头展现失真，而带反应电路要在输入电压为500mV才开头展现失真；即在输出电压峰值达成4.5V左右开头展现。图5是采用200mV 的正弦输入，对此有、无负反应处境下的输出电压波形。从图5可看到引入负反应后，非线性失真得到明显的改善，波形正、负周期的对称性明显提高。另外放大倍数比没有负反应的低（实线比虚线的幅值低）。 得出结论：引入负反应改善了波形失真。经过以上总结分析，放大电路中引入了负反应后，虽然放大倍数降低了，但是换来了好多好处，如：提高了放大倍数的稳定性；以及能展宽通频带和改善波形失真等优点。
11、2.5交流分析(AC analysis) 交流分析主要用于计算各节点电压的幅频特性和相频特性。设置 startf requency为1Hz, stop frequency为10GHz, 纵坐标刻度为Decibel, 并选择输出节点作为分析节点。J 1断开和闭合时分别运行交流分析, 可得到图6和图7。在波特图中, 直观地反映了引入负反应后展宽通 频带, 并可测量得无反应时:下限截止频率f L = 1818 Hz,上限截止频率f H = 3198MHz, 通频带f bw 3198MHz。引入反应后: f L = 1117 Hz, f H = 1712 MHz, f bw 1712MHz。 2.6傅
12、里叶分析(fourier analysis) 傅里叶分析是估算时域信号的直流分量、基波分量和谐波分量, 该分析对时域信号举行离散傅里叶变换, 分解电压波形到频域分量。设置 F requency resolution 为1000Hz, 单击Estimate按钮,自动设置Stopp ing time for sampling。选择No rmalize graphs, 纵坐标刻度为Decibel, 选择输出节点作为分析节点。J1断开和闭合时分别运行傅里叶分析, 可得到图5和图6。并测试出无反应时: 总谐波失真系数 THD: 01530 533%。引入反应后: THD:01050 851 3%。直观切
13、实地反映了引入负反应后, 可以减小非线性失真。 3.存在问题 虽然在教学过程中采用仿真分析有不少优势，但也存在问题：（1）由于仿真分析与理论计算的结果很接近，测验数据梦想化，不易于学生察觉问题；（2）虚拟的设备缺乏真实感，在举行过程中对实物只能依靠想象；（3）学生务必纯熟掌管仿真软件的使用。结果指出，虽然通过计算机仿真分析可以解决好多问题，但是想学习得深入的话，还是要通过真实的测验来加强对它的理解。建议在举行仿真测验前或后，最好能举行真实的电子测验。因此计算机仿真分析只是起作为辅佐教学的作用。 结语 通过SPICE的仿真分析，直观形象的反映了放大电路引入负反应后，减小了放大倍数，提高了放大倍数的稳定性，减小了非线性失真和抑制干扰，拓宽了通频带，变更了输入/输出电阻。运用于教学改革中，可以将理论变抽象为感性，抑制传统理论教学中的缺乏。 9
