《基于Multisim的模拟电路仿真技术-毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于Multisim的模拟电路仿真技术-毕业设计论文.doc（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、海军航空工程学院毕业论文本科毕业设计（论文）题 目 基于Multisim的 模拟电路仿真技术部 系 地方生部 专 业 电子信息工程 学 员 郑怿 指导教员 梁发麦 中国人民解放军海军航空工程学院2007 年 7 月基于Multisim的模拟电路仿真技术摘要：介绍了Multisim 软件的功能和特点，提出运用Multisim 实现模拟电路的仿真方法。通过几个电子原理性电路的仿真实例阐述了模拟电路建立、元器件的选用和仿真参数的设置方法等关健问题，同时得到了正确的仿真结果。关键词：模拟电路；Multisim ；仿真技术；EDA 从20 世纪80 年代以来，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。同
2、时深亚微米半导体工艺、B 表面安装技术的发展又支持了产品集成化程度的进步，使电子产品进入了片上系统（SOC ）时代。另外电子产品厂商不懈追求缩短产品设计周期，从而获取高收益。在这些因素的影响下，EDA 技术应运而生。EDA ( Electronic Design Automation ，电子设计自动化）技术是一门综合了现代电子与计算机技术，以计算机为平台对电子电路、系统或芯片进行设计、仿真和开发的计算机辅助设计技术。利用EDA 技术对电力电子电路进行仿真一直是研究电力电子技术的工程技术人员所期望实现的目标。Multisim 就为此提供了一个良好的平台。在这个平台上可以容易地实现了基本的电力电子
3、电路的仿真，包括不控整流电路、可控整流电路、逆变电路等电路的仿真分析。仿真得到的结果与理论分析的结果基本一致，这对电子电路的设计具有重大的意义。本文主要介绍利用Multisim 10平台对基本电子电路进行仿真的方法，得出与理论相符合的结果，有利于实际的工程设计。1 Multisim 的功能和特点 加拿大Interactive Image Technologie 公司在1958 年推出了一个专门用于电子电路仿真和设计的EDA 工具软件EWB ( Electronics Workbench ）。由于EWB 具有许多突出的优点，引起了电子电路设计工作者的关注，迅速得到了推广使用。但是随着电子技术的飞
4、速发展，EWB 5 . x 版本的仿真设计功能已远远不能满足复杂的电子电路的仿真设计要求。因此IIT 公司将用于电路级仿真设计的模块升级为Multisim ，并于2001 年推出了Multisim 的最新版本Multisim 2001 。 Multisim 2001 继承了 EWB 界面形象直观、操作方便、仿真分析功能强大、分析仪器齐全、易学易用等诸多优点，并在功能和操作上进行了较大改进。主要表现为：增加了射频电路的仿真功能；极大扩充了元器件库；新增了元件编辑器；扩充了电路的测试功能；增加了瓦特表、失真仪、网络分析仪等虚拟仪器，并允许仪器仪表多台同时使用；改进了元件之间的连接方式，允许任意走向
5、；支持VHDL 和Verilog 语言的电路仿真与设计；允许把子电路作为一个元器件使用，允许用户自定义元器件的属性等。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。（一）模拟电路举例：1.1 晶体管基本放大电路 共射极，共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子
6、技术的基础，通过EWB对其进行仿真分析，进一步熟悉三种电路在静态工作点，电压放大倍数，频率特性以及输入，输出电阻等方面各自的不同特点。1.1.1 共射极基本放大电路按图1搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option ）中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等。 （1）.静态工作点分析选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point）（当然，也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量）分析结果表明晶体管工作在放大状态。.动态分析用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅
7、值为5mV,频率为10kH)，用示波器观察到输入，输出波形。由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。.参数扫描分析在图1所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻的阻值大小直接决定了静态电流的大小，保持输入信号不变，改变的阻值，可以观察到输出电压波形的失真情况。选择分析菜单中的参数扫描选项（Analysis/Parameter Sweep Analysis），在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为，参数为电阻，扫描起始值为，终值为，扫描方式为线性，步长增量为，输出节点，扫描用于暂态分析。.频率响应分析选择分析菜单中的交流
8、频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为Hz，终止频率为GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点做输出节点。由图分析可得：当共射极基本放大电路输入信号电压为幅值mV的变频电压时，电路输出中频电压幅值约为.，中频电压放大倍数约为倍，下限频率（）为.Hz，上限频率（）为.MHz，放大器的通频带约为.MHz。由理论分析可得，上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定，输出电阻由集电极电阻限定。1.共集电极基本放大电路（射极输出器）图2为一共集电极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦
9、输入信号（幅值为，频率为10 kHz）采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。用示波器测得电路的输出，输入电压波形，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。 （2）由图所示共集电极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率（）为.GHz，下限频率（）为.Hz，通频带约为.GHz。1.共基极基本放大电路图3为一共基极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kHz)，采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。用示波器测得电路的输出，输入电压波形，选用交流频率分析项分析出电路的频率
10、响应曲线及相关参数。 （3）由图所示共基极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率（）为.Hz，下限频率（）为.Hz，通频带约为.Hz。1.2 场效应管基本放大电路1.2.1 共源极放大电路 （4） 共源极放大电路如图7.2-1所示，Q1选用三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管。按图7.2-1在EWB主界面内搭建电路后，双击Q1，出现三端式增强型N-MOSFET参数设置对话框，选模型 (Model) 项，将库元件设置为默认 (default) ，理想 (ideal) 模式，然后点击对话框右侧编辑 (Edit) 按钮，在 Sheet 1中将跨导系数 (Transconductance coe
11、fficient (KP) 设置为0.001A/V。分析共源极放大电路可参照共射极放大电路的分析过程进行，可根据图4电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得AV的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。1.2.2 共漏极放大电路 （5） 共漏极放大电路如图5所示，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Q1为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析过程可参见7.1节中共集电极放大电路的分析过程进行。可根据图5电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。1.2.3 共栅极放大电路 （6）共栅极放大电路如图6所示
12、，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Q1为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析过程可参见共基极放大电路的分析过程进行。可根据图5电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。1.3场效应管与晶体管组合放大电路场效应管具有输入阻抗高，噪声小等显著特点，但放大能力较弱（小），而半导体三极管具有较强的放大能力（高）和负载能力。若将场效应管与半导体三极管组合使用，就可大大提高和改善放大电路的某些性能指标，扩展场效应管的应用范围。 （7）图7是由场效应管共源极放大电路和晶体管共射极放大电路组成的两极组合放大电路，图
13、中三端式增强型绝缘栅场效应管Q1选用理想模型，将跨导gm设置为0.001A/V，晶体管Q2选用N2222A，其电流放大系数为255.9。先队该电路进行静态分析，再进行动态分析，频率特性分析以及关键元件的参数扫描分析等。1. 静态分析。 选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果。2. 动态分析。 （1）理论分析。 （2）仿真测试分析。用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为5mV,频率为10kHz)，用示波器测得电路的输出，输入电压。再计算出电路的放大倍数。3. 频率特性分析。4. 元件参数扫描分析。1.4差动放大电路差动放大电路是模拟集成电路中使用最广泛的单元电路
14、，它几乎是所有集成运放，数据放大器，模拟乘法器，电压比较器等电路的输入级，又几乎完全决定着这些电路的差模输入特性。共模输入特性，输入失调特性和噪声特性。以下仅对晶体管构成的射极耦合差放和恒流源差放进行仿真分析，对用场效应管构成的差放电路可采用相同方法进行分析。在图8所示差放电路中,晶体管Q1和Q2的发射极通过开关S1与射极电阻R3和Q3构成的恒流源有选择的连接(通过敲击”K”键,选择连接点9或11),完成射极耦合差放和恒流源差放两种电路的转换. （8）1.4.1 射极耦合差放仿真分析按图8搭建电路，选择晶体管Q1，Q2和Q3均为2N2222A，电流 放大系数为200。将开关S1和R3相连，构成射极偶合差放电路。1. 静态分析。 选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果。2. 动态分析。（1） 理论分析。（2） 差模输入仿真测试分析。A。用示波器测量差模电压放大倍数，观察波形相位关系。按单端输入方式（见图8）用仪器库的函数信号发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为10mV,频率为1kHz)。用示波器
