模拟电路实验仿真

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1、模拟电子电路仿真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7.1-1 搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项( Circuit/Schematic按图o1. 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Q1工作在放大状态。2动态分析用仪器库的函数发生器为

2、电路提供正弦输入信号Vi(幅值为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。3参数扫描分析在图7.1- 1所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻R1的阻值大小直接决定了静 态电流IC的大小，保持输入信号不变，改变R1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R1，参数为电阻，扫描起始值为10 0K，终值为9 0 0 K, 扫

3、描方式为线性，步长增量为4 0 0 K，输出节点5,扫描用于暂态分析。4频率响应分析选择分析菜单中的交流频率分析项(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1 Hz，终止频率为1 GHz，扫描形式为十进制， 纵向刻度为线性，节点5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VI为幅值5mV的变频电压时， 电路输出中频电压幅值约为0.5V，中频电压放大倍数约为-1 0 0倍，下限频率（XI） 为14.2 2Hz,上限频率（X2）为2 5.12MHz,放大器的通频带约为2 5 12 MHz。由理论分析可得，上

4、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R3限定。1.1.2 共集电极基本放大电路（射极输出器）图7 1-7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输入信号 VI （幅值为IV,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。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（X2）为 4.5 0 GHz，下限频率（XI）为2.73Hz，通频带约为4.50 GHz。1.1.3 共基极基

5、本放大电路图7 .1-11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 响 应 曲 线 及 相 关 参 数 。0回回Q1/Q1丄一+丿*、/1OR2/R1IIk Ohm$ R3/R3 + 宀心R1/R233 k OhmC1/C150 uFR4/R42 kOhrf2/C3一 10 uFvooVCC/V1R5/R52 kOhm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

6、上限频率(X2)为27.9 4 MHz，下限频率(XI)为261.01 Hz,通频带约为2 7.9 4 MHz。1.2 场效应管基本放大电路1.2.1 共源极放大电路R1100 kQR2100 knE3E3S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

7、 coefficient (KP) 设置为 0.001A/V。分析共源极放大电路可参照7.1 节中共射极放大电路的分析过程进行，可根据图7.2-1 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Cl1 HFHF/./,.R720 kQR3PFc _u5C220 pF图7.3-1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

8、 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，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

9、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。SI (K：I Space在图7.4-1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”C”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.1.4.1 射极耦合差放仿真分析按图7.4-1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。

10、（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7.4-1）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）。用示波器测得电路的两输出端输 出电压波形。 B。 差模输入频率响应分析。选择分析菜单中的交流频率分析 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1Hz，中指频率为10GHz，扫描形式为十进制i f Spacewv1 11j3 kR oT Wv6 kR 33.V.-S1-|（3），纵向刻度为线性，节点

11、2 为输出点。 C。 差模输入传递函数分析。从 EWB 信号源 库中选择直流电压源（并将其设置为0.001V）,替代仪器库中的函数发生器，做差放电路的 输入信号源，以满足进行传递函数分析时对输入源的要求。射极耦合电路进行差模输入传递 函数分析时的电路连接方式如图7.4-5所示。分析方法同上。 D。 共模输入仿真分析。按 共模输入方式（见图 7.4-8）用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号。用示波器测 得电路的两输出端输出电压波形。1.4.2 恒流源差放仿真分析进一步降低共模放大倍数，提高共模抑制比。因此，这里仅对恒流源差放的共模放大 倍数进行仿真分析。对EWB主界面内所建图7.4-1所示

12、电路，通过敲击“K”键，将 Q1与Q2的射极通过开关S与节点11连接，使其成为恒流源差放电路。调整R6电阻， 使恒流源差放的静态电流与射极耦合差放电路性同，便于两者进行比较。调整函数发 生器，使输入正弦波 VI 的幅值为 100，频率为 1，输入信号以共模方式接入。示波器 接输入电压，接输出电压。最终完成的恒流源差放电路共模放大倍数测试电路如图 7.4-10 所示。分析方法同上。 可见引入恒流源后，差放电路的共模放大倍数大大降低，共模抑制比大大提高，加 强了抑制零点漂移的能力。1.5集成运算放大器运算放大器的类型很多，电路也不尽相同，但在电路结构上有共同之处。一般可分 为三部分，即差动输入级，

13、电压放大中间级和输出级。输入级一般是有晶体管或场效应管组成的差动式放大电路，利用差放电路的对称性 可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相 输入端和同相输入端。电压放大级主要作用是提高电压放大倍数，它可由一级或多级放大 电路组成。输出级一般由射极跟随器或互补射极跟随器组成，主要作用是提高输出功率。图7.5-1是在EWB主界面内搭建的一个简单的集成运算放大器，QI, Q2组成差动式放大 器，信号由双端输入，单端输出。 Q3， Q4 组成复合管共射极放大电路，以提高整个电路 的电压放大倍数。输出极由Q5, Q6组成的两极射极跟随器构成，不仅可以提高带负载能 力，而且与 R5 配合，可使直流电位步步降低，实现输入信号电压 Vi 为零时，输出电压 Vo=0。输入端Vi-运放的反相输入端，Vi+是同相输入端。集成运放的仿真分析：1. 静态分析 令输入信号电压为零(两输入端接地)，选择分析菜单中的直流工作点分析项 (Analysis/DC Operating Point)，分析结果后，观察输出端V