基于Multisim的模擬電路仿真技術(shù)畢業(yè)設(shè)計論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 基于multisim的 模擬電路仿真技術(shù)部 系 地方生部 專 業(yè) 電子信息工程 學 員 鄭懌 指導教員 梁發(fā)麥 中國人民解放軍海軍航空工程學院2007 年 7 月基于multisim的模擬電路仿真技術(shù)摘要：介紹了multisim 軟件的功能和特點，提出運用multisim 實現(xiàn)模擬電路的仿真方法。通過幾個電子原理性電路的仿真實例闡述了模擬電路建立、元器件的選用和仿真參數(shù)的設(shè)置方法等關(guān)健問題，同時得到了正確的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：模擬電路；multisim ；仿真技術(shù)；eda 從20 世紀80 年代以來，電子系統(tǒng)日趨數(shù)字化、復雜化和大規(guī)模集成化。同時深亞微米半導體工藝、b

2、 表面安裝技術(shù)的發(fā)展又支持了產(chǎn)品集成化程度的進步，使電子產(chǎn)品進入了片上系統(tǒng)（soc ）時代。另外電子產(chǎn)品廠商不懈追求縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，從而獲取高收益。在這些因素的影響下，eda 技術(shù)應運而生。eda ( electronic design automation ，電子設(shè)計自動化）技術(shù)是一門綜合了現(xiàn)代電子與計算機技術(shù)，以計算機為平臺對電子電路、系統(tǒng)或芯片進行設(shè)計、仿真和開發(fā)的計算機輔助設(shè)計技術(shù)。利用eda 技術(shù)對電力電子電路進行仿真一直是研究電力電子技術(shù)的工程技術(shù)人員所期望實現(xiàn)的目標。multisim 就為此提供了一個良好的平臺。在這個平臺上可以容易地實現(xiàn)了基本的電力電子電路的仿真，包括不控整流

3、電路、可控整流電路、逆變電路等電路的仿真分析。仿真得到的結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本一致，這對電子電路的設(shè)計具有重大的意義。本文主要介紹利用multisim 10平臺對基本電子電路進行仿真的方法，得出與理論相符合的結(jié)果，有利于實際的工程設(shè)計。1 multisim 的功能和特點 加拿大interactive image technologie 公司在1958 年推出了一個專門用于電子電路仿真和設(shè)計的eda 工具軟件ewb ( electronics workbench ）。由于ewb 具有許多突出的優(yōu)點，引起了電子電路設(shè)計工作者的關(guān)注，迅速得到了推廣使用。但是隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，ewb 5 .

4、x 版本的仿真設(shè)計功能已遠遠不能滿足復雜的電子電路的仿真設(shè)計要求。因此iit 公司將用于電路級仿真設(shè)計的模塊升級為multisim ，并于2001 年推出了multisim 的最新版本multisim 2001 。 multisim 2001 繼承了 ewb 界面形象直觀、操作方便、仿真分析功能強大、分析儀器齊全、易學易用等諸多優(yōu)點，并在功能和操作上進行了較大改進。主要表現(xiàn)為：增加了射頻電路的仿真功能；極大擴充了元器件庫；新增了元件編輯器；擴充了電路的測試功能；增加了瓦特表、失真儀、網(wǎng)絡分析儀等虛擬儀器，并允許儀器儀表多臺同時使用；改進了元件之間的連接方式，允許任意走向；支持vhdl 和ver

5、ilog 語言的電路仿真與設(shè)計；允許把子電路作為一個元器件使用，允許用戶自定義元器件的屬性等。 工程師們可以使用multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。multisim提煉了spice仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的spice技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學教育。通過multisim和虛擬儀器技術(shù)，pcb設(shè)計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。（一）模擬電路舉例：1.1 晶體管基本放大電路 共射極，共集電極和共基極三種組態(tài)的基本放大電路是模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)，通過ewb對

6、其進行仿真分析，進一步熟悉三種電路在靜態(tài)工作點，電壓放大倍數(shù)，頻率特性以及輸入，輸出電阻等方面各自的不同特點。1.1.1 共射極基本放大電路按圖1搭建共射極基本放大電路，選擇電路菜單電路圖選項（circuit/schematic option ）中的顯示/隱藏(show/hide)按鈕，設(shè)置并顯示元件的標號與數(shù)值等。 （1）.靜態(tài)工作點分析選擇分析菜單中的直流工作點分析選項（analysis/dc operating point）（當然，也可以使用儀器庫中的數(shù)字多用表直接測量）分析結(jié)果表明晶體管工作在放大狀態(tài)。.動態(tài)分析用儀器庫的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號vi(幅值為5mv,頻率為10k

7、h)，用示波器觀察到輸入，輸出波形。由波形圖可觀察到電路的輸入，輸出電壓信號反相位關(guān)系。再一種直接測量電壓放大倍數(shù)的簡便方法是用儀器庫中的數(shù)字多用表直接測得。.參數(shù)掃描分析在圖1所示的共射極基本放大電路中，偏置電阻的阻值大小直接決定了靜態(tài)電流的大小，保持輸入信號不變，改變的阻值，可以觀察到輸出電壓波形的失真情況。選擇分析菜單中的參數(shù)掃描選項（analysis/parameter sweep analysis），在參數(shù)掃描設(shè)置對話框中將掃描元件設(shè)為，參數(shù)為電阻，掃描起始值為，終值為，掃描方式為線性，步長增量為，輸出節(jié)點，掃描用于暫態(tài)分析。.頻率響應分析選擇分析菜單中的交流頻率分析項（analys

8、is/ac frequency analysis）在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)定：掃描起始頻率為hz，終止頻率為ghz，掃描形式為十進制，縱向刻度為線性，節(jié)點做輸出節(jié)點。由圖分析可得：當共射極基本放大電路輸入信號電壓為幅值mv的變頻電壓時，電路輸出中頻電壓幅值約為.，中頻電壓放大倍數(shù)約為倍，下限頻率（）為.hz，上限頻率（）為.mhz，放大器的通頻帶約為.mhz。由理論分析可得，上述共射極基本放大電路的輸入電阻由晶體管的輸入電阻rbe限定，輸出電阻由集電極電阻限定。1.共集電極基本放大電路（射極輸出器）圖2為一共集電極基本放大電路，用儀器庫的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號（幅值為，頻率為

9、10 khz）采用與共射極基本放大電路相同的分析方法獲得電路的靜態(tài)工作點分析結(jié)果。用示波器測得電路的輸出，輸入電壓波形，選用交流頻率分析項分析出電路的頻率響應曲線及相關(guān)參數(shù)。 （2）由圖所示共集電極基本放大電路的頻率響應曲線可求得：電路的上限頻率（）為.ghz，下限頻率（）為.hz，通頻帶約為.ghz。1.共基極基本放大電路圖3為一共基極基本放大電路，用儀器庫的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號vi(幅值為5mv,頻率為10khz)，采用與共射極基本放大電路相同的分析方法獲得電路的靜態(tài)工作點分析結(jié)果。用示波器測得電路的輸出，輸入電壓波形，選用交流頻率分析項分析出電路的頻率響應曲線及相關(guān)參數(shù)。 （

10、3）由圖所示共基極基本放大電路的頻率響應曲線可求得：電路的上限頻率（）為.hz，下限頻率（）為.hz，通頻帶約為.hz。1.2 場效應管基本放大電路1.2.1 共源極放大電路 （4） 共源極放大電路如圖7.2-1所示，q1選用三端式增強型n溝道絕緣柵場效應管。按圖7.2-1在ewb主界面內(nèi)搭建電路后，雙擊q1，出現(xiàn)三端式增強型n-mosfet參數(shù)設(shè)置對話框，選模型 (model) 項，將庫元件設(shè)置為默認 (default) ，理想 (ideal) 模式，然后點擊對話框右側(cè)編輯 (edit) 按鈕，在 sheet 1中將跨導系數(shù) (transconductance coefficient (kp

11、) 設(shè)置為0.001a/v。分析共源極放大電路可參照共射極放大電路的分析過程進行，可根據(jù)圖4電路參數(shù)和共源極放大器的電壓放大倍數(shù)表達式求得av的理論計算值，然后與仿真實測值進行比較。1.2.2 共漏極放大電路 （5） 共漏極放大電路如圖5所示，按圖在ewb主界面內(nèi)搭建電路后，選q1為理想三端式增強型n溝道絕緣柵場效應管，并將跨導值設(shè)置為0.001a/v。電路仿真分析過程可參見7.1節(jié)中共集電極放大電路的分析過程進行。可根據(jù)圖5電路參數(shù)和共源極放大器的電壓放大倍數(shù)表達式求得a的理論計算值，然后與仿真實測值進行比較。1.2.3 共柵極放大電路 （6）共柵極放大電路如圖6所示，按圖在ewb主界面內(nèi)搭

12、建電路后，選q1為理想三端式增強型n溝道絕緣柵場效應管，并將跨導值設(shè)置為0.001a/v。電路仿真分析過程可參見共基極放大電路的分析過程進行。可根據(jù)圖5電路參數(shù)和共源極放大器的電壓放大倍數(shù)表達式求得a的理論計算值，然后與仿真實測值進行比較。1.3場效應管與晶體管組合放大電路場效應管具有輸入阻抗高，噪聲小等顯著特點，但放大能力較弱（?。雽w三極管具有較強的放大能力（高）和負載能力。若將場效應管與半導體三極管組合使用，就可大大提高和改善放大電路的某些性能指標，擴展場效應管的應用范圍。 （7）圖7是由場效應管共源極放大電路和晶體管共射極放大電路組成的兩極組合放大電路，圖中三端式增強型絕緣柵場效

13、應管q1選用理想模型，將跨導gm設(shè)置為0.001a/v，晶體管q2選用n2222a，其電流放大系數(shù)為255.9。先隊該電路進行靜態(tài)分析，再進行動態(tài)分析，頻率特性分析以及關(guān)鍵元件的參數(shù)掃描分析等。1. 靜態(tài)分析。 選擇分析菜單中的直流工作點分析項，獲得電路靜態(tài)分析結(jié)果。2. 動態(tài)分析。 （1）理論分析。 （2）仿真測試分析。用儀器庫的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號(vi的幅值為5mv,頻率為10khz)，用示波器測得電路的輸出，輸入電壓。再計算出電路的放大倍數(shù)。3. 頻率特性分析。4. 元件參數(shù)掃描分析。1.4差動放大電路差動放大電路是模擬集成電路中使用最廣泛的單元電路，它幾乎是所有集成運放，

14、數(shù)據(jù)放大器，模擬乘法器，電壓比較器等電路的輸入級，又幾乎完全決定著這些電路的差模輸入特性。共模輸入特性，輸入失調(diào)特性和噪聲特性。以下僅對晶體管構(gòu)成的射極耦合差放和恒流源差放進行仿真分析，對用場效應管構(gòu)成的差放電路可采用相同方法進行分析。在圖8所示差放電路中,晶體管q1和q2的發(fā)射極通過開關(guān)s1與射極電阻r3和q3構(gòu)成的恒流源有選擇的連接(通過敲擊”k”鍵,選擇連接點9或11),完成射極耦合差放和恒流源差放兩種電路的轉(zhuǎn)換. （8）1.4.1 射極耦合差放仿真分析按圖8搭建電路，選擇晶體管q1，q2和q3均為2n2222a，電流 放大系數(shù)為200。將開關(guān)s1和r3相連，構(gòu)成射極偶合差放電路。1.

15、靜態(tài)分析。 選擇分析菜單中的直流工作點分析項，獲得電路靜態(tài)分析結(jié)果。2. 動態(tài)分析。（1） 理論分析。（2） 差模輸入仿真測試分析。a。用示波器測量差模電壓放大倍數(shù)，觀察波形相位關(guān)系。按單端輸入方式（見圖8）用儀器庫的函數(shù)信號發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號(vi的幅值為10mv,頻率為1khz)。用示波器測得電路的兩輸出端輸出電壓波形。 b。 差模輸入頻率響應分析。選擇分析菜單中的交流頻率分析項（analysis/ac frequency analysis），在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)定：掃描起始頻率為1hz，中指頻率為10ghz，掃描形式為十進制 （9）(3)，縱向刻度為線性，節(jié)點2為輸

16、出點。 c。 差模輸入傳遞函數(shù)分析。從ewb信號源庫中選擇直流電壓源（并將其設(shè)置為0.001v），替代儀器庫中的函數(shù)發(fā)生器，做差放電路的輸入信號源，以滿足進行傳遞函數(shù)分析時對輸入源的要求。射極耦合電路進行差模輸入傳遞函數(shù)分析時的電路連接方式如圖9-1所示。分析方法同上。 d。 共模輸入仿真分析。 按共模輸入方式（見圖9-2）用儀器庫的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號。用示波器測得電路的兩輸出端輸出電壓波形。1.4.2 恒流源差放仿真分析 （10）差放電路引入恒流源替代射極偏置電阻，對差動放大倍數(shù)沒有影響，主要是為了進一步降低共模放大倍數(shù)，提高共模抑制比。因此，這里僅對恒流源差放的共模放大倍數(shù)進

17、行仿真分析。對ewb主界面內(nèi)所建圖8所示電路，通過敲擊“k”鍵，將q1與q2的射極通過開關(guān)s與節(jié)點11連接，使其成為恒流源差放電路。調(diào)整r6電阻，使恒流源差放的靜態(tài)電流與射極耦合差放電路性同，便于兩者進行比較。調(diào)整函數(shù)發(fā)生器，使輸入正弦波vi的幅值為100，頻率為1，輸入信號以共模方式接入。示波器接輸入電壓，接輸出電壓。最終完成的恒流源差放電路共模放大倍數(shù)測試電路如圖10所示。分析方法同上。可見引入恒流源后，差放電路的共模放大倍數(shù)大大降低，共模抑制比大大提高，加強了抑制零點漂移的能力。1.5集成運算放大器 運算放大器的類型很多，電路也不盡相同，但在電路結(jié)構(gòu)上有共同之處。一般可分為三部分，即差動

18、輸入級，電壓放大中間級和輸出級。 輸入級一般是有晶體管或場效應管組成的差動式放大電路，利用差放電路的對稱性可以提高整個電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個輸入端構(gòu)成整個電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級主要作用是提高電壓放大倍數(shù)，它可由一級或多級放大電路組成。輸出級一般由射極跟隨器或互補射極跟隨器組成，主要作用是提高輸出功率。 （11）圖11是在ewb主界面內(nèi)搭建的一個簡單的集成運算放大器，q1，q2組成差動式放大器，信號由雙端輸入，單端輸出。q3，q4組成復合管共射極放大電路，以提高整個電路的電壓放大倍數(shù)。輸出極由q5，q6組成的兩極射極跟隨器構(gòu)成，不僅可以提高帶負載能力，而且與

19、r5配合，可使直流電位步步降低，實現(xiàn)輸入信號電壓vi為零時，輸出電壓vo=0。輸入端vi-運放的反相輸入端，vi+是同相輸入端。集成運放的仿真分析：1. 靜態(tài)分析 令輸入信號電壓為零（兩輸入端接地），選擇分析菜單中的直流工作點分析項（analysis/dc operating point），分析結(jié)果后，觀察輸出端vo（節(jié)點19）直流電位是否為零？若不為零，則調(diào)整r5的阻值，使輸出端電位為零。3. 動態(tài)分析（1） 傳函數(shù)分析 將簡單集成運放的同相和反相輸入端分別接入信號源庫中的直流電壓源，并將其電壓值設(shè)置為1mv，其連接方式如圖12所示。 （12）a 同相輸入方式下的傳遞函數(shù)分析選擇分析菜單中的

20、傳遞函數(shù)分析項（analysis/transfer function analysis），在隨后出現(xiàn)的傳遞函數(shù)分析設(shè)置對話框中設(shè)置輸入源為v4，分別設(shè)置輸出端為節(jié)點15，10和19。每重設(shè)一次仿真按鈕（simulate），進行一次傳遞函數(shù)仿真分析。b 反相輸入方式下的傳遞函數(shù)分析選擇分析菜單中的傳遞函數(shù)分析相（analysis/transfer function analysis），在隨后出現(xiàn)的傳遞函數(shù)分析設(shè)置對話框中設(shè)置輸入源為v3，設(shè)置輸出端為節(jié)點19。（2） 工作電壓波形測試。 a 反相輸入方式波形測試。 按差模單端輸入方式，將儀器庫的函數(shù)發(fā)生器為電路提供的正弦輸入信號（vi的幅值為2m

21、v，頻率為1khz）接在反相與同相端之間，并將同相輸入端接地，其連接方式如圖13所示。用示波器測得電路的反相輸入端（v-）和輸出端（vo）電壓波形。 （13) b 同相輸入方式波形測試。按差模單端輸入方式，將儀器庫的函數(shù)發(fā)生器為電路提供的正弦輸入信號（vi的幅值為2mv，頻率為1khz）接在同相與反相端之間，并將反相輸入端接地。用示波器測得電路的同相輸入端（v+）和輸出端（vo）電壓波形。對簡單集成運放波形測試的結(jié)果與傳遞函數(shù)分析結(jié)果完全一致，通過示波器對輸入，輸出波形的觀測，直觀的反映出運放同相輸入端和反相輸入端與輸出端之間的相位關(guān)系。1.6功率放大電路在電子電路中，人們對電壓放大器的主要要

22、求是使負載得到不失真的電壓信號，其考核的主要指標是電壓放大倍數(shù)，輸入和輸出電阻等，對輸出功率基本沒有較高要求。而功率放大器則不同，對它的主要要求是具有一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?，通常是在大信號下工作，因此著重要解決好輸出功率大，效率高和非線性失真之間的矛盾。以下分別對雙電源和單電源互補對稱功放電路進行仿真分析。1.6.1雙電源互補對稱（ocl）功放電路 (14)圖14為采用雙電源的互補對稱功放電路（也稱ocl電路），調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器，令輸入正弦波電壓vi峰值為10v，頻率為1khz圖中d1，d2和rw為t1，t2提供適當靜態(tài)偏置，克服由晶體管門坎電壓造成的交越失真。用示波器同時觀察輸入

23、，輸出波形，敲擊r鍵，調(diào)節(jié)rw的大小，改變t1，t2的偏置電壓，直至消除交越失真為止。敲擊a鍵，改變開關(guān)s1的通斷，可以觀察到交越失真現(xiàn)象。1.6.2單電源互補對稱（otl）功放電路圖15為一帶自舉電路的單電源互補對稱功放電路（也稱otl電路），按圖連接好電路之后，敲擊r鍵，調(diào)節(jié)rw2使k點直流電位為1/2vcc。調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器使輸入正弦電壓（vi）峰值10mv，頻率為1khz。用示波器同時觀察輸入（va），輸出（vb）電壓波形，敲擊w鍵，調(diào)節(jié)rw1可以克服交越失真。 (15)圖中電阻r與電容c組成自舉電路，用來提高輸出電壓正半周的峰值?？赏ㄟ^電容c斷開與接入時輸出電壓正半周的變化來觀察自舉

24、電路的作用。用示波器測得單電源互補對稱功放電路輸入（va），輸出（vb）工作電壓波形。與上一個波形相比，可見，單電源互補對稱功放電路與雙電源功放電路相比，輸出電壓正，負兩半周對稱性稍差。1.7 負反饋放大器 圖16為一分立元件構(gòu)成的兩級共射放大電路，電路引入交流電壓串聯(lián)負反饋，反饋網(wǎng)絡由ref，rf和cf組成。通過開關(guān)so的通斷，控制反饋網(wǎng)絡的接入與斷開。開關(guān)s1的通斷，控制著負載電阻（rl）的接入與通斷。以下通過對該電路的仿真分析，驗證負反饋的基本理論，并進一步加深對這些基本理論的理解。 (16)電路的反饋系數(shù)：fv=0.071. 測量開環(huán)電壓放大倍數(shù)敲擊c鍵，將開關(guān)so斷開，輸入正弦電壓（

25、vi）峰值為20mv，頻率為1khz。用示波器測量輸入，輸出電壓的峰值vo（將示波器面板展開，拖曳讀數(shù)指針讀?。?。2. 測量閉電壓放大倍數(shù)敲擊c鍵，將開關(guān)s0閉合，將輸入電壓幅值調(diào)整為200mv，重復上述過程，測得引入反饋后的輸入，輸出電壓波形。3. 測量反饋放大器開環(huán)時的輸出電阻在放大器開環(huán)時通過敲擊b鍵，控制開關(guān)s1的斷開與閉合。打開數(shù)字多用表，置于正弦電壓有效值測試檔，分別測得負載開路時輸出電壓和負載接入時輸出電壓，并算出ro4. 測量反饋放大器閉環(huán)時的輸出電阻在放大器閉環(huán)工作時通過敲擊b鍵，控制開關(guān)s1的斷開與閉合。打開數(shù)字多用表，置于正弦電壓有效值測試檔，分別測得負載開路時輸出電壓和

26、負載接入時輸出電壓，并算出ro5. 測量反饋放大器開環(huán)時的頻率響應令放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，選擇ewb分析菜單中的交流頻率分析項，將交流頻率分析設(shè)置對話框中掃描的起始和終止頻率分別設(shè)置為1hz和1ghz，掃描形式選擇十進制，顯示點數(shù)按缺省設(shè)置，縱向標度選擇線性，選擇節(jié)點8作輸出節(jié)點。按仿真鍵后，得到反饋放大器開環(huán)頻率響應曲線。6. 測量反饋放大器閉環(huán)時的頻率響應令放大器工作在閉環(huán)狀態(tài)，選擇ewb分析菜單中的交流頻率分析項，對話框參數(shù)設(shè)置與開環(huán)時的設(shè)置相同。按仿真鍵后，得到放大器閉環(huán)頻率響應曲線。7 觀察引入負反饋和無反饋對放大器非線性失真的改善在有負反饋和無反饋兩種情況下，分別增加輸入正弦信號電

27、壓的幅值，是輸出電壓峰值均達到4.5v左右，對比有，無負反饋情況下的輸出波形，可看到引入負反饋后，非線性失真得到明顯改善（波形正，負兩半周的對稱性明顯提高）。1.8 rc正弦波振蕩電路 rc正弦波振蕩主要討論以下電路：二極管穩(wěn)幅的rc橋式振蕩器，rc移相式振蕩器，場效應管穩(wěn)幅的橋式振蕩器和rc雙t反饋式振蕩器，只要按圖示元件參數(shù)連接好電路，將儀器庫中的示波器連接到振蕩器的輸出端vo，打開電源開關(guān)，即可觀察到振蕩器的輸出正弦電壓波形，通過這些電路，我們可以對rc振蕩器的振蕩條件，起振過程，穩(wěn)幅措施以及選頻網(wǎng)絡的選頻特性等做較深入研究。另外，還可以由示波器測出電路的振蕩周期和振蕩頻率，然后與理論值

28、加以比較，從而加深對基本理論的理解。1.8.1 二極管穩(wěn)幅的rc橋式振蕩器 (17)圖17是一個二極管穩(wěn)幅的rc橋式振蕩電路，電路中r1，r2，c1，c2構(gòu)成r，c串，并聯(lián)選頻網(wǎng)絡。我們首先對選頻網(wǎng)絡進行選頻特性分析，在ewb主界面內(nèi)重建選頻網(wǎng)絡電路 （18） 如圖18所示規(guī)定好電路的輸入，輸出節(jié)點，用儀器庫的函數(shù)發(fā)生器在輸入端加交流正弦電壓（vi幅值為5v，頻率為10khz。選擇分析菜單中交流頻率分析項分析選頻網(wǎng)絡后得幅頻響應和相頻響應曲線。 振蕩電路中二極管d1，d2構(gòu)成穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)r4可觀察幅度條件改變對振蕩的影響?？刂崎_關(guān)s1的通，斷（或者通斷電源）可由示波器觀察振蕩器起振與穩(wěn)幅過程

29、。1.8.2 場效應管穩(wěn)幅的rc橋式振蕩器 （19）圖19為一采用場效應管穩(wěn)幅的rc橋式振蕩器，在此電路中，由q1，r3，r6構(gòu)成穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。c3，r5，r7，r4，d1各元件組成輸出電壓負半波整流濾波電路，為n溝道結(jié)型場效應管q1提供一可調(diào)的直流負偏壓，以調(diào)整場效應管的溝道電阻。 當電路連接完畢進行仿真實驗時，可先調(diào)r5使q1的柵偏壓為零（柵極接地），再調(diào)整r6使電路產(chǎn)生振蕩（此時輸出電壓波形失真較嚴重），此時再調(diào)節(jié)r5增加q1的柵極負偏壓值，輸出電壓波形失真會得到明顯改善，直到滿意為止。 電路的起振與穩(wěn)幅過程說明如下：電路起振時，輸出電壓為零，二極管d1截止，q1柵偏壓為零，溝道電阻小，放大

30、器電壓放大倍數(shù)大，因為電路滿足振蕩條件，所以輸出電壓波形幅值將由零開始急劇增大。隨著輸出電壓幅值的增大，二極管d1導通，q1的負柵壓伴隨著輸出電壓幅值增大而增大。受不斷增大的負柵壓影響，q1的溝道電阻也在不斷增大，與此同時受q1溝道電阻增大的影響放大器的電壓放大倍數(shù)也在不斷減小。如果r6和r5參數(shù)調(diào)整合適，在輸出電壓峰值產(chǎn)生非線性失真之前，電路的環(huán)路放大倍數(shù)：af由大于1減小到等于1。此時輸出電壓穩(wěn)定，整個振蕩電路的起振與穩(wěn)幅過程結(jié)束。1.8.3 rc移相式振蕩器 rc移相式正弦振蕩如圖20所示， （20）該電路是由反相放大器與三節(jié)rc移相網(wǎng)絡組成，因為未采取穩(wěn)幅措施，所以輸出波形頂部有明顯的

31、非線性失真。要滿足振蕩相位條件，要求rc移相網(wǎng)絡完成180度相移。因為一節(jié)rc移相網(wǎng)絡的極限為90度。因此，必須采用三節(jié)（或三節(jié)以上）rc移相網(wǎng)絡，才能實現(xiàn)180度相移。1.8.4 rc雙t反饋式振蕩器 （21） 圖21為一rc雙t反饋式振蕩器，其中c1，c2，c3，r3，r4，r5組成雙t負反饋網(wǎng)絡（完成選頻作用）。電路中兩穩(wěn)壓管dz1,dz2具有穩(wěn)幅的功能，用來改善輸出波形。 我們首先對雙t負反饋網(wǎng)絡的選頻特性進行分析，在ewb主界面內(nèi)重建雙t網(wǎng)絡電路如圖22所示。 （22）規(guī)定好電路的輸入，輸出節(jié)點，用儀器庫的函數(shù)發(fā)生器在輸入端加交流正弦電壓（vi的幅值為5v，頻率為10khz）。以節(jié)點

32、8為輸出端。選擇分析菜單中交流頻率分析項分析雙t網(wǎng)絡后得幅頻響應和相頻響應曲線。1.9 lc正弦波振蕩器 lc振蕩器主要用來產(chǎn)生高頻正弦信號。振蕩器的選頻網(wǎng)絡是由電感和電容組成，一般可分為變壓器反饋式和三點式等類型。1.9.1 lc并聯(lián)諧振回路的選頻特性 lc并聯(lián)諧振回路決定了 lc振蕩器的振蕩頻率，下面通過交流頻率分析，說明lc并聯(lián)諧振賄賂的選頻特性 （23） 在ewb主界面內(nèi)搭建一lc并聯(lián)諧振測試電路如圖23所示，在信號源庫內(nèi)選擇正弦交流電壓源做其激勵信號，選擇分析菜單中的交流頻率分析項，在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置掃描的起始與終止頻率分別為200hz和1ghz，掃描形式為十進制，顯

33、示點數(shù)為缺省設(shè)置，縱向尺度為線性，分析輸出為節(jié)點1。點擊仿真按鈕得到交流頻率仿真結(jié)果。1.9.2 變壓器反饋式lc振蕩器 在ewb主界面內(nèi)搭建變壓器反饋式振蕩電路如圖24所示， （24）變壓器t1作反饋元件，其二次繞組與電容c1構(gòu)成并聯(lián)諧振選頻網(wǎng)絡。將變壓器的電感量設(shè)置為0.001h，電容c1的容量設(shè)置為0.001微f。反饋量由二次繞組抽頭引入共基極放大器的輸入端，可以減小放大器輸入阻抗對lc并聯(lián)諧振回路品質(zhì)因數(shù)（q）值的影響。 選擇分析菜單中的直流工作點分析項，對振蕩電路靜態(tài)情況進行分析，分析結(jié)果表明放大器工作正常。1.9.3 三點式lc振蕩器 （25）圖25為一三點式lc正弦波振蕩器，分析

34、如下：（1） 判斷該電路屬何種類型三點式電路（2） 用分析菜單中的直流工作點分析項分析電路的靜態(tài)工作點。（3） 用儀器庫中的示波器測量電路的振蕩頻率。（4） 通過理論分析求得電路的振蕩頻率并與實測值進行比較。1.10 運算放大器組成的信號運算電路1.10.1 反相比例運算電路 （26） 在ewb主界面內(nèi)搭建反相比例運算電路如圖26所示，將輸入直流電壓源設(shè)定為1v，在顯示器件庫內(nèi)選擇電壓表接于輸出端（接點2）。電路連接完畢，將電源開關(guān)閉合，電路運算結(jié)果即顯示于電壓表內(nèi)（本例內(nèi)輸出電壓為10v）。 運算關(guān)系：vo=（r1/r2）*v1=10v1=10v，反相比例系數(shù)為10。 選擇分析菜單中的傳遞函

35、數(shù)分析選項，在傳遞函數(shù)分析參數(shù)設(shè)置對話框中將輸入源設(shè)置v1，輸出端設(shè)置為節(jié)點2，點仿真按鈕后，得到傳遞函數(shù)分析結(jié)果。1.10.2 同相比例運算電路 同相比例運算電路如圖27所示。 （27）運算關(guān)系式：vo=（1+r3/r2）*v1=11v1=11v，同相比例系數(shù)為11。 選擇分析菜單中的傳遞函數(shù)分析選項，在傳遞函數(shù)分析參數(shù)設(shè)置對話框中將輸入源設(shè)置v1，輸出端設(shè)置為節(jié)點4，點仿真按鈕后，得到傳遞函數(shù)分析結(jié)果。1.10.3 加法運算電路 加法運算電路如圖28所示。 （28） 運算關(guān)系式：vo=（r3/r1）*v1+（r3/r2）*v2=（5）v1+（4）v2=7v。 選擇分析菜單中的傳遞函數(shù)分析選

36、項，在傳遞函數(shù)分析參數(shù)設(shè)置對話框中將輸入源分別設(shè)置為v1和v2，輸出端設(shè)置為節(jié)點1，點兩次仿真按鈕后，得到傳遞函數(shù)分析結(jié)果。1.10.4 減法運算電路 （29）電路如圖29所示。 運算關(guān)系式：vo=（r1+r4/r1）*（r3/r2+r3）（r4/r1）*v1=5v25v1=5v。 選擇分析菜單中的傳遞函數(shù)分析選項，在傳遞函數(shù)分析參數(shù)設(shè)置對話框中將輸入源分別設(shè)置為v1和v2，輸出端設(shè)置為節(jié)點1，點兩次仿真按鈕后，得到傳遞函數(shù)分析結(jié)果。1.10.5 積分運算電路 電路如圖30所示。 （30） 敲擊b鍵，撥動開關(guān)s2，令積分電路輸入端接1v直流電壓。敲擊d鍵，通過開關(guān)s1的通斷，在示波器上觀察積分

37、過程。 積分關(guān)系式：vo=v1/rc*t。 設(shè)置函數(shù)發(fā)生器輸出（頻率5hz，占空比50%，幅度1v）連續(xù)方波電壓，撥動開關(guān)s2，將方波輸入積分器，由示波器同時觀察積分器的輸入（va）和輸出(vb)電壓波形。由圖可知，積分器可以將連續(xù)的方波信號電壓轉(zhuǎn)換為連續(xù)的三角波電壓。1.10.6 微分運算電路 微分電路如圖31所示 （31） 將函數(shù)發(fā)生器設(shè)置為連續(xù)方波（頻率5hz，占空比50%，幅度1v）輸出方式，將其連接到微分器的輸入端。由示波器同時觀察積分器的輸入（va）和輸出(vb)電壓波形。由圖可知，積分器可以將連續(xù)的方波轉(zhuǎn)換為正負相間的連續(xù)尖脈沖。1.10.7 儀用測量放大器 圖32所示電路，是一

38、個具有高輸入阻抗，低輸出阻抗的儀用測量放大器。 （32） 理論分析得： 基本運算關(guān)系式為：vo=（r4/r3）*（1+2r2/r1）*（v2v1）=110（v2v1） 放大倍數(shù)（傳遞函數(shù)）：av=vo/（v2v1）=110 選擇分析菜單中的傳遞函數(shù)分析選項，在傳遞函數(shù)分析參數(shù)設(shè)置對話框中將輸入源設(shè)置為v1，輸出端設(shè)置為節(jié)點9，點仿真按鈕后，得到傳遞函數(shù)分析結(jié)果。1.11 模擬乘法器及其應用電路1.11.1 模擬乘法器作乘法運算 在控制器件庫中選擇模擬乘法器，設(shè)置其參數(shù) （33）圖33為利用乘法器實現(xiàn)乘法運算電路，驗證運算關(guān)系式：vo=k*v1*v2。1.11.2 除法運算電路利用模擬乘法器與運

39、放構(gòu)成的除法電路如圖34所示。 （34）驗證運算關(guān)系式：vo=v1/v2。1.11.3 負電壓平方根運算電路利用模擬乘法器與運放構(gòu)成的負電壓平方根運算電路如圖35所示。 （35）驗證運算關(guān)系式：vo=-v1。1.11.4 正電壓平方根運算電路 利用模擬乘法器與運放構(gòu)成的正電壓平方根運算電路如圖36所示， （36）試驗證關(guān)系式：vo=v1。1.11.5 立方根運算電路利用模擬乘法器與運放構(gòu)成的立方根運算電路如圖37所示。 （37）驗證基本關(guān)系式：vo=1.12 有源濾波電路濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制（大為衰減）無用頻率信號的電子裝置。工程上常用它來作信號處理，數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等

40、。利用運算放大器與無源器件r，l，c構(gòu)成有源濾波器，由于運算放大器具有高增益，高輸入阻抗和低輸出阻抗等特點，使有源濾波器具有一定的電壓放大和輸出緩沖作用。利用ewb分析菜單中的交流頻率分析項，可以方便地求得濾波器的頻率響應曲線，根據(jù)頻率響應曲線，調(diào)整和確定濾波電路的元件參數(shù)，很容易獲得所需的濾波特性，省去了非常煩瑣的人工計算，充分體現(xiàn)了計算機仿真技術(shù)的優(yōu)越性。以下僅就低通，高通，帶通和帶阻四種典型濾波電路加以討論。1.12.1 一階有源低通濾波器圖38為 一一階有源低通濾波電路。 （38）電路的截止頻率：fn=1/2rc=15.92khz選擇分析菜單中的交流頻率分析項，在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對

41、話框中將掃描起始與終止頻率設(shè)置為1hz和1mhz，掃描形式為十進制，縱向尺度為線性，輸出端為節(jié)點3。點仿真按鈕后，得一階有源低通濾波電路的幅頻響應和相頻響應曲線。改變圖38中r，c的參數(shù)值，可獲得不同的截止頻率。1.12.2 二階有源低通濾波器 一階濾波器電路簡單，但當輸入信號頻率高于截止頻率后，幅頻響應衰減的速率較低，為此引入二階濾波，圖39為一二階有源低通濾波器。 （39) 電路的截止頻率：fn=709hz選擇分析菜單中的交流頻率分析項，在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對話框中將掃描起始與終止頻率設(shè)置為1hz和1mhz，掃描形式為十進制，縱向尺度為線性，輸出端為節(jié)點3。點仿真按鈕后，得二階有源低通濾

42、波電路的幅頻響應和相頻響應曲線。當輸入信號電壓高于截止頻率時，二階濾波器幅頻響應下降速率明顯高于一階濾波器（下降速率由20db/十倍頻程增加到40db/十倍頻程）。1.12.3 一階有源高通濾波器 將低通濾波器中元件r，c的位置互換后，電路就轉(zhuǎn)換為高通濾波器。圖40為一階高通濾波器。(40) 截止頻率：fn=1/2rc=9.95khz 選擇分析菜單中的交流頻率分析項，在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對話框中將掃描起始與終止頻率設(shè)置為1hz和1mhz，掃描形式為十進制，縱向尺度為線性，輸出端為節(jié)點3。點仿真按鈕后，得一階有源高通濾波電路的幅頻響應和相頻響應曲線。同樣，要提高截止頻率點附近幅頻特性的上升率，

43、可以將一階濾波改為二階濾波。1.12.4 二階有源高通濾波器一二階有源高通濾波電路如圖41所示。 (41) 截止頻率：fn=1/2rc=3.52khz 選擇分析菜單中的交流頻率分析項，在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對話框中將掃描起始與終止頻率設(shè)置為1hz和1mhz，掃描形式為十進制，縱向尺度為線性，輸出端為節(jié)點3。點仿真按鈕后，得二階有源高通濾波電路的幅頻響應和相頻響應曲線。1.12.5 窄帶帶通濾波器 圖42為窄帶帶通濾波器的原理電路。讀者可自行對中心頻率等濾波器相關(guān)參數(shù)進行分析。(42)1.12.6 帶阻濾波器圖43為帶阻濾波器的原理電路。讀者可自行對中心頻率等濾波器相關(guān)參數(shù)進行分析。 (43)1

44、.13 直流穩(wěn)壓電源1.13.1 橋式整流電容濾波電路圖44為單相橋式整流電容濾波電路。 (44)斷開濾波電容c1，閉合電路仿真開關(guān)，用示波器觀察電阻rl兩端的波形，此時rl兩端的電壓波形為一全波整流波形。接入濾波電容c1，用示波器觀察rl兩端電壓波形，在濾波電容作用下，輸出電壓較為平滑，輸出直流平均電壓得到提升。1.13.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源圖45為一串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源，在ewb主界面內(nèi)搭建電路. （45） （二）數(shù)字鐘設(shè)計- 數(shù)字鐘設(shè)計是“電子技術(shù)”課程設(shè)計的一個典型題目。 2.1 各單元電路的設(shè)計與仿真( 1 ) 555 電路構(gòu)成的1khz 多諧振蕩器由555 電路構(gòu)成的1khz多諧振

45、蕩器電路原理圖如圖1所示，其仿真輸出波形如圖2 所示。 圖1 555構(gòu)成的1khz多諧振蕩器 圖2 555構(gòu)成的1khz多諧振蕩器仿真波形（2）74ls90構(gòu)成的1khz-1hz分頻器74ls90是2-5-10進制異步加法計數(shù)器，用三片74ls90可以構(gòu)成三級十分頻器，將1khz矩形波分頻得到1hz基準秒計時信號。電路如圖3所示。 圖3 74ls90構(gòu)成的1khz-1hz分頻器（3）74ls90構(gòu)成的60進制和24進制計數(shù)器 74ls90構(gòu)成的60進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器如圖4和圖5所示 圖4 60進制計數(shù)器由于74ls90是2 一5 一10 進制異步串行計數(shù)器，分別將個位接成10 進制計數(shù)器，十位接成6 進制計數(shù)器，并將個位的qd 輸出端接十位的14 腳（ina ）端，就構(gòu)成了60進制計數(shù)器，用兩個相同的60進制計數(shù)器分別作為秒、分計時，并在個位和十位輸出端接上數(shù)碼管顯示，其仿真電路如圖4 所示；小時計數(shù)器直接采用整體反饋清零法構(gòu)成24 進制計數(shù)器，其仿真電路如圖5 所示。 圖5 24進制計數(shù)器 ( 4 ）其它電路設(shè)計 在數(shù)字鐘電路中，除主電路外，還要求設(shè)計手動校時電路，考慮到課程設(shè)計