電壓及電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子技術(shù)課程設(shè)計報告題 目：基于Multisim10電壓及電流并聯(lián)負(fù)反饋電路仿真設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 年 級： 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院制2016年11月目錄專心-專注-專業(yè)1緒論隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用,EDA(電子設(shè)計自動化)技術(shù)在電子電路的分析設(shè)計中顯得越來越重要。EDA技術(shù)可以根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)對電路進(jìn)行仿真，獲得電路的技術(shù)指標(biāo)，從而可以快速 方便 精確地評價電路設(shè)計的正確性，節(jié)省大量的時間和費(fèi)用1。本設(shè)計介紹了新版仿真軟件Multisim10的功能特點以及實現(xiàn)電壓及電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的仿真分析。

2、2課程設(shè)計的目的1、 積極調(diào)動和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，最大限度的發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能； 2、 對所學(xué)知識進(jìn)行階段性的綜合訓(xùn)練，初步了解一般模電產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的基本程序、方法、及過程，掌握相關(guān)電路設(shè)計應(yīng)用及一定的電子元器件的應(yīng)用、產(chǎn)品制作的技能； 3、 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)交流、再學(xué)習(xí)(查找理解相關(guān)技術(shù)資料)及獨立完成的能力；4、 學(xué)會撰寫課程設(shè)計報告，為做畢業(yè)設(shè)計論文奠定基礎(chǔ)。3 設(shè)計內(nèi)容及要求反饋模式的識別是模擬電子技術(shù)的難點之一。就電流及電壓相加(并聯(lián))負(fù)反饋放大電路訓(xùn)練反饋模式的識別、進(jìn)行輸出與輸入關(guān)系的分析計算和實驗并且在Multisim10平臺上仿真。要求學(xué)生自行分析計算所給電路輸出與輸入的函數(shù)關(guān)

3、系，自行選定電阻阻值，確立輸出與輸入的具體數(shù)值關(guān)系，在Multisim10平臺上仿真，達(dá)到掌握反饋模式的識別要領(lǐng)、使用輸出與輸入關(guān)系的分析計算方法、熟悉Multisim10仿真平臺，進(jìn)一步掌握實驗技能，并加深鞏固對已學(xué)模擬電子技術(shù)知識的理解和掌握。4 設(shè)計原理框圖 4.1 框圖及基本公式及其分析圖1 負(fù)反饋放大電路原理框圖圖1中x表示電壓或電流信號；箭頭表示信號傳輸?shù)姆较颍环?#164;表示輸入求和；+ -表示輸入信號xi與反饋信號是相減關(guān)系（負(fù)反饋），即放大電路的凈輸入信號為：Xid=XiXf 基本放大電路的增益（開環(huán)增益）為：A=Xo/Xid 反饋系數(shù)為： F=Xf/Xo 反饋放大電路的

4、增益（閉環(huán)增益）為：Af=Xo/Xi 綜合上述各式可得負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式為：Af=Xo/Xi =A/(1+AF) 由上式知，引入負(fù)反饋后，放大電路的閉環(huán)增益Af減小了，減小的程度與（1+AF）有關(guān)。（1+AF）是衡量反饋程度的重要指標(biāo)，負(fù)反饋放大電路所有性能的改變程度都與（1+AF）有關(guān)。通常把（1+AF）稱為反饋深度，而將AF= Af/ Xid稱為環(huán)路增益。當(dāng)考慮信號頻率的影響時，對Af的表達(dá)式進(jìn)行討論2。1. 當(dāng)|1+AF|>1時 ,則|Af|<|A|,及引入反饋后，增益下降了，這時的反饋是負(fù)反饋，|1+AF|>>1時稱為深度負(fù)反饋，說明在深度負(fù)反饋條件

5、下，閉環(huán)增益幾乎只取決反饋系數(shù)，而與開環(huán)增益的具體數(shù)值無關(guān)。2. 當(dāng)|1+AF|<1時，則|Af|>|A|,說明已從原來的負(fù)反饋變成了正反饋。3. 當(dāng)|1+AF|=0時，則|Af|，這就是說放大電路在沒有輸入信號時，也會有輸出信號，產(chǎn)生了自激振蕩，使放大電路不能正常工作，在負(fù)反饋放大電路中，自激振蕩現(xiàn)象必須消除。4.2電壓及電流并聯(lián)負(fù)反饋適用條件通常情況下，我們根據(jù)負(fù)載的要求及信號情況來選擇反饋方式在負(fù)載變化的情況下要求放大電路定壓輸出時，就需要電壓負(fù)反饋：在負(fù)載變化的情況下，要求放大電路恒流輸出時，就要采用電流負(fù)反饋。當(dāng)要求放大電路具有底的輸入電阻時，宜采用并聯(lián)反饋。5 性能指標(biāo)

6、 5.1 放大倍數(shù)放大倍數(shù)是橫量放大電路放大能力的指標(biāo),它有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率路放大倍數(shù)等表示方法,其中電壓放大倍數(shù)應(yīng)用最多。放大電路的輸出電壓和輸入電壓之比，稱為電壓放大倍數(shù)Au，即Au=uo/ui；放大電路的輸出電流和輸入電流之比，稱為電流放大倍數(shù)AI，即Ai=io/ii；放大電路的輸出功率和輸入功率之比，稱為功率放大倍數(shù)，即Ap=po/pi。5.2 輸入電阻放大電路的輸入電阻是從輸入端向放大電路內(nèi)看進(jìn)去的等效電阻，它等于放大電路輸出端接實際負(fù)載電阻后輸入電壓與輸入電流之比，即Ri=ui/ii 5.3 輸出電阻對負(fù)載而言，放大電路的輸出端可等效為一個信號源將放大電路輸出端斷開

7、接入一信號源電壓，求出由u產(chǎn)生的電流i，則可得到放大電路的輸出電阻為：Ro=u/i。5.4 通頻帶和頻率失真一般情況下，放大電路只用于某個頻率范圍內(nèi)。放大電路所需的通頻帶由輸入信號的頻帶來確定，為了不失真的放大信號，要求放大電路的通頻帶應(yīng)大于信號的通頻帶。6 電壓及電流的并聯(lián)負(fù)反饋的仿真實現(xiàn)6.1 multisim10仿真軟件的介紹Multisim10軟件前身是加拿大IIT公司在20世紀(jì)八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（Electronics Workbench）,后來，EWB將原先版本中的仿真設(shè)計更名為multisim10，2005年之后，加拿大IIT公司隸屬于美國國家儀器公司（Nati

8、onal Instrument，簡稱NI公司），美國NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本。目前最新版本是美國NI公司推出的multisim10。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路的硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真能力。它具有更形象直觀的人機(jī)交互界面，并且提供了更加豐富的元件庫、儀表庫和各種分析方法。完全滿足電路的各種仿真需要。Multisim10軟件是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真軟件，其基本元件的數(shù)學(xué)模型是基于Spice版本，但增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更復(fù)雜的數(shù)學(xué)元器件，另外解決了Spice模型對高頻仿真不精確的問題。 Multisim10在保留了EWB

9、形象直觀等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴(kuò)充了元件庫中的元件的數(shù)目，特別是增加了大量與實際元件對應(yīng)得元件模型，使得仿真設(shè)計的結(jié)果更加精確、更可靠、更具有實用性。Multisim10的特點有1：可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；2：所有的虛擬信號都可以通過計算機(jī)輸出到實際的電路上；3：所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計算機(jī)中進(jìn)行處理和分析。6.2 電壓并聯(lián)負(fù)反饋的仿真在Multisim10中建立圖2所示電路圖2 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路如圖2所示的電壓并聯(lián)負(fù)反饋中，集成運(yùn)放采用741，并用一個開關(guān)來控制電路有無反饋的存在。用示波器來觀察反饋時的情況。其中輸入信號V1

10、是一個交流電壓源信號，示波器的A通道接輸出信號，B通道接輸入信號。開關(guān)打向下邊時，沒有負(fù)反饋，輸入輸出的信號波形如圖3所示，上面A通道的波形是輸出波形；下面B通道的波形為輸入波形，可以看到，此時輸出波形已嚴(yán)重失真。圖3波形嚴(yán)重失真開關(guān)打到上面時，加入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入輸出的信號波形如圖4所示，上面A通道的波形是輸入波形，下面B通道波形是輸出波形，可以看出此時輸出波形沒有失真。但是輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負(fù)反饋放大倍數(shù)降低了，減少非線性失真是相符合的。圖4 波形未失真6.3 電流并聯(lián)反饋電路 在Multisim10中建立圖5所示電路：圖5 電流并聯(lián)負(fù)反饋電路如圖5所示，集成運(yùn)放采用L

11、M307H,其中輸入信號為交流源信號，示波器的A通道接輸入信號，B通道接輸出信號。開關(guān)打向左邊時，沒有負(fù)反饋，輸入輸出的信號波形如圖6所示，上面A通道的波形是輸入波形；下面B通道的波形為輸出波形，可以看到，此時輸出波形已嚴(yán)重失真。圖6 波形嚴(yán)重失真開關(guān)打到右面時，加入電流并聯(lián)負(fù)反饋，輸入輸出的信號波形如圖7所示，上面A通道的波形是輸入波形，下面B通道波形是輸出波形，可以看出此時輸出波形沒有失真。但是輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負(fù)反饋放大倍數(shù)降低了，減少非線性失真是相符合的。圖7 波形沒有失真6.4 反饋放大電路的頻帶擴(kuò)展原理圖如圖8所示圖8反饋放大電路的頻帶擴(kuò)展如圖8所示，開關(guān)打向下面時

12、，沒有交流負(fù)反饋，打開波特儀顯示面板，按下仿真按鈕，看到波特儀顯示的幅頻特性曲線如圖9所示。圖9 無反饋的幅頻特性曲線開關(guān)打到上面時，加入交流負(fù)反饋，看到波特儀顯示的幅頻特性如圖10所示。圖10 有反饋的幅頻特性曲線6.5電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的模擬仿真與計算電路圖11所示 圖11 電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路6.5.1開環(huán)與閉環(huán)測試改變S狀態(tài)，可以測得開環(huán)輸入電流Ii、開環(huán)輸出電流Iif、反饋電流If以及閉環(huán)輸出電流Iof，具體仿真結(jié)果如表1。表1 開環(huán)與閉環(huán)測試結(jié)果Ii/A Io/mA Iif/A If/A Iof/mA49.02 2.128 49.52 25.76 1.044對上面數(shù)據(jù)進(jìn)行計算

13、： 開環(huán)電流增益：Aii=Io/Ii=2.128mA/49.02A=43.41； 電路反饋系數(shù)：Fii=If/Iof=25.76A/1.044mA=0.02467； 閉環(huán)電流增益：Aiif=Iof/Iif=1.044mA/49.52A=21.08； 反饋深度：1+ Aii Fii=1+43.41*0.02467=2.071； 負(fù)反饋放大電路增益：Aii/(1+ Aii Fii)=43.41/2.071=20.96；由上面計算可得Af=A/1+AF（在誤差允許的范圍內(nèi)）滿足開環(huán)增益與閉環(huán)增益的基本關(guān)系式。6.5.2輸入電阻和輸出電阻1)、輸入電阻由表1數(shù)據(jù)計算可得，開環(huán)時Ri=(Is-Ii)Rs

14、/Ii ,閉環(huán)時Rif=(Is-Iif)Rs/Iif ,結(jié)果見表2.可以得知并聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻滿足如下關(guān)系式Rif=Ri/1+AF 表2 輸入電阻、輸出電阻計算 Ri/ Rfi/ Ri/(1+AuiFiu) Ro/k Rof/k Ro/(1+fiiAsui)999.6 484.7 482.7 5.816 13.00 13.022)輸出電阻斷開負(fù)載電阻Rl（Rl）,得開環(huán)、閉環(huán)狀態(tài)下的開路電壓Uot=14.63V、Uoft=14.63V，兩者相同。從電路圖上不難理解，斷開負(fù)載后其輸出電壓就是運(yùn)放的輸出。而輸出短路電流（Rl0）在開環(huán)和閉環(huán)條件下分別為Ion=2.496mA和Iofn=1.125m

15、A，利用公示Ro=Uot/Ion可以分別求得Ro、Rof。另外可以求得負(fù)載短路時相應(yīng)的源電流增益Asii為Asii=Ion/Is=2.496mA/50A=49.92有（1+Fii*Aii）=2.222，求得Ro（1+Fii*Aii），結(jié)果見表2，滿足關(guān)系式Rof=（1+FiiAii）。6.5.3理論計算1）反饋放大器對圖十所示反饋放大器列寫節(jié)點方程有（1/Rs+1/R1+1/Rf）Uif (1/Rf)Ua=Is 另外根據(jù)電路可以寫出輸入、輸出電流表達(dá)式Iif=（IsRs-Ui）/Rs,Iof=Ua-(-R2/R1)Uif/R3+Rl 經(jīng)過計算得Ii=0.mAIof=1.MaAii=Iof/Ii

16、f=21.其大小與仿真結(jié)果非常接近，說明了兩者的一致性。表3 理論與仿真結(jié)果比較Aii Aiif理論計算43.0121.09仿真結(jié)果43.01 21.082）基本放大器對于基本放大器，列寫方程（1/R4+1/R1=1/Rf+Rl）Ui=Ii 代入數(shù)據(jù)計算可得Ii=49.02A，Io=2.128mA，從而得到Aii=43.01，Aiif=20.99，滿足負(fù)反饋放大電路基本關(guān)系式。6.6電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的模擬仿真與計算電路圖12所示圖12 電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路6.6.1 靜態(tài)工作點對于基本放大器，將單端輸入差分放大電路輸入端短路，不考慮Rb1電阻壓降，可得T1、T2管靜態(tài)工作點Ie1、Ie

17、2為Ie1=Ie2=1/2*(-0.7+12)V/15K=0.3767mA6.6.2開環(huán)增益在Multisim中設(shè)置晶體管的值為100，則有rbe=（1+）VT/IE1=6.971k,而rbe=rbb+ rbe=（0.3+6.791）=7.271k。由電路圖12可知，運(yùn)算放大器的電壓增益Av1=（-R2/R1）.而單端輸入、單端同相輸出時差分放大電路電壓增益Av2為Av2=1/2*Rc/Rb1+rbe 因為AV=AV1Av2所以運(yùn)放-差分放大器電壓增益為Av=1/2*Rc/Rb1+rbe *(R2/R1) 結(jié)合圖十一數(shù)據(jù)的開環(huán)電壓增益為Ars=104.236.6.3閉環(huán)增益Af=A/1+kfA

18、,Kf=1/Rf 得Af=51.04.經(jīng)過與理論值（Af=48.01）計算比較，誤差5.94%，驗證了開、閉環(huán)互阻增益的基本關(guān)系式。6.6.4輸出電阻根據(jù)電路分析可知，可以通過斷開負(fù)載，利用Ro=（Ro/V0-1）RL得到相應(yīng)輸出電阻，根據(jù)等效小信號模型電路分析Rof=1.544k，開環(huán)下的輸出電阻可以根據(jù)圖十一計算得到，Ro=Rc/Rf=9.09 k,則電壓負(fù)反饋時輸出電阻Rof=1.540 k，與實際輸出電阻1.544 k非常接近，驗證了開閉環(huán)輸出電阻的關(guān)系。6.6.5輸入電阻輸入電阻RL=VI/II,有圖十一可知理想運(yùn)放放大器反相輸入端為虛地，有VI/II=R1，即開環(huán)下輸入電阻Ri=R1，閉環(huán)時Rif=R1，與開環(huán)狀態(tài)下相同。這是由于輸入電阻R1部分不在反饋環(huán)內(nèi)所致。7設(shè)計總結(jié)通過本次試驗我們熟悉了電壓及電流并聯(lián)負(fù)反饋的基本原理，并且通過對放大電路的放大倍數(shù)，輸入輸出電阻以及通頻帶和頻率失真等幾個基本的性能指標(biāo)進(jìn)行了研究分