模電multisim仿真設(shè)計(jì)

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目Multisim仿真應(yīng)用學(xué)生：明學(xué) 號(hào)： 1院（系）：理學(xué)院專業(yè)：應(yīng)用物理學(xué)指導(dǎo)教師：冠強(qiáng)2014年 6 月 10 日目錄第0節(jié)背景 1第1節(jié)Multisim應(yīng)用舉例二極管的特性的研究 1第2節(jié)Multisim應(yīng)用舉例-Rb變化對(duì)Q點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)的影響 2第3節(jié)Multisim應(yīng)用舉例直接耦合多級(jí)放大電路的調(diào)試 4第4節(jié)Multisim應(yīng)用舉例消除互補(bǔ)輸出級(jí)交越失真方法的研究 6第5節(jié)Multisim應(yīng)用舉例靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路頻率影響的研究 8第6節(jié)Multisim應(yīng)用舉例交流負(fù)反饋對(duì)放大倍數(shù)穩(wěn)定性的影響 1012設(shè)計(jì)體會(huì)及今后改進(jìn)意見第 0 節(jié) 背景Mul

2、tisim 是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)， 提供了一個(gè)非常大的元件數(shù)據(jù)庫(kù)， 并提供原 理圖輸入接口、全部的數(shù)模 Spice仿真功能、VHDL設(shè)計(jì)接口與仿真功能、FPGA/CPLD綜 合、RF設(shè)計(jì)能力和后處理功能還可以進(jìn)行從原理圖到PCB布線工具包（如：Ultiboard ）的無(wú)縫隙數(shù)據(jù)傳輸。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)（EDA）已經(jīng)成為電子學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科。EDA工具使電子電路和電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了革命性的變化，它摒棄了靠硬件調(diào)試 來(lái)大道設(shè)計(jì)目標(biāo)的繁瑣過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)計(jì)軟件化。Multisim 具有齊全的元器件模型參數(shù)庫(kù)和比較齊全的儀器儀表庫(kù)，可模擬實(shí)驗(yàn)室的操

3、作進(jìn)行 各種實(shí)驗(yàn)。學(xué)習(xí) Multisim 可以提高仿真能力、綜合能力和設(shè)計(jì)能力，還可進(jìn)一步提高實(shí)踐能力。第1節(jié) Multisim 應(yīng)用舉例二極管的特性的研究1.1 題目研究二極管對(duì)直流量和交流量表現(xiàn)的不同特點(diǎn)。1.2 仿真電路仿真電路如圖 1-1 所示。因?yàn)橹挥性诘皖l小信號(hào)下二極管才能等效成一個(gè)電阻所以圖流信 號(hào)的頻率為1kHz、數(shù)值為10mV（有效值）。由于交流信號(hào)很小，輸出電壓不失真故可以認(rèn) 為直流電壓表（測(cè)平均值）的讀書是電阻上直流電壓值。X£CL贏 xndV2Amvpt% iSMkzR1丄VI(b)圖1-1二極管靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電壓的測(cè)試(a )直流電源電壓為1V時(shí)的情況(b)直流

4、電源電壓為 4V時(shí)的情況1.3仿真容(1) 在直流電流不同時(shí)二極管管壓降的變化。利用直流電壓表測(cè)電阻上的電壓，從而得 到二極管管壓降。(2) 在直流電流不同時(shí)二極管交流等效電阻的變化。利用示波器測(cè)的電阻上交流電壓的峰值，從而得到二極管交流電壓的峰值。1.4仿真結(jié)果仿真結(jié)果如表1-1所示，表流電壓均為峰值表1-1仿真數(shù)據(jù)直流電源交流信號(hào)R直流電壓表讀數(shù)R交流電壓二極管直流電壓二極管交流電壓V1/VV2/VURUr/mVUD/VUd/mV4109.920mV9.9200.704V0.0801.5結(jié)論110353.847mV9.3220.65V0.678v&e15VimVpk1K3HZCl-

5、IF1O|JFQiFMMTITS1iOKQ-IP1UMbV2VLf_；R13.2MQ1 rnVpIfOiF1 kHz a* 比較直流電流在1V和4V兩種情況下二極管的直流管壓降可知，二極管的直流電流越 大管壓降越大，直流管壓降不是常量。 比較直流電源在1V和4V兩種情況下二極管的直流管的直流管壓降可知，二極管的直 流電流越大，其交流管壓降越小，說(shuō)明隨著靜態(tài)電流的增大，動(dòng)態(tài)電阻將減??；兩種情況 下的交流壓降均接近輸入交流電壓值，說(shuō)明二極管動(dòng)態(tài)電阻很小。第2節(jié)Multisim應(yīng)用舉例一一Rb變化對(duì)Q點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)的影響2.1題目研究Rb變化對(duì)Q點(diǎn)和的影響。2.2仿真電路仿真電路如圖2-1所示。晶

6、體管采用FMMT517,其余參數(shù)BF = 133，RB = 5 Q。(b)圖2-1阻容耦合共射放大電路的測(cè)試(a)電路和測(cè)試儀器的解法(b)輸入信號(hào)增大后輸出電壓的波形2.3仿真容Rb=3MQ和3.2MQ時(shí)的UCEQ口 Au.由于信號(hào)幅值很小，為1mv,輸出電壓不失真，故可 以從外用表直流電壓(為平均值)檔讀出靜態(tài)管壓降 UCEQ左邊萬(wàn)用表顯示Rb=3血時(shí)的 UCEQ右邊萬(wàn)用表顯示3.2MQ時(shí)的UCEQ從示波器可以讀出輸出電壓的峰值。(2)輸入電壓峰值逐漸增大到20mV觀察輸出電壓波形的變化情況?；鶚O偏置電阻Rb/MQ直流電壓表讀數(shù) UCeQV信號(hào)源峰值Upp /mV示波器顯示峰值UOpp/m

7、Vl cQ/mA|Au|38.4351146.8620.861473.28.7851139.9490.83140(2)將信號(hào)源V1峰值逐漸增大到10mV時(shí)輸出電壓波形正、負(fù)半軸幅值有明顯差別。當(dāng)V1峰值為20mV寸，輸出電壓波形明顯失真。2.5結(jié)論Rb增大時(shí)，Icq減小，“EQ增大，|Au|減小。在圖2-1所示電路中，若r bb<<(1+ 3 )Ut/I eq則電壓放大倍數(shù)rbe=bb +( 1+p) U/l eq(2-1 ) 。(2-2)oIcq成正比.因此調(diào)節(jié)電阻Au = - 3 .RL'/r be得 Au = -I cR/Ut表明幾乎與晶體管無(wú)關(guān)，而僅與電路中電阻值和

8、溫度有關(guān)，且與Rd以改變l cq,是改變阻容耦合共射放大電路電壓放大倍數(shù)最有效的方法；而利用管子以增大的方法，對(duì)的影響是不明顯的。(2)根據(jù)分析，實(shí)際的最大不失真輸出電壓小于理論計(jì)算值。產(chǎn)生這種誤差的主要原因在 于晶體管的輸入、輸出特性總是存在非線性，而理論分析是將晶體管特性做了線性化處理。 對(duì)于實(shí)際電路，失真后的波形并不是頂部成平頂或底部呈平底，而是圓滑的曲線。測(cè)試放 大電路時(shí)，可以通過(guò)輸出電壓波形正、負(fù)半軸幅值是否相等來(lái)判斷電路是否產(chǎn)生失真。第3節(jié)Multisim應(yīng)用舉例直接耦合多級(jí)放大電路的調(diào)試3.1題目?jī)杉?jí)直接耦合放大電路的調(diào)試。3.2仿真電路圖3-1中所示電路為兩級(jí)直接耦合放大電路，

9、第一級(jí)為雙端輸入單端輸出差分放大電路， 第二極為共射放大電路。由于在分立元件中很難找到在任何溫度下均具有完全相同特性的兩只晶體管，因而就很難 實(shí)現(xiàn)共模抑制比很高的差分放大電路。在Multisim環(huán)境下可以做到兩只晶體管基本相同(a)VI-IUD H2vccxsclVEEGV圖3-1兩級(jí)直接耦合放大電路的測(cè)試(a)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試和電壓放大倍數(shù)的測(cè)試(b)共模放大倍數(shù)的測(cè)試3.3仿真容調(diào)整電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路再輸入電壓為零時(shí)的輸出電壓為零。用直流電壓表測(cè) Q2 Q3集電極靜態(tài)電位。 測(cè)試電路的電壓放大倍數(shù)，輸入電壓是峰值為2mV的正弦波，從示波器可以讀出輸出電壓的峰值，由此可以得出電壓的放大

10、倍數(shù)。(3) 測(cè)試電路的共模抑制比。加共模信號(hào)，從示波器可讀出輸出電壓的峰值，得共模放大 倍數(shù)，從而得共模抑制比。3.4仿真結(jié)果仿真結(jié)果如表3-1、3-2、3-3所示3-1靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試Rc2/k Q109.89.79.69.59.49.39.32UcQ2/v10.85410.88210.88010.90710.91110.92710.93610.936UcQ3/mv1198.62865.32665.32521.36325.65146.25-35.142.8863-2電壓放大倍數(shù)的測(cè)試輸入差模第一級(jí)輸出電壓第一級(jí)差模放第二級(jí)輸出電第二級(jí)電壓放整個(gè)電路的電壓信號(hào)/mv峰值/mv大倍數(shù)壓峰值/m

11、v大倍數(shù)放大倍數(shù)235.54618-654.256-23.365-345.2563-3共模放大倍數(shù)的測(cè)試輸入共模信號(hào)電壓峰值/mv第一級(jí)輸出電壓峰值/pV第二級(jí)輸出電壓峰值/pV第一級(jí)共模放大倍數(shù)整個(gè)電路的共模放大倍數(shù)共模抑制比1008.523168.254-9-9 x 10-91.68 x 10"112.22 x 103.5結(jié)論(1) 由于直接耦合多級(jí)放大電路各級(jí)之間的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，一般情況下，應(yīng)通過(guò)EDA軟件調(diào)試各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，基本合適后再搭建電路，進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。(2) 當(dāng)輸入級(jí)為差分放大電路時(shí)，電路的電壓放大倍數(shù)是指差模放大倍數(shù)。(3) 具有理想對(duì)稱性的差分放大電路抑制

12、共模信號(hào)很強(qiáng)，因此以他作為直接耦合多級(jí)放大 電路的輸入級(jí)可提高整個(gè)電路的共模抑制比。第4節(jié)Multisim應(yīng)用舉例一一消除互補(bǔ)輸出級(jí)交越失真方法的研究4.1題目互補(bǔ)輸出級(jí)交越失真消除方法的研究4.2仿真電路基本互補(bǔ)電路和消除交越失真互補(bǔ)輸出級(jí)如圖3-所示。晶體管采用NPN型晶體管2N3904和PNP型晶體管2N3906二級(jí)管采用1N400Q在實(shí)際試驗(yàn)中，幾乎不可能得到具有較為理想對(duì)稱性的 NPN型和PNP型管，但是在Multisim 中卻可以做到。因此，我們可以看到只受晶體管輸入特性影響(不受其他因素影響)所產(chǎn) 生的失真和消除這種失真的方法。vcc15VQ1|YMHlXHH301iNdno&l

13、t;VEE-15V(a)vcc1KD寧BCM0 Vpk二 1100 HiH、yR2 Ikfl2N3306VCC _15Vfi-1亡1XHM32N3M3WEE-ISV土012N3D2V1K40K.-15VVEE(b)4.3仿真容（1）禾U用直流電壓表測(cè)量?jī)蓚€(gè)電路中晶體管基級(jí)和發(fā)射極電位，得到靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）用示波器分別觀察兩個(gè)電路輸入信號(hào)波形和輸出信號(hào)波形，并測(cè)試輸出電壓幅值。4.4仿真結(jié)果仿真結(jié)果如表4-1、4-2所示4-1基本互補(bǔ)電路的測(cè)試數(shù)據(jù)直流電壓表1的讀數(shù)UB1/mV直流電壓表2的讀數(shù)UE1/mV輸入信號(hào)V1峰值/V輸入信號(hào)峰值/V0-9.24221.3524-2消除交越失真的互補(bǔ)輸

14、出級(jí)的測(cè)試數(shù)據(jù)直流電壓表3直流電壓表4的直流電壓表5的輸入信號(hào)V2Q3點(diǎn)基極Q4點(diǎn)基極輸出信號(hào)的讀數(shù)UB3/mV讀數(shù)UB4/mV讀數(shù)UE3/mV的峰值/V動(dòng)態(tài)點(diǎn)位/V動(dòng)態(tài)點(diǎn)位/V峰值/V775.236-775.25616.25621.5631.5632.3654.5結(jié)論（1） 靜態(tài)時(shí)晶體管基極和發(fā)射極的直流電壓均為0,靜態(tài)功耗小。（2）由于輸入電壓小于 b-e間的開啟電壓時(shí)兩只晶體管均截至，輸出信號(hào)波形明顯產(chǎn)生 了交越失真，且輸出電壓峰值小于輸入電壓峰值。（3）輸出電壓峰值與輸入電壓峰值相差無(wú)幾，且輸出信號(hào)波形沒(méi)有產(chǎn)生失真，說(shuō)明合理 的設(shè)置了靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)消除交越失真的基本方法，且使電路的跟隨特

15、性更好。第5節(jié)Multisim應(yīng)用舉例一一靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路頻率影響的研究5.1題目研究旁路電容和靜態(tài)工作點(diǎn)分別對(duì) Q點(diǎn)穩(wěn)定電路頻率響應(yīng)的影響。5.2仿真電路C210pFCe id叩F圖51旁路電容Ce變化時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路頻率響應(yīng)的測(cè)試5.3仿真結(jié)果仿真結(jié)果如表5-1所示表5-1電路參數(shù)變化時(shí)對(duì)頻率響應(yīng)的影響耦合電容耦合電容旁路電容射極電阻中頻電壓增下限頻率上限頻率C 1/ FC2/ FCe/ Fo /k Q R e益/dBf l/Hzf h.Hz101010133.4991540228.7571010100133.499173.0941001010133.49915401010101.2

16、32.299245.8245.4結(jié)論 實(shí)驗(yàn)表明，耦合電容C1從10微F變?yōu)?00微F時(shí)下線截止頻率基本不變，而旁路電 容Ce從10微F變?yōu)?00微F時(shí)下線截止頻率明顯減小。這一方面說(shuō)明由于 Ce所在回路 的等效電阻最小，想改善該電路的低頻特性應(yīng)當(dāng)增大 Ce；另一方面說(shuō)明在分析電路的下限 頻率時(shí)，如果有一個(gè)電容所在回路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于其他電容所在回路的時(shí)間常數(shù)，那么 該電容所確定的下限頻率就是整個(gè)電路的下限頻率，而沒(méi)有必要計(jì)算其他電容所確定的下 限頻率，因而計(jì)算前的分析是很重要的。(2)在靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中，當(dāng)射極電阻Re從1kQ變?yōu)?.2k Q時(shí)，放大管的靜態(tài)集電極 電流減小，使跨導(dǎo)gm減小

17、，從而使|K|=gmRI減小，導(dǎo)致Ce減小，上線頻率fH增大。上 述現(xiàn)象一方面進(jìn)一步說(shuō)明增益與帶寬的矛盾關(guān)系，另一方面說(shuō)明發(fā)射結(jié)等效電容與Q點(diǎn)有關(guān)，即Q點(diǎn)的設(shè)置將影響上線頻率。第6節(jié)Multisim應(yīng)用舉例一一交流負(fù)反饋對(duì)放大倍數(shù)穩(wěn)定性的影響6.1題目負(fù)反饋對(duì)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路電壓放大倍數(shù)穩(wěn)定性的影響6.2仿真電路仿真如圖6-1所示。采用虛擬集成運(yùn)放，運(yùn)放 U1、U2分別引入了局部電壓并聯(lián)反饋，其 閉環(huán)電壓放大倍數(shù)分別為 Auf1 " Rf1/R1，Auf2Rf2/R2，可以認(rèn)為該負(fù)反饋放大電路 中基本放大電路的放大倍數(shù)A" Auf1Auf2(6-1)。整個(gè)電路引入了級(jí)

18、間電壓串聯(lián)負(fù)反饋，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf" Auf1Auf2/(1+Auf1Auf2F)(6-2)。F" R/(R+Rf)(6-3)。6.3仿真容分別測(cè)量Rf2=100KQ和10KQ時(shí)的Auf。從示波器可讀出輸出電壓的幅值，得到電壓放大 倍數(shù)的變化。6.4仿真結(jié)果仿真結(jié)果如表(6-1 )所示表6-1仿真結(jié)果數(shù)據(jù)信號(hào)源峰值/10mv反饋電阻r 2/K Q運(yùn)放U2輸出 電壓峰值Uop閉環(huán)電壓放大倍數(shù)A”電壓放大倍數(shù)從電壓放大倍數(shù) Auf2開環(huán)電壓放 大倍數(shù)A10mv100965.3296-100-1001000010mv10924.3692-100-1010006.5結(jié)論 根據(jù)表6-1可知Rf2從100k歐姆變?yōu)?0k歐姆時(shí)，開環(huán)電壓放大倍數(shù)從10000變?yōu)?000,閉環(huán)電壓放大倍數(shù)變化量A/A=(1000-10000)/10000=-0.9 ，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)變化量為 Auf/Auf=(92-96)/96=-0.082,| Auf/Auf|<<| A/A|。由此說(shuō)明負(fù)反饋提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。 當(dāng)開環(huán)電壓放大倍數(shù) A由10000變?yōu)?000時(shí)，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf分別為99和90.9 , 與仿真結(jié)果相似。(3) 當(dāng)開環(huán)電壓