第7章mutisim

1、第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 7.1 三極管輸出特性曲線測試三極管輸出特性曲線測試7.2 單級共射放大電路單級共射放大電路7.3 差動放大電路差動放大電路7.4 共射放大電路頻率特性共射放大電路頻率特性7.5 負反饋放大電路負反饋放大電路7.6 非正弦波產(chǎn)生電路非正弦波產(chǎn)生電路7.7 整流與濾波整流與濾波7.8 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 習題習題 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 7.1 三極管輸出特性曲線測試三極管輸出特性曲線測試 三極管輸出特性曲線是指以三極管的集電極、發(fā)射極之間電壓uce作為坐標橫軸，以三

2、極管集電極電流ic作為坐標縱軸，改變基極電流ib的大小，測量ic 與uce之間的關(guān)系曲線。在模擬電路中，經(jīng)常需要測量放大電路的主要器件三極管的輸出特性曲線。對此，可以采用傳統(tǒng)的逐點測量法測量，電路如圖7-1所示。圖中，2N2712是一個NPN型三極管，XMM1、XMM2和XMM3是數(shù)字萬用表，分別用來測量基極電流、集電極電流以及集電極和發(fā)射極之間的電壓。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 圖7-1 逐點測量法電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 逐點測量法測量時的步驟如下：(1) 調(diào)整電壓源V1，使ib=1 mA。(2) 改變電壓源V2，使V2分別取0 V，1 V

3、，2 V，12 V，分別從電流表XMM2和電壓表XMM3上讀取數(shù)據(jù)，將以上測得數(shù)據(jù)在以uce為橫軸，ic為縱軸的坐標上逐點描出來，得到一條曲線。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (3) 改變電壓源V1，使基極電流ib分別取2 mA、3 mA、4 mA、5 mA，重復(2)，即可得到一組曲線，即三極管輸出特性曲線。由測試過程可以看出，逐點測量法復雜而繁瑣。我們不妨利用Multisim仿真分析法DC Sweep Analysis來測量三極管輸出特性曲線。方法如下：(1) 在Multisim電路窗口創(chuàng)建圖7-2所示測試電路。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 I11 A

4、V112 VQ12N2712圖7-2 三極管輸出特性曲線測試電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (2) 啟動Simulate菜單中Analysis下的DC Sweep Analysis命令，打開DC Sweep Analysis對話框。有關(guān)參數(shù)設置(如何設置參數(shù)，請參閱5.2.1節(jié))如下：Source 1中，Source：vv1(因為vv1表示集電極和發(fā)射極之間的電壓，即uce，在三極管特性曲線中以此作為坐標橫軸，故選擇vv1為Source1)；Start value：0 V；Stop value：8 V；Increment ：0.01 V(該值越小，顯示的曲線越平滑)。第7

5、章 Multisim在模擬電子線路中的應用 Source 2中，Source：iib(iib表示三極管基極電流，改變基極電流才能測試一組輸出特性曲線，故選擇iib為Source 2)；Start value：0 V；Stop value：0.0005 mA；Increment：0.0001 mA(該值越小，顯示的曲線越平滑)。Output variables：vvce#branch，這是流過電壓源V1的電流，即集電極電流-ic。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (3) 點擊圖5-13對話框上的Simulate按鈕，得到如圖7-3所示的曲線。 圖7-3 輸出曲線圖 第7章 Mul

6、tisim在模擬電子線路中的應用 由于圖7-3中輸出曲線以集電極電流-ic表示，不符合習慣，故啟動Simulate菜單中的Postprocessor命令，將圖7-3中的曲線變 換 成 習 慣 表 示 法 ( 以 ic表 示 坐 標 縱 軸 ) 。 在 彈 出 的Postprocessor對話框中，進行如下設置(有關(guān)Postprocessor的參數(shù)設置請參閱5.6節(jié))：(1) 分別點擊 New Page和New Graph按鈕，建立新頁“三極管輸出特性曲線”和新曲線圖。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (2) 選擇Analysis Results欄內(nèi)的“三極管輸出特性測試”項下的

7、DC transfer characteristic(dc01)，然后選中Analysis Variables欄中的vvce#branch變量，點擊Copy Variable To Trace按鈕，再點擊Add Trace按鈕，這樣，一根dc01.vvce#branch曲線便出現(xiàn)在Traces to plot下部的欄中。(3) 重復上述步驟，直至dc06.vvce#branch。這是一簇曲線，后處理器每次只能處理一根曲線。(4) 點擊Draw按鈕，即可得到圖7-4所示的常見形式的三極管輸出特性曲線。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 圖7-4 三極管輸出特性曲線 第7章 Mult

8、isim在模擬電子線路中的應用 7.2 單級共射放大電路單級共射放大電路 1. 靜態(tài)工作點的設置靜態(tài)工作點的設置首先創(chuàng)建圖7-5所示電路，運行仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標，可看到圖7-6(a)所示的輸出波形。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uFR510 kohmABTGXSC112 VVCCQ12N2712V110 mV7.07 mV_rms1000 Hz0 Deg437圖7-5 單級共射放大電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (a) 圖7-6 共射放大

9、電路輸出 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (b) 圖7-6 共射放大電路輸出 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 然后，雙擊電阻R3圖標，改變元件參數(shù)至R3=27 kohm，可看到輸出波形如圖7-6(b)所示。很顯然，由于R3增大，三極管基極偏壓增大，致使基極電流、集電極電流增大，工作點上移，輸出波形出現(xiàn)了飽和失真。在電路窗口單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中點擊show命令，選擇show node names。啟動Simulate菜單中Analysis下的DC Operating Point命令，在彈出的對話框中的Output variables 頁將節(jié)點3，4，7

10、作為仿真分析節(jié)點。點擊Simulat按鈕，可獲得仿真結(jié)果如下：V3=1.81598 V，V4=4.8422 V，V7=1.20401 V。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 2. 輸入信號的變化對放大電路輸出的影響輸入信號的變化對放大電路輸出的影響當圖7-5所示電路的輸入信號幅值為5 mV時，測得輸出波形如圖7-7(a)所示。改變輸入信號幅值，使其分別為10 mV、15 mV、20 mV，輸出將出現(xiàn)不同程度的非線性失真，即輸出波形為上寬下窄。當輸入信號幅值為21 mV時，輸出嚴重失真，如圖7-7(b)所示。由此說明，由于三極管的非線性，圖7-5所示共射放大電路僅適合于小信號放大，

11、當輸入信號太大時，會出現(xiàn)非線性失真。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 圖7-7 改變輸入時的輸出波形 (a) 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (b) 圖7-7 改變輸入時的輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 3. 測量放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻測量放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的重要性能參數(shù)，下面利用Multisim儀器庫中的數(shù)字萬用表對它們進行測量。1) 測試放大倍數(shù)在圖7-5所示電路中，雙擊示波器圖標，從示波器上觀測到輸入、輸出電壓值，計算電壓放大倍數(shù)Av = Vo/Vi。 第7

12、章 Multisim在模擬電子線路中的應用 2) 測量輸入電阻在輸入回路中接入電壓表和電流表(設置為交流AC)，如圖7-8所示。運行仿真開關(guān)，分別從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則Rif = Ui /Ii，測得頻率為1 kHz時的輸入電阻。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uFR510 kohm12 VVCCQ12N2712V15 mV3.54 mV_rms1000 Hz0 DegXMM1XMM2R61 kohm圖7-8 輸入電阻測試電路 第7章 Multi

13、sim在模擬電子線路中的應用 3) 測量輸出電阻根據(jù)輸出電阻計算方法，將負載開路，信號源短路，在輸出回路中接入電壓表和電流表(設置為交流AC)，如圖7-9所示，從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則Rof = Uo/Io，測得頻率為1 kHz時的輸出電阻。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uF12 VVCCQ12N2712XMM1XMM2V11 V0.71 V_rms1000 Hz0 Deg圖7-9 輸出電阻測試電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應

14、用 7.3 差動放大電路差動放大電路 差動放大電路是由兩個電路參數(shù)完全相同的單管放大電路，通過發(fā)射極耦合在一起的對稱式放大電路，具有兩個輸入端和兩個輸出端。圖7-10為一個典型的恒流源差放電路，其中，三極管Q1、Q2構(gòu)成差放的兩個輸入管，Q1、Q2的集電極Vc1、Vc2構(gòu)成差放電路的兩個輸出端；三極管Q3、Q4構(gòu)成恒流源電路。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 ABTGQ12N2712Q22N2712Q32N2712Q42N2712R120 kohmR21 kohmR320 kohmR41 kohmR510 kohmR610 kohmV112 VXSC1C120 uFV3100

15、mV70.71 mV_rms1000 Hz0 DegR8500 ohmR10500 ohmV212 V圖7-10 恒流源差放電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 靜態(tài)時，Vi=0，由于電路對稱，雙端輸出電壓為0。差模輸入時，Vi1 = -Vi2，Vid =Vi1-Vi2。若采用雙端輸出，則負載R1的中點電位相當于交流零電位，差模放大倍數(shù)Avd與單級放大倍數(shù)Avd1、Avd2相同，即Avd= Avd1=-Avd2；若采用單端輸出，則Avd= Avd1/2。共模輸入時，Vic =Vi1 =Vi2，Vc1 =Vc2，雙端輸出時輸出電壓為0，共模放大倍數(shù)Avc=0，共模抑制比KCMR=

16、。本節(jié)將通過示波器來驗證差放電路的特性，并用參數(shù)掃描分析法分析差放電路不對稱時對輸出的影響。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 1. 測試差模放大特性測試差模放大特性在Multisim電路窗口連接圖7-10所示電路，其中，Vi1=V3、Vi2=0，這是一組任意輸入信號，但我們可以將這組任意信號分解為一對差模信號和一對共模信號。雙擊示波器圖標，從示波器觀測到單端輸出時的輸出波形如圖7-11(a)所示。由示波器可測得輸入電壓Vi=10 mV時，輸出電壓Vo=-45.6 mV，由此可計算出單端輸出時差模電壓放大倍數(shù)Avd=Vo/Vi。因為Avd1，故差放電路對差模信號具有放大特性。 第

17、7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (a) 圖7-11 差放電路輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 (b) 圖7-11 差放電路輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 2. 測試共模抑制特性測試共模抑制特性在Multisim電路窗口連接圖7-12所示電路，其中三極管Q1、Q2的兩輸入端并接在一起，為共模輸入信號。雙擊示波器圖標，從示波器觀測到單端輸出時的輸出波形如圖7-11(b)所示。由示波器可測得輸入電壓Vi=10 mV時，輸出電壓Vo=-0.975 mV。由此可計算出單端輸出時共模電壓放大倍數(shù)Avc=Vo/Vi。因為Avc1，故Av3。R3

18、、R4組成負反饋，其電壓放大倍數(shù)Av=(R4+R3)/R4。所以，要求R32R4。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 R1R2R3R4C2C11 uF123U1圖7-41 RC振蕩電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 正弦波振蕩電路有很多形式，本節(jié)以RC振蕩電路為例分析振蕩電路中各元件對輸出波形的影響。首先創(chuàng)建圖7-42所示電路。圖7-42中R1、C1、R2、C2構(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡，R3、R4為集成運放提供負反饋，D1、D2起穩(wěn)幅的作用。雙擊示波器圖標，合理設置參數(shù)，測得輸出波形如圖7-43所示，移動示波器指針，可測得輸出頻率。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 ABTGXSC1R11 kohmR21 kohm15 kohmR46 kohmC21uFC11 uF12345U13554AMV112 VD1D2V212 VR3圖7-42 正弦波振蕩電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 圖7-43 振蕩器輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應用 改變圖7-42中電阻R3，使R3分別取10 kohm和30 kohm，觀測輸出波形。當R3=10 kohm時，由于R32R4，電路不能起振；而當R3=30 k