模電課程設(shè)計(jì)功率放大器設(shè)計(jì)

年4月19日模電課程設(shè)計(jì)功率放大器設(shè)計(jì)文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正?！峨娮蛹夹g(shù)Ⅱ課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 姓名雷鋒學(xué)號(hào)20院系自動(dòng)控制與機(jī)械工程學(xué)院班級(jí)核電一班指導(dǎo)教師王老師黃老師6月目錄一、設(shè)計(jì)的目的 1二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 1三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.Multisim仿真軟件的學(xué)習(xí) 1四、基礎(chǔ)性電路的Multisim仿真 21.題目一：半導(dǎo)體器件的Multisim仿真 22.題目二：?jiǎn)喂芊糯箅娐返腗ultisim仿真 73.題目三：差分放大電路的Multisim仿真 114.題目四：兩級(jí)反饋放大電路的Multisim仿真 145.題目五：集成運(yùn)算放大電路的Multisim仿真 216.題目六：波形發(fā)生電路的Multisim仿真 23五.綜合性能電路的設(shè)計(jì)和仿真 261.題目二：功率放大器的設(shè)計(jì) 26六、總結(jié) 29七、參考文獻(xiàn) 29一、設(shè)計(jì)的目的該課程設(shè)計(jì)是在完成《電子技術(shù)2》的理論教學(xué)實(shí)踐，掌握電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)的基本知識(shí)和基本方法，培養(yǎng)綜合知識(shí)應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，為今后從事本專業(yè)相關(guān)工程技術(shù)打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)Multisim仿真軟件的使用方法，分析和設(shè)計(jì)完成基礎(chǔ)性的電路設(shè)計(jì)和仿真及綜合性電路設(shè)計(jì)和仿真。要求：鞏固和加深對(duì)《電子課程2》課程知識(shí)的理解；會(huì)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書(shū)籍、查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料；掌握仿真軟件Multisim的使用方法；掌握簡(jiǎn)單模擬電路的設(shè)計(jì)、仿真方法；按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，課程設(shè)計(jì)報(bào)告能正確反映設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1.Multisim仿真軟件的學(xué)習(xí)Multisim7是一個(gè)優(yōu)秀的電工技術(shù)仿真軟件，既能夠完成電路設(shè)計(jì)和版圖繪制，也能夠創(chuàng)立工作平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。Multisim7軟件功能完善，操作界面友好，分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，易學(xué)易用，靈活簡(jiǎn)便，因此，在教學(xué)、科研和工程技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。四、基礎(chǔ)性電路的Multisim仿真1.題目一：半導(dǎo)體器件的Multisim仿真1.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.利用Multisim觀察半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦裕?.利用Multisim觀察穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用；1.2電路模型的建立1.2.1二極管仿真電路在Multisim中構(gòu)建二極管電路，如圖一因此，圖中VD是個(gè)虛擬二極管，輸入端加上最大值Uimax=4V,頻率為1kHz的正弦波電壓，接入一個(gè)虛擬示波器XSC1，這是一臺(tái)雙蹤示波器，有A、B兩個(gè)通道，A端接二極管電路的輸入端，B端接電路的輸出端如圖一所示。圖一二極管仿真電路電路圖電路仿真以后，可由示波器觀察到輸入、輸出波形，如圖二所示。為了便于區(qū)別，用黑色線顯示輸入波形，用紅色線顯示輸出波形。由圖可見(jiàn)，輸入信號(hào)是一個(gè)雙向的正弦波電壓，而經(jīng)過(guò)二極管以后，在輸出端得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓，可見(jiàn)二極管具有單向?qū)щ娦?。圖二波形圖1.2.2穩(wěn)壓管仿真電路在Multisim中構(gòu)建穩(wěn)壓管電路如圖三所示，圖中XMM1、XMM2均為虛擬數(shù)字萬(wàn)用表，其中XMM1設(shè)定為直流電流表，XMM2設(shè)定為直流電壓表。分別改變直流輸入電壓U和負(fù)載阻值RL的大小，測(cè)試負(fù)載兩端的電壓和穩(wěn)壓管中電流如何變化。圖三穩(wěn)壓管仿真電路電路圖當(dāng)直流輸入電壓U=6V，負(fù)載電阻RL=1kΩ時(shí)，電路仿真后，從虛擬儀表XMM2測(cè)得輸出電壓U0=3.991V，從XMM1測(cè)得穩(wěn)壓管電流I1=12.751mA。（如圖四）圖四用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)將直流輸入電壓改為U=8V，RL不變，再次進(jìn)行仿真后，可測(cè)的U0=4.008V，I1=29.262mA。(如圖五)圖五用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)再將負(fù)載電阻改為RL=500Ω，而U=6V不變，可測(cè)得U0=3.984V，I1=8.836mA。（如圖六）圖六用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)2.題目二：?jiǎn)喂芊糯箅娐返腗ultisim仿真2.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.使用Multisim繪制單管放大電路。2.測(cè)試電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。3.分析仿真結(jié)果。2.2電路模型的建立2.2.1單管共射放大電路仿真電路在Multisim中構(gòu)建單管共射放大電路如圖七所示，電路中三極管β=50，Rbb’=300Ω。圖七單管共射放大電路仿真電路電路圖2.2.2靜態(tài)分析在仿真電路中接入三個(gè)虛擬數(shù)字萬(wàn)用表，分別設(shè)置為直流電流表或直流電壓表，以便測(cè)得IBQ、ICQ和UCEQ，如圖八所示。電路仿真后，可測(cè)得IBQ=40.19礎(chǔ)=40.19uA，ICQ=2.007mA，UCEQ=5.979V。圖八用虛擬儀表測(cè)量Q點(diǎn)的電路和用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)2.2.3觀察輸入輸出波形在圖七中的單管共射放大電路仿真后，可從虛擬示波器觀察到uI和uo的波形如圖九所示。圖中黑色線顯示uI的波形，紅色線顯示uo的波形。從圖上能夠看出，uo的波形沒(méi)有明顯的非線性失真，而且uI和uo的波形相位相反。圖九uI和uo的波形2.2.4測(cè)量電壓放大倍數(shù)u、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。將圖七中的虛擬數(shù)字萬(wàn)用變分別設(shè)置為交流電壓表或交流電流表。由虛擬儀表測(cè)的，當(dāng)Ui=9.998mV時(shí)Uo=783.331mV，Ii=10.481礎(chǔ)=10.481uA，（如圖十）則圖十用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)為了測(cè)量輸出電阻Ro，可講圖七電路中的負(fù)載阻值RL開(kāi)路，此時(shí)從虛擬儀表測(cè)的U’0=1.567V（圖十一），則圖十一用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)2.3分析仿真結(jié)果理論上，經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，仿真出來(lái)的值與實(shí)際計(jì)算的值大約相等，只存在很小的一部分誤差，可能是由于仿真設(shè)備上有一定的電阻值誤差在里面。3.題目三：差分放大電路的Multisim仿真3.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.使用Multisim繪制放著差分放大電路。2.測(cè)試差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、差模電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。3.2電路模型的建立3.2.1長(zhǎng)尾式差分放大電路仿真電路在Multisim中構(gòu)建一個(gè)接有調(diào)零電位器的長(zhǎng)尾式差分放大電路如圖十二所示，其中兩個(gè)三極管的參數(shù)為β1=β2=50，rbb’1=rbb’2=300Ω，調(diào)零電位器RW的滑動(dòng)端調(diào)在中點(diǎn)。圖十二長(zhǎng)尾式差分放大電路仿真電路電路圖3.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)分析利用Multisim的直流工作點(diǎn)分析功能測(cè)量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。分析如圖十三：圖十三長(zhǎng)尾式差分放大電路直流工作點(diǎn)分析圖可知UCQ1=UCQ2=5.89216V（對(duì)地）UBQ1=UBQ2=-40.71884mV(對(duì)地)則加上正弦輸入電壓利用虛擬示波器可看到圖十四的波形，uC1和uI反相，而uC2與uI相同。圖十四uI（藍(lán)線）uC1（黑線）、uC2（紅線）波形圖3.2.3差模電壓放大倍速Ad、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。當(dāng)Ui=10mV（即Ui1=5mV，Ui2=-5mV）時(shí)，由虛擬儀表（圖十五）測(cè)的Uo=127.517mA，Ii=169.617nA，則將負(fù)載電阻RL開(kāi)路，測(cè)的U’o=510.044mV（圖十六）則圖十五用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)圖十六用虛擬電壓測(cè)量所得數(shù)據(jù)4.題目四：兩級(jí)反饋放大電路的Multisim仿真4.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.將開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，電路中暫不引用級(jí)間反饋1.1.利用Multisim軟件分析電路的直流工作點(diǎn)，測(cè)量無(wú)極間反饋的兩級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；1.2.加上正弦輸入電壓，用虛擬示波器觀察第一級(jí)、第二級(jí)輸出波形，并測(cè)量?jī)杉?jí)放大電路中的電壓放大倍數(shù)；1.3.利用Multisim軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)無(wú)級(jí)間反饋的兩級(jí)放大電路的輸入電阻；1.4.將負(fù)載電阻斷開(kāi)，利用Multisim提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)無(wú)級(jí)間反饋的兩級(jí)放大電路的輸出電阻；2.將開(kāi)關(guān)K閉合，電路引入級(jí)間反饋2.1.加上同樣的正弦輸入電壓，用虛擬示波器觀察波形，并測(cè)量?jī)杉?jí)放大電路中的電壓放大倍數(shù)；2.2.利用Multisim軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)無(wú)級(jí)間反饋的兩級(jí)放大電路的輸入電阻；2.3.將負(fù)載電阻斷開(kāi)，利用Multisim提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)無(wú)級(jí)間反饋的兩級(jí)放大電路的輸出電阻；4.2電路模型的建立4.2.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路仿真電路在Multisim中構(gòu)建兩級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，如圖十七所示，其中兩個(gè)三極管均為β=100，rbb’=300Ω，Cb’c=4pF，Cb’e=41pF。圖十七電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路仿真電路電路圖4.2.2將開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，電路中暫不引入級(jí)間反饋。4.2.2.1利用Multisim的直流工作點(diǎn)分析功能，測(cè)量無(wú)級(jí)間反饋時(shí)兩級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，分析結(jié)果如圖十八。圖十八電壓串聯(lián)負(fù)反饋直流工作點(diǎn)分析圖可見(jiàn)，UBQ1=1.98414V,UEQ1=1.24924V,UCQ1=9.14568V,UBQ2=2.95917，UEQ2=2.19919V,UCQ2=7.64516V。4.2.2.2加上正弦輸入電壓，利用虛擬示波器可觀察到第一級(jí)輸出電壓波形與輸入電壓反相，而第二級(jí)輸出電壓波形與輸入電壓相同（如圖十九）。兩個(gè)放大級(jí)的輸出波形均無(wú)明顯的非線性失真。當(dāng)Ui=4.999mV時(shí)，利用虛擬儀表可測(cè)的Uo=644.624mV（如圖二十）。可見(jiàn)，無(wú)級(jí)間反饋時(shí)，兩級(jí)放大電路總的電壓放大倍數(shù)為圖十九電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)Uo（紅線）和Ui（黑線）波形圖圖二十用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)4.2.2.3由虛擬儀表測(cè)的，當(dāng)Ui=4.999mV時(shí)，Ii=3.149uA（如圖二十一），則無(wú)級(jí)間反饋是放大電路的輸入電阻為圖二十一用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)4.2.2.4將負(fù)載電阻RL開(kāi)路測(cè)的U’o=1.289V（圖二十二），則放大電路無(wú)級(jí)間反饋時(shí)的輸出電阻為圖二十二用虛擬電壓表測(cè)量所得數(shù)據(jù)4.2.3將開(kāi)關(guān)K閉合，引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。4.2.3.1加上正弦輸入電壓，由虛擬示波器看到，同樣的輸入電壓之下，輸出電壓的幅度明顯下降，但波形更好（圖二十三）。由虛擬儀表測(cè)得，Ui=4.999mA時(shí)，Uo=50.066mV（圖二十四），則引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后，電壓放大倍數(shù)為說(shuō)明引入負(fù)反饋后電壓放大倍數(shù)減小了。圖二十三電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路開(kāi)關(guān)K閉合Uo（黑線）和Ui（紅線）波形圖圖二十四用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)4.2.3.2由虛擬儀表測(cè)得，當(dāng)Ui=4.999mV時(shí)，Ii=3.014uA（圖二十四），則可見(jiàn)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后輸入電阻提高了。但與無(wú)級(jí)間反饋時(shí)的Ri相比，提高很少，這是由于圖十七所示電路中總的輸入電阻為引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋只能提高可反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻R’if，而Rb11和Rb12不在反饋環(huán)路內(nèi)，不受影響，因此總的輸入電阻Rif提高不多。4.2.3.3將負(fù)載電阻RL開(kāi)路，測(cè)得U’o=51.793mV（圖二十五），則可見(jiàn)，引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后，輸出電阻降低了。圖二十五用虛擬電壓、電流表測(cè)量所得數(shù)據(jù)5.題目五：集成運(yùn)算放大電路的Multisim仿真5.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.構(gòu)建Multisim仿真電路。2.在輸入端加上正弦波，用虛擬示波器觀察輸入輸出波形。5.2電路模型的建立5.2.1積分電路仿真電路在Multisim中構(gòu)建基本積分電路如圖二十六所示。圖二十六積分電路仿真電路圖在積分電路的輸入端加上有效值為0.5V，頻率為50Hz的正弦電壓；由虛擬示波器可看到積分電路的輸入、輸出波形如圖二十七所示。圖中黑色顯示輸入波形，紅色顯示輸出波形。由波形圖可見(jiàn)，輸出電壓是一個(gè)余弦波，輸出電壓的相位比輸入電壓領(lǐng)先90°。圖二十七輸入（黑線）輸出（紅線）波形6.題目六：波形發(fā)生電路的Multisim仿真6.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.構(gòu)建Multisim仿真電路。2.矩形波發(fā)生電路Multisim仿真3.虛擬示波器觀察電路的輸出波形和前一級(jí)滯回比較器的輸出波形。4.虛擬示波器測(cè)量三角波的幅度和振蕩周期。6.1.1.電路Multisim仿真在Multisim中構(gòu)建占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路如圖6.1-1所示6.2.1三角波發(fā)生電路仿真電路在Multisim中構(gòu)建三角波發(fā)生電路如圖二十八所示。圖二十八三角波發(fā)生電路仿真電路圖6.2.1.1由虛擬示波器可觀察到電路的輸出波形為三角波（紅線），而前一級(jí)滯回比較器的輸出波形為矩形波（黑線），如圖二十八所示。6.2.1.2從虛擬示波器上可測(cè)得，三角波的幅度為Uom=9.5V，振蕩周期T=9ms。圖二十八波形圖五.合性能電路的設(shè)計(jì)和仿真1.題目二：功率放大器的設(shè)計(jì)一.分析計(jì)算OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路（1）計(jì)算公式Ｉcm==Pom=UcemＩcm==當(dāng)滿足UCES<<VCC時(shí)，可將上式中的UCES忽略，得Pom≈（2）參數(shù)選擇Ui=200mV，Pom≥2W，RL=8Ω；R1，R2，R3；C1，C2；VT1，VT2；VD1，VD2；Vcc。由：Pom≥2W，Uce1=VCC-∣UCE2∣≈VCCPom≈得Vcc≥V。二.仿真電路在Multisim中構(gòu)建OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路如圖7.1所示，其中VT1，VT2兩管的，其它參數(shù)也基本對(duì)稱。OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路圖5.1利用Multisim的直流工作點(diǎn)分析功能測(cè)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)如下：可知，靜態(tài)時(shí)UBE1=（6.84851–6.00000）V=0.84851V，UBE2=（5.15148–6.00000）V=0.84852V，因此，當(dāng)uＩ=0時(shí)，三極管VT1和VT2均已微微導(dǎo)電。三.結(jié)果分析（1）加上uＩ后，可觀察到uＩ和u0的波形如圖7.2所示。uＩ和u0的波形圖5.2由輸出波形可看出，OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路基本上消除了交越失真。 （2）在輸出波形沒(méi)有明顯失真的前提下，利用虛擬儀表測(cè)得當(dāng)Ui=200mV時(shí)，最大輸出電壓的有效值為U0=173.56mV如圖7.3所示。則放大電路的最大輸出功率為Pom==mW=3.765mW利用虛擬儀表測(cè)圖5.3六、總結(jié)經(jīng)過(guò)2周的《電子技術(shù)2》課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)我們的專業(yè)知識(shí)有了更深刻的理解，懂得設(shè)計(jì)電路及Multisim軟件的運(yùn)用，開(kāi)始學(xué)習(xí)使用Multisim時(shí)，我在老師的指導(dǎo)下熟悉Multisim軟件，并利用Multisim觀察半導(dǎo)體二極管的單相導(dǎo)電性，接下來(lái)的幾天就進(jìn)行單管共射放大電路的Multisim仿真、恒流源式差分放大電路Multisim仿真、兩級(jí)反饋放大電路Multisim仿真、積分電路Multisim仿真、矩形波發(fā)生電路Multisim仿真、最后進(jìn)行串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。加深了對(duì)集成電路，反饋等概念的理解，同時(shí)會(huì)應(yīng)用這些知識(shí).在這兩周的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我不但學(xué)習(xí)了這些知識(shí)，對(duì)模擬電子技術(shù)