信號放大器的設(shè)計基于Multisim的電路仿真

信號放大器的設(shè)計23-信號放大器的設(shè)計基于Multisim的電路仿真模擬電子技術(shù)實驗《信號放大器的設(shè)計》班級：姓名：指導(dǎo)老師：2013年12月10日至12日1.實驗?zāi)康模?）掌握分立或集成運(yùn)算放大器的工作原理及其應(yīng)用。

（2）掌握低頻小信號放大電路和功放電路的設(shè)計方法。

（4）通過實驗培養(yǎng)學(xué)生的市場素質(zhì)，工藝素質(zhì)，自主學(xué)習(xí)的能力，分析問題解決問題的能力以及團(tuán)隊精神。

（5）通過實驗總結(jié)回顧所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實驗，掌握低頻小信號放大電路和功放電路的設(shè)計方法2.實驗任務(wù)和要求2.1實驗任務(wù)1）已知條件：

信號放大電路由“輸入電路”、“差分放大電路”、“兩級負(fù)反饋放大電路”、“功率放大器”、“揚(yáng)聲器”幾部分構(gòu)成。信號產(chǎn)生信號產(chǎn)生差分放大共射級放大功率放大負(fù)反饋輸出信號 圖2-1信號放大器的系統(tǒng)框圖性能指標(biāo)：a)輸入信號直接利用RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生。b)

前置放大器：輸入信號：Uid

≤

10

mV

輸入阻抗：Ri

≥

100

k。

c)

功率放大器：最大不失真輸出功率：Pomax≥1W

負(fù)載阻抗：RL=

8；

電源電壓：+

5

V，+

12V，-

12V

d)

輸出功率連續(xù)可調(diào)

直流輸出電壓

≤

50

mV

靜態(tài)電源電流

≤

100

mA2.2實驗要求 1）選取單元電路及元件根據(jù)設(shè)計要求和已知條件，確定信號產(chǎn)生電路、前置放大電路、功率放大電路的方案，計算和選取單元電路的原件參數(shù)。2）前置放大電路的組裝與調(diào)試測量前置放大電路的差模電壓增益AU、共模電壓增益AUc、共模抑制比KCMR、帶寬BW、輸入電壓Ri等各項技術(shù)指標(biāo)，并與設(shè)計要求值進(jìn)行比較。3）有源帶通濾波器電路的組裝與調(diào)試測量有緣帶通濾波器電路的差模電壓增益AUd、帶通BW，并與設(shè)計要求進(jìn)行比較。4）功率放大電路的組裝與調(diào)試功率放大電路的最大不失真輸出功率Po,max、電源供給功率PDC、輸出效率η、直流輸出電壓、靜態(tài)電源電流等技術(shù)指標(biāo)。5）整體電路的聯(lián)調(diào)6）應(yīng)用Multisim軟件對電路進(jìn)行仿真分析。2.3選用元器件電容電阻若干、雙蹤示波器1個、信號發(fā)生器一個、交流毫伏表1個、數(shù)字萬用表等儀器、晶體三極管2N39061個，2N2222A5個，2N22222個，2N39042個，1N30641個。3、實驗內(nèi)容1、總電路圖

（一）

實驗總體電路圖

圖3-1總體電路圖（二）

各部分電路圖1、信號產(chǎn)生電路直接利用RC正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波信號作為輸入信號。圖3-2RC正弦波振蕩電路圖圖3-3RC正弦震蕩產(chǎn)生的波形圖仿真數(shù)據(jù)：F=1kHZT1UB(V)UE(V)UC(V)IC(MA)UO(V)1.7371.1112.3350.6120.641T2UBV)UE(V)UC(V)IC(MA)1.3640.7854.1981.554實測數(shù)據(jù)：F=0.947kHZT1UB(V)UE(V)UC(V)IC(MA)UO(V)1.5350.8942.8370.4842.045T2UBV)UE(V)UC(V)IC(MA)1.3560.6925.2051.02（二）前置放大電路方案：前置放大電路由兩級負(fù)反饋放大器、差分放大電路組成。在典型情況下，有用信號的最大幅度可能僅有若干毫伏，而共模的噪聲高達(dá)幾伏，所以放大器輸入漂移和噪聲等因素對于總的精度至關(guān)重要。因此，前置放大電路應(yīng)該是一個高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移的的小信號放大電路。差動放大器：差動放大器它對差模信號無負(fù)反饋作用，因而不影響差模電壓放大倍數(shù)，但對共模信號有較強(qiáng)的負(fù)反饋作用，故可以有效地抑制零漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。1.調(diào)節(jié)放大器零點把開關(guān)S1和S2閉合，S3打在最左端，啟動仿真，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使得萬用表的數(shù)據(jù)為0（盡量接近0，如果不好調(diào)節(jié)，可以減小滑動變阻器的Increment值），填表一：仿真值：Ui=4.243mvR串=430KUo=14.166mvAV=3.338仿真值S3在左端Q1Q2R9C(v)B(v)E(v)C(v)B(v)E(v)U(v)6.966-33.954-0.6320.000001-0.064-0.68311.317S3在第二120.000002-0.1600.0000020.000004-0.1760.00001實測值：：Ui=10.45mvR串=430KUo=0.2326VAV=22.297測量值S3在左端Q1Q2R9C(v)B(v)E(v)C(v)B(v)E(v)U(v)5.35-0.076-0.7410.0004-0.0473-0.698811.229S3在第二6.614-0.064-0.7130.0003-0.0537-0.72360.00012、帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級阻容耦合放大器1．調(diào)節(jié)信號發(fā)生器處（震蕩產(chǎn)生的正弦波）的大小，使輸出端10在開環(huán)情況下輸出不失真。2.啟動直流工作點分析，記錄數(shù)據(jù)，填入下表仿真值：三極管Q1三極管Q2Vb(v)Vc(v)Ve(v)Vb(v)Vc(v)Ve(v)2.9077.0922.2633.8184.4523.189有反饋UiUoAv4.243mv710.191mv167.379無反饋UiUoAv4.243mv1.437v338.675實測值：三極管Q1三極管Q2Vb(v)Vc(v)Ve(v)Vb(v)Vc(v)Ve(v) 2.6198.0061.9441.9449.9453.7015有反饋UiUoAv3.535mv127.279mv36無反饋UiUoAv2.121mv424.264mv200.03負(fù)反饋對失真的改善在開環(huán)情況下適當(dāng)加大Vi的大小，使其輸出失真，記錄波形閉合開關(guān)S1，并記錄波形（三）功率放大器電路方案功率放大器的主要作用是向負(fù)荷提供功率，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高，非線性失真盡可能小。這里我們采用OTL功率放大電路。電路原理圖如下：1.靜態(tài)工作點的調(diào)整分別調(diào)整R4和R1滑動變阻器器，使得萬用表XMM2和XMM3的數(shù)據(jù)分別為510mA和2.5V，然后測試各級靜態(tài)工作點填入下表：仿真值：Ic1=Ic3=71.246mA，Ui=703.78mVUo=728.232mVAv=1.034Q1Q2Q3Ub(v)0.7081.8913.366Uc(v)4.8724.6745Ue(v)0.026200實測值：Ic1=Ic3=107.14mA，Ui=0.3225VUo=0.3738VAv=1.16Q1Q2Q3Ub(v)1.02000.00024.9690Uc(v)0.96081.03102.3310Ue(v)0.26681.73501.73702.最大不失真輸出功率理想情況下，，在實驗中可通過測量RL兩端的電壓有效值，來求得實際的。仿真值：POM=6.6%實測值：POM=1.7%3.效率η，：直流電源供給的平均功率。理想情況下，。在實驗中，可測量電源供給的平均電流，從而求得，負(fù)載上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以計算實際效率了。仿真值:1.8%實測值：η=0.32%（四）綜合測量方案1、測量系統(tǒng)電路的輸入輸出電阻以及通頻帶測量值：輸入電阻486KΩ輸出電阻5.67Ω仿真值：輸入電阻687KΩ輸出電阻2.92Ω測量值：通頻帶219.4HZ~239KHZ仿真值：通頻帶112HZ~210KHZ2、輸入輸出波形該信號放大器的前置電路中包含差分放大電路、兩級負(fù)反饋放大電路，這些電路可以組成理想運(yùn)放，比較理想運(yùn)放電路中信號同相輸入與反相輸入輸出波形特點。同相輸入輸出波形仿真圖同相輸入輸出波形實物圖：反相輸入輸出波形仿真圖：反相輸入輸出波形實物圖：（五）實物圖（六）仿真結(jié)果1、輸入信號為10mv、500mv、6v時的輸入輸出波形圖2、RC正弦波震蕩產(chǎn)生的信號經(jīng)過放大電路后最終輸出波形圖3，仿真測量4，通頻帶的測量仿真圖f=204khz時的輸出波形f=210khz時的輸出波形f=118hz時的輸出波形f=112hz時的輸出波形4實驗結(jié)果分析通過比較測量數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)實際測量的數(shù)據(jù)與仿真值誤差較大，達(dá)到9.66%。為減小誤差，可以在RC正弦波震蕩產(chǎn)生電路2N2222的輸出端接入一個100K的滑動變阻器，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，使輸出電壓維持在2mv左右。利用振蕩器產(chǎn)生的信號直接作為輸入信號時，仿真結(jié)果中有些輸出波形失真，主要是因為震蕩產(chǎn)生的波形不穩(wěn)定造成，如果直接使用信號發(fā)生器輸入信號，則無明顯失真。通過測量發(fā)現(xiàn)該信號放大電路的輸入電阻很大而輸出電阻很小，因此采用理想運(yùn)放電路可以減小綜上，通過我們組的成員共同努力，本實驗設(shè)計圓滿完成，達(dá)到實驗要求。5設(shè)計總結(jié)這次實驗內(nèi)容的自我學(xué)習(xí)和實驗任務(wù)的自我實踐設(shè)計，不但激發(fā)了我們自己學(xué)習(xí)和理解知識的熱情，而且給我們樹立起了自覺應(yīng)用自身的知識理論轉(zhuǎn)化能力的意識。總結(jié)整個實際過程，我們學(xué)到了一些東西