multisim对于负反馈放大发电路仿真课程设计.docx

电子技术课程设计 NANCHANG UNIVERSITY 课程设计 题目：基于Multisim的反馈电路分析与仿真2.常用组态负反馈放大电路的仿真分析2.1 电压串联负反馈电路集成运放采用 741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中 ,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的 A通道接输入信号 ,B通道接输出信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示。上面 A通道的波形是输入波形;下面 B通道的电流串联负反馈电路波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真开关打向上边时 ,加入电压串联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合。2.2电流串联负反馈电路集成运放采用 LM307H,其中,输入信号 V1是一个交流电流源信号。示波器的 A通道接输入信号,B通道接输出信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示。下面 A通道的波形是输入波形;上面 B通道的波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。开关打向上边时 ,加入电压串联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示 ,下面 A通道的波形是输入波形上面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合的。2.3电压并联负反馈电路集成运放采用 741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中 ,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的 A通道接输出信号 ,B通道接输入信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图 所示。上面 A通道的波形是输出波形;下面 B通道的波形为输入波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。开关打向上边时 ,加入电压并联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图 所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合的。2.4电流并联负反馈电路集成运放采用 LM307H,其中 ,输入信号 I 1是一个交流电流源信号。示波器的 A通道接输入信号 ,B通道接输出信号。开关打向左边时 ,没有负反馈 ,输入、输出的信号波形如图所示。上面 A通道的波形是输入波形;下面 B通道的波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。开关打向右边时 ,加入电流并联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了是相符合的。3.仿真分析负反馈对放大电路的影响3.1开环闭环的电压放大倍数比较图1 开环无负载图2 开环有负载图3闭环无负载图4 闭环有负载电路如图所示，用虚拟示波器按下表分别测量输入/输出电压的峰-峰值，记入下表中：RLViVoAu/Auf开环（J1断开）RL=无穷大（J2断开）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2闭合）2.99mV255mV85.2闭环（J1闭合）RL=无穷大（J2断开）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2闭合）2.99mV50mV16.73.2开环闭环的输入输出电阻比较1）输入电阻Ri图5 开环图6 闭环在输入端串联一个5.1k的电阻，如图所示，并且连接一个万用表，如图连接。启动仿真，记录数据，并填下表。仿真数据 Vs Vi计算开环（J1断开）20mV15.2mVRi=Vi*Rs/（Vs-Vi）=16.6k闭环（J1闭合）20mV15.8mVRif=Vi*Rs/（Vs-Vi）=19.2k2）输出电阻Ro图7 开环有负载测VL图8 开环无负载测Vo图9 闭环有负载测VL图10 闭环无负载测Vo仿真电路如图所示，先接上负载电阻，测量输出电压VL，再断开负载，测量输出电压VO。仿真数据 VL Vo计算开环（J1断开）1.23V2.36VR0=（V0-VL）*RL/VL=4.68k闭环（J1闭合）265mV292mVRof= （V0-VL）*RL/VL=0.51k3.3提高放大倍数的稳定性RLViVoAu/Auf开环（J1断开）RL=无穷大（J2断开）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2闭合）2.99mV255mV85.2闭环（J1闭合）RL=无穷大（J2断开）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2闭合）2.99mV50mV16.7从表中数据可以得出：开环状态下不接负载和接负载放大倍数变化明显，而闭环后负载的变化对放大倍数几乎没有影响，但放大倍数对开环而言明显下降。可见引入复反馈能够提升放大倍数的稳定性，但以降低放大倍数为代价。3.4扩展频带可以看到 ,加入交流负反馈以后 ,电路的频带宽度明显增加。所以负反馈对频带具有明显的扩展作用。4.利用虚拟仪器表和仿真分析方法对反馈放大电路的分析 4.1傅里叶分析设置 Frequency resolution 为1 000 Hz, 单击Estimate 按钮, 自动设置Stopping time for sampling。选择Normalize graphs, 纵坐标刻度为Decibel,选择输出节点作为分析节点。J 1 断开和闭合时分别运行傅里叶分析, 可得到图11 和图12。并测试出无反馈时: 总谐波失真系数 THD: 1.54899%。引入反馈后: THD:0.306912%。直观准确地反映了引入负反馈后, 可以减小非线性失真。图11 开环图12 闭环4.2负载电阻的参数扫描分析执行parameter sweep analysis。设置分析对象为R L ,Star t 为10 000, Stop 为100 000, # of 为5 (R L 阻值分别为 10 k8 , 3215 k8 , 55 k8 , 7715 k8 , 100 k8 ) , 选择Analysis to 中的Transient Analysis, 并选择输出节点作为分析节点。J1 断开和闭合时分别运行参数扫描分析, 得到图13和图14。直观的反映出无反馈时 (图13) : 随着负载电阻R L 的变化, 输出电压有显著的变化, R L 愈大, A u 愈大引入反馈后 (图14) : 输出电压基本不随负载电阻R L 的变化而变化,。说明了引入电压负反馈后, , 提高带负载能力。图13 开环图14 闭环4.3温度扫描分析执行temperature sweep analysis, 设置起始值为0 Deg, 终止值为150 Deg, 步长为5, 选择Analysis to 中的Transient Analysis, 选择输出节点作为分析节点,J 1 断开和闭合时分别运行温度扫描分析, 可观测得温度为0 , 3715 , 75 , 11215 , 150 时的输出电压波形,如图15, 图16 所示。直观地反映出无反馈时(如图15) : 随着温度的变化, 电压放大倍数发生变化, 稳定性差。引入反馈后(如图16) : 电压放大倍数基本不随温度的变化而变化。说明负反馈可以提高放大倍数的稳定性。图15 开环图16 闭环5.负反馈放大电路的实例仿真分析1 、仿真电路以交流电压串联负反馈放大电路为例，首先在Multisim 10中创建仿真电路。进入Multisim 10仿真环境，从元件库中调用晶体管(2N3904，默认值=200、UBE=0.75 V、Rbb=200、UT=26mv)、电阻、电容、直流电源、开关等元件，从虚拟仪器工具栏中取出四踪示波器，创建仿真电路如图所示。2、静态工作点与电压放大倍数的理论值计算（1）开关A闭合，F断开，电路为两级阻容耦合放大电路。静态工作点的理论计算Ic1=2.41mAIB1=12.05uAUCE1=Ucc-(Rc1+Re11+Re12)*Ic1=4.05VIc2=2.15mAIB2=1.07uAUCE2=Ucc-Ic2(Rc2+Re2)=5.55v开环电压放大倍数的理论计算rbe1= rbb+=2.35Krbe2= rbb+=2.61KRL1=Rc1Rb21Rb22rbe2=1.06KRL=Rc2RL=1KAv1=3.38Av2=76.63Av=Av1*Av2=259.01（2）开关A闭合，F闭合，电路为两级阻容耦合电压串联发反馈放大电路。闭环电压放大倍数的理论计算Fu=0.0291+AvFu=8.544Avf=30.313、静态工作点的仿真测试首先，测两级的静态工作点，将信号源断开，用探针、电压表分别测出基极、集电极电流及管压降，其值为IB1=15.0A，IC1=2.20 mA，UCE1=4.711V，IB2=13.0A，IC2=2.03mA，UCE2=5.906V。开环和闭环时静态工作点相同。电路于图所示。可见，理论值与实验值大致相同。4、开环性能的仿真测试（1）开环无负载开关A断开，F断开，电路于图所示。启动仿真开关，在示波器Timebase区设置X轴的时基扫爱描时间，在Channel A、ChannelB和Channel C区分别设置A、B和C通道输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图。（2）开环有负载开关A闭合，F断开，电路于图所示。启动仿真开关，在示波器Timebase区设置X轴的时基扫爱描时间，在Channel A、ChannelB和Channel C区分别设置A、B和C通道输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图。由仿真数据通过计算可得Ri=*1K16.5KRo=(-1)*2K1.96KAvo=429.8AvL=219.3A/A=(Avo-AvL)/Avo=(429.8-219.3)/429.30.49BW=fH-fL(146.572-895.4*) 145.68KHZ5、闭环性能的仿真测试（1）闭环无负载断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法，仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量如图所示（2）闭环有负载图断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法，仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量，交流分析、幅频特性、通频带（BW）的仿真测量如图所示。由仿真数据通过计算可得Ri=*1K22.765KRo=(-1)*2K0.136KAvo=31.65AvL=29.63A/A=(Avo-AvL)/Avo=(31.65-29.63)/31.650.064BW=fH-fL(3.7005-26.3429*) 3.7005MHZ6.仿真结果分析在放大电路中引入负反馈可以改善放大电路某些方面的性能。通过下列表格和以上仿真图可得：1：引入电压串联负反馈后，电路的输入电阻增大了。与无级间反馈时的输入电阻Ri相比，增加的不多，这是由于闭环时，图6（a）所示电路总的输入电阻为Rif = Rif / Rb11 / Rb12,引入电压串联负反馈只是增大了反馈环路内的输入电阻Rif, 而Rb11 / Rb12不在反馈环路内，不受影响，因此总的输入电阻Rif增加的不多。2：引入电压串联负反馈后，、输出电阻减小了。3：引入负反馈后，下限频率降低了、上限频率升高了，因此总的通频带展宽了。4：引入负反馈后，电压放大倍数的变化量减小了，放大倍数的稳定性提高了，带负载的能力加强了。5：引入负反馈后，放大电路内部产生的非线性失真明显的减小了。6：引入负反馈后，电路的放大倍数下降了。总的来说，采用负反馈是以降低放大倍数为代价的，目的是为了改善放大电路的工作性能，稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减少非线性失真、扩展通频带等。6.心得体会 通过这几天的课程设计，我觉得学到了很多。不仅仅是对于模电这门课程所包含的知识有了更好的学习，也是对于自身态度及学习方法有了更好的理解。这个学期multisim这个软件有了更多的使用，自从上个学期电路课程初步使用仿真软件，到这学期通过平时作业对软件逐渐熟悉了解。这为在此次课程设计中打了好的基础。通过multisim这个软件，可以弥补我们在实际学习生活中因为各种因素无法做到的实验实践，这使我们对于专业课程的学习有了更深层次的提升，也使我们学习变得更加便捷。这次由于抽到了软件的题目，课程自己学习也不好，所以刚拿到题目感觉无从下手，没有头绪。通过几天的学习及查阅资料有了进一步的理解，掌握了课题的核心内容，从而开始一步一步下手做设计。对于反馈放大电路这个题目，我先对于负反馈电路基本组态方式进行描述，探究了负反馈对于放大电路的影响，之后利用几种分析方法和仪器对放大电路深入分析，最后举一实例对于上述内容进行验证。在仿真中所运用原理公式虽仍有不够了解，但相比之前有了提升。通过这次课程设计也使我明白，只有付出才有收获。我也会在今后的学习当中更加投入，不要虚度大学四年时光。在此，也感谢老师们的辛苦付出。毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年