Multisim应用实例.pptVIP

二、Multisim11应用实例,1在模拟电子技术中的应用2在数字电子技术中的应用,图5-1例5.1原理图,例5.1共射晶体管放大电路，如图5-1所示，要求：1）判断输出波形是否失真？2）如何改善波形失真？3）测试其fL和fH。,5.1在模拟电子技术中的应用,5.1.1放大电路设计与分析,图5-2瞬态分析结果,输出波形已经失真,图5-3加入反馈电阻R6,2）如何改善波形失真？,?,图5-4参数扫描设置对话框,如何确定反馈电阻R6的阻值？,可对R6进行参数扫描分析,图5-5参数扫描结果,R6=400,比较输出波形，选择R6为400欧,3）如何测试fL和fH？,加上电阻R6前后分别进行交流分析，测试节点为2，其他设置默认，可分别得幅频和相频特性曲线如图；,可对比加电阻R6前后的幅频和相频特性曲线，看出其通频带的变化；,图5-6未加R6时的幅频、相频特性曲线,fL为1.34kHz,fH为1.14MHz,图5-7加上R6后的幅频、相频特性曲线,fL为16Hz,fH为18MHz,加上负反馈电阻R6后，不仅消除了波形失真，同时明显展宽了频带。,图5-8多级交流放大器,使用集成运算放大器LM124AJ组成具有深度负反馈的交流放大器，如图5-8所示。分析其幅频特性和放大能力，指出fL和fH。,例5.2,该电路属于LM124AJ的典型应用，第一级LM124AJ的Gain=1+R2/R110，第二级LM124AJ的Gain=1+R4/R6=101，因此该电路的中频电压放大倍数约为1000。其设计指标为：中频电压放大倍数A=1000,电路理论分析：,输入电阻Ri=20k,取标称值，C1=C2=1、C3=5.7,通频带f=fH-fL，设其中：fL20Hz，fH10kHz据此可估算出电路中C1、C2、C3的取值,图5-9例5.2示波器窗口,启动仿真：得输入输出的信号，可估算出放大倍数约为1000倍,图5-10例5.2交流频率分析,进行交流频率分析,可得其fL的值约为13Hz、fH的值约为19KHz,例5.3如图5.11是一个运放构成的差动放大器，分析其功能。,图5-11例5.3差动放大电路,理论分析：,仿真分析：,输出波形，幅值为2V,例5.4用集成运放设计一个实现Vo=0.2Vi的电路。,分析：按照设计要求，Vo=0.2Vi，因此可采用两级反相比例运放电路，第一级实现Auf1=-0.2，第二级实现Auf2=-1，从而实现Auf=0.2。设计电路如图5-13所示。,5.1.2模拟信号运算电路分析,图5-13例5.4电路原理图,由电路可估算：,图5-14例5.4仿真结果,通过瞬态分析仿真，得到输出波形如图5-14所示。通过测试可以发现Vo=0.2Vi。,输出波形,图5-17例5.6电路原理图,例5.6如图5-17，是一个方波和锯齿波产生电路。测试其周期，如果使其周期可调，该如何处理？,5.1.3信号产生和处理电路分析,在该电路中，运放U1和电阻R1、R3、R5等构成了一个滞回比较器;,分析：,其中R3、R5将Vo1反馈到运放U1的同相输入端，与零电位比较，实现状态的转换。,同时R3还将Vo反馈到运放U1的同相输入端，作为滞回比较器的输入，构成闭环。,滞回比较器,UREF为参考电压；输出电压uO为+UZ或-UZ；uI为输入电压。,当u+=u-时，输出电压的状态发生跳变。,比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。,UT-,UT+,若uO=UZ，当uI逐渐减小时，使uO由UZ跳变为UZ所需的门限电平UT-,回差(门限宽度)UT：,若uO=UZ，当uI逐渐增大时，使uO由+UZ跳变为-UZ所需的门限电平UT+,作用：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。抗干扰能力强。,运放U2和电阻R4、电容C1等构成反相积分电路，通过对Vo1的积分运算，输出三角波。,其周期T为：T=4R1*R3*C/R40.4ms,分析：,改变它，可调整输出信号频率,图5-18例5.6结果(左图为Vo1，右图为Vo),检查电路无误后，启动仿真，双击示波器，打开其显示窗口。结果如图5-18所示。,仿真分析：,输出波形测得周期为4ms,如果将电阻R3换成一个变阻器，则可调整其周期！,矩形波发生电路仿真分析举例,三角波发生电路仿真分析举例,仿真分析结果,首先根据该滤波电路截止频率为100Hz，可选取低通滤波器的RC的值；,例5.8设计一个通带截止频率为100Hz的二阶低通有源滤波电路。,分析：,若选取R16k，则可算出C0.1uF,图5-22例5.8电路,然后，加上运放，组成有源二阶低通滤波器电路，如图：,根据运放电路的参数，则可算出：,运行仿真分析：得输入信号V1和输出信号V0的波形图,说明输入信号通过了该滤波器，并被放大；,并从中可以测试到Vo=1.6Vi,从波特图仪上可以观察到当20lgAup从4.1dB下降到1dB左右时，其f0约为100Hz，理论值基本相同，达到设计要求。,图5-24波特图仪显示结果,若将信号源的频率分别修改为200Hz和1MHz，再次启动仿真，其输出电压有何变化？,200Hz,1KHz,适当修改参数R1、R2、R3、R4和C1、C2，观察通带电压放大倍数和通带截止频率的变化？,增大C1、C2或R3、R4，截止频率减小,增大R1输出波形幅度增大,如果R1太大，输出会？,比较有源低通滤波器和无源低通滤波器的带负载？,1.输出功率要足够大,2.效率要高,Po为信号输出功率,PE是直流电源向电路提供的功率。,3.非线性失真要小,为使输出功率大,功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件,在大信号工作状态下,器件本身的非线性问题十分突出,因此,输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。,5.1.4功率放大器分析,特点,功率放大电路有三种工作状态,(1)甲类工作状态,静态工作点Q大致在负载线的中点。三极管的工作角度为360度。,这种工作状态下，放大电路的最高效率为50%。,(2)甲乙类工作状态,(3)乙类工作状态,静态工作点Q沿负载线下移，静态管耗减小，但产生了失真。三极管的导通角度大于180度小于360度。,静态工作点下移到IC0处，管耗更小，但输出波形只剩半波了。,图5-25乙类互补对称功放电路,例5.9乙类互补对称功放电路如图5-25所示。要求观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。,功放电路仿真分析,工作原理？,输出波形,从中可以发现输出信号的波形有明显的交越失真。,当输入信号较小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，即交越失真。,其失真原因,运行仿真：,输入波形,其失真范围如何呢？,下面进行直流扫描分析，以便确定其交越失真的范围。,直流扫描分析：Simulate/Analysis/DCSweep,在Outputvariables标签中，选定节点1作为测试节点，其他项默认。,设置StartValue和Stopvalue的值分别为-5V和5V,设置Increment为0.1V,图5-27例5.9直流扫描分析结果,可以发现其失真范围为-775.0000mV666.6667mV。,图5-28例5.9最大输出电压测试结果,如何判断其最大电压输出范围？,打开直流扫描分析设置窗口，设置其Startvalue和Stopvalue的值分别为-20V和20V，然后进行直流扫描分析，结果如图5-28所示；,其最大电压输出范围为-11.5000V12.5000V。,图5-29改进后的电路甲乙类互补对称功放电路,例5.10针对上例中乙类互补对称功放电路的交越失真问题，如何对电路进行改进？,电路原理分析,图5-30例5.10输出波形,观察输出波形，如图所示，可以发现已经没有交越失真,仍然观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。,仿真分析,Simulate/Analysis/DCSweep，直流扫描设置：设置Startvalue和Stopvalue的值分别为-10V和10V，设置Increment为0.1V，在Outputvariables标签页，选定节点5作为测试点，其他项默认。,判断其最大电压输出范围：,其最大电压输出范围为-5V5V。,5.1.5.1直流电源的组成,图直流电源的组成,电网电压,电源变压器,整流电路,滤波器,稳压电路,负载,5.1.5直流电源分析,一、单相整流电路,优点：使用元件少。,缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。,5.1.5.2整流电路,二、单相全波整流电路,三、单相桥式整流电路,5.1.5.3滤波电路,一、电容滤波电路,适用于负载电流较小的场合。,滤波电容大，效果好。,输出直流电压为：,脉动系数S约为10%20%。,二、RC-型滤波电路,输出直流电压为：,脉动系数S约为：,适用于负载电流较小的场合。,三、电感滤波电路和LC滤波电路,一、电感滤波器,适用于负载电流比较大的场合。,二、LC滤波器,输出直流电压为：,脉动系数S：,适用于各种场合。,图10.3.5,图10.3.6,5.1.5.4串联型直流稳压电路,一、电路组成和工作原理,采样电路：R1、R2、R3；,放大电路：A；,基准电压：由VDZ提供；,调整管：VT；,稳压过程：,UI或IL,UO,UF,UId,UBE,IC,UCE,UO,二、输出电压的调节范围,由于U+=U-，UF=UZ，所以,当R2的滑动端调至最上端时，UO为最小值,当R2的滑动端调至最下端时，UO为最大值，,则：,串联型直流稳压电路,直流电源分析举例1,例5.11分析下面的直流电源，负载为1k。,图5-33滤波前后的波形,图5-34负载上的电流,仿真分析,图5-34负载上的电压,如何减小纹波系数？,通过参数扫描分析,设定分析时间为0.05s,需要选择一个合适的电容,可见电容取值大于350F时，纹波就已经比较小,设定C的变化范围：50uF650uF,直流电源分析举例2,串联型直流稳压电源,其电压调节范围？,稳压效果怎样？,例5.12针对与非门电路74LS00D，分析与非门的特性，加深对各参数意义的理解。,5.2在数字电子技术中的应用,5.2.1逻辑门电路基础,74LS00D是一种有四个二输入端与非门的芯片，其外部特性参数有：输出电平、开门电平、关门电平、扇出系数、平均传输延时和空载功耗等。,图5-37VoH测试电路,创建电路后，启动仿真，进行各种参数测试：,（1）VoH测试,仿真分析：,VoH测试结果,得到VoH为5.0V，大于标准高电平2.4V，并且有100ns的输出延迟。,图5-39VoL测试电路,创建测试电路，如图5-39所示，启动仿真后，测试结果为VoL=0V，小于标准低电平0.4V。,(2)测试输出低电平VoL,图5-40VoL测试结果,图5-41测试Iis电路,图5-42万用表显示窗口,创建电路如图5-41所示。启动仿真后，万用表读数显示如图5-42所示，其值为0。即Iis=0A(由于仿真误差，因此Iis的实际值不可能为0)，远小于规定的1.6mA。,(3)测试输入短路电流Iis,图5-43测试扇出系数,创建电路如图5-43所示,启动仿真后,毫安表显示最大允许负载电流IOL=5.545mA，而前面测试得到Iis的值为0，可见No=IOL/Iis的值大于8。,(4)测试扇出系数No,测得最大允许负载电流IOL=5.545mA,图5-44半加器电路,例5.13如图5-44所示，是一个74LS00D构成的半加器，分析其功能。,信号发生器XFG3，设定方波频率为20Hz，幅值为5V；信号发生器XFG1，设定方波频率为10Hz，幅值为5V。,节点7输出其本位和，节点4输出其进位，表达式为：,电路中使用两个指示灯和两个三极管分别构成的两个基本放大电路，作为电平指示电路。,修改参数：,电路分析：,表5.4电平指示器件闪亮情况表,检查电路无误后，启动仿真。观察并记录电平显示情况如表5.4所示。,仿真分析：,图5-45A、B、S、C点波形图,可以在示波器看到如图所示的A点、B点、S点和C点的波形。,输入A,输入B,和S,进位C,计数器电路仿真分析举例,5.22555定时器应用电路,555定时器是一种集成电路，因集成电路内部含有三个5k电阻而得名。,利用555定时器可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。,1.电路组成,分压器,比较器,RS触发器,输出缓冲,晶体管开关,555定时器,2.基本功能,0,UOL,饱和,2VCC/3,111,UOL,VCC/3,饱和,VCC/3,不变,不变,2VCC/3,2Vcc/3，触发器自动翻转。,多谐振荡器工作原理,0,截止,T饱和导通后，电容C2开始放电，Uc开始缓慢下降。,回到了暂稳态I,1,0,1,1,0,0,当UcVcc/3时，触发器又自动翻转。,0,0,1,1,0,1,可用示波器查看其输出波形；,仿真分析：,Uc,T2=0.7(R1+R2)C,振荡周期：,占空比：,图5-48例5.15简易门铃电路,例5.16分析如图5-48所示是一个简易门铃电路。,电容C3充电时间为：T1=0.7(R1+R2+R3)C电容放电时间为：T2=0.7(R1+R2)C电路振荡周期和频率为：T=T1+T2=0.7(2R1+2R2+R3)C