共射、射随、差放直交流性能分型及电流源设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 实验一 OXOWLVLP 的使用及共射放大器的仿真一. 实验目的：（1）进一步了解Multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好基础。（2）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输出波形的影响。（3）加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。（4）观察失真现象，了解其产生的原因。图1共射放大电路仿真图二 实验步骤：2.1 直流工作点分析11 静态工作点分析 在半导体三极管放大器中，为了获得最大不失真的输出电压，静态工作点应选择输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选得过高，易引起饱和失真，而选得过低，又易引起截止失真。在测试中如果，此时三极管进入饱和；如果，此时三极管进入截止状态。本设计中=6.744 V（图1.1），可见三极管工作在放大状态见图1.2，利用软件对电路进行直流工作点分析得到如图1.3所示的仿真结果。图1.1 电压示意图图1.2输入输出仿真示意图图1.2中蓝色线为输入波形，红色线为输出波形，从仿真结果中可知，波形得到了放大。运行直流工作点分析，得到图1.3所示结果：图1.3直流工作点分析电路如图1.3所示：其中v(6)= ,v(5)= ,v(7)= =625.56mv，由结果可知，即满足三极管发射极正偏，集电极反偏的要求，故三极管工作在放大状态。用电流表测得4.552uA，=0.972mA (图1.4), 213.5图1.4 基极、集电极电流测量电路2.2 输入电阻的测量步骤：在输入端加激励，在输入端串联理想电流表，并联理想电压表，电路图如图1.6所示： 图1.6 输入电阻测量电路由仿真结果可知：输入电阻为采用三极管H参数计算代入数值去=200，=215，计算得=3.3582.3、输出电阻输出电阻的测量，采用外加激励法，输入短路的同时，去掉输出负载，同时在输出端串联一个交流信号源，通过与交流信号源串联一个电流表和一个理想电压表可以测得外加激励的输出电流和电压，则输出电阻。电路图如图1.7所示：图1.7 输出电路测量电路有仿真结果知：=1.414mV，=0.484uA，故=1.414mv/0.484uA=2.92基于H参数小信号模型的输出电阻公式为=3，比较可见，仿真分析与理论计算的结果比较吻合。2.3幅频响应与相频响应放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数与输入信号频率之间的关系曲线。在Multisim中频率特性的测试方法有两种：直接测量法和扫描分析法。 直接测量法 将波特图仪连接在电路中，如图1.8所示。双击波特图仪，仿真后，放大电路的幅频响应和相频响应如图1.9（a）、（b）所示。图1.8 幅频响应、相频响应测量电路图1.9（a）共射放大电路幅频响应图1.9（b）共射放大电路幅频响应扫描分析法通过单击SimulateAnalyses(AC Analysis菜单，在弹出的对话框中“Output”栏选择输出节点v3，设置完成后点击Simulate按钮进行分析。得到电路的幅频特性和相频特性曲线图同图2.0所示一致，在讨论频率范围内与直接测量法几乎完全吻合。图2.0 扫描法幅频响应与相频响应2.4由图1.9可知中频放大倍数，下限频率fL=103.542 Hz（如图2.1），上限频率fH=31.67MHz（如图2.2），则通频带BW=fH-fL=31.667 MHz。图2.1 下限截止频率示意图图2.2 上限截止频率示意图2.5以f=30MHz为例，测试电路如图2.3图2.3测试电路相移=3.137ns/(1000/20)ns*2*pi=0.3942rad2.6失真分析图3.0失真分析电路通过调节可变电阻R7，改变电路静态工作点a）当R7=20K即R7+R3=25k的时候，电路出现底部失真，即饱和失真如图，此时65.767mv如图3.1所示：.图3.1饱和失真仿真结果b）当R7=104K，即R7+R3=109K的时候，出现顶部失真，即截止失真，此时11.048v，如图3.2所示：图3.2 截止失真仿真结果5共射放大电路交流小信号分析需要注意的几点：1、静态工作点的建立，直接影响到系统是否能够正常工作，而静态工作点的建立和分压电阻R1、R2有着密切的关系，故正确的选择R1和R2的阻值对于是否正确建立直流工作点起着重要的作用。2、动态指标的分析建立在不失真的基础之上，而要想不失真，一来工作点的建立需要使电路有较大的动态范围，二来输入信号的大小也直接影响着是否会发生失真，故需均衡综合考虑从以上性能的分析可以看出，共射放大电路输入电阻很小，输出电阻很大。实验二 射随器的仿真1. 实验目的：（1）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图2所示的射随器电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输入输出特性的影响。（2）学习设计电流源负载射随器，并研究其性能。（3）观察失真现象，了解其产生的原因。（4）了解运算发大器电压跟随器的特性。图2.1射随器电路图射极跟随器（又称射极输出器，简称射随器或跟随器）是一种共集接法的电路见上图，它从基极输入信号，从射极输出信号。它具有高输入阻抗、低输出阻抗、输入信号与输出信号相位相同的特点。2.直流工作点分析图2.1（b）直流工作点分析电路运行simulator，analysis，直流分析的结果：如图2.2所示：图2.2 直流工作点分析电路如图2.2所示：其中v(1)= ,v(2)= ,v(3)= ，=6.883V基极、集电极测量电路图2.2（b）基极、集电极测量电路=1.879mA，=7. 105uA， =264.5由结果可知，即满足三极管发射极正偏，集电极反偏的要求，故三极管工作在放大状态。2.2 输入电阻的测量步骤：在输入端串联理想电流表，并联理想电压表，电路图如图2.3所示：图2.3 输入电阻测量电路由仿真结果可知：输入电阻为采用三极管H参数计算代入数值去=200，=264.5，计算得=477.42.3、输出电阻输出电阻的测量，采用外加激励法，输入短路的同时，去掉输出负载，同时在输出端串联一个交流信号源，通过与交流信号源串联一个电流表和一个理想电压表可以测得外加激励的输出电流和电压，则输出电阻。电路图如图2.4所示：图2.4输出电阻仿真电路有仿真结果知：=0.707V，=4.655mA，故=0.707/4.655=151.88采用三极管H参数计算=145.63、幅频响应与相频响应1）利用软件直接测量电路如图3.0所示：图3.0 幅频响应、相频响应测量电路图3.1（a）幅频响应曲线图3.1（b）相频响应曲线2）用交流分析功能运行仿真，分析，交流分析，添加分析量(如图3.2)图3.2 分析量v(4)为输出点击仿真：的结果如图3.3所示：图3.3 交流幅频响应、相频响应仿真结果由图3.1(a)可知中频放大倍数=0.032dB，即无电压放大能力，=4.021Hz，=248.704GHzBW=-=248.7GHz4、由=+1.8861mA设计镜像电流源如图4.1所示：图4.1镜像电流源带电流源的共集电极直流电路电路如图4.2所示：图4.2 带电流源的集电极直流电路由于镜电流与像电流不是完全相等，通过在Q1发射极加电流表，调节VCC的值我们可以使U3（Q1发射极电流）近似等于原电路直流工作点电流=1.886mA,从图中看出电路的静态工作点基本没有改变。完整电路如图4.3所示图4.3带电流源的共集电极电路1） 直流工作点分析：如图4.4图4.4直流工作点仿真结果从图中关系看出，管子仍工作在放大状态，且值基本保持不变。2） 输入电阻图4.5 输入电阻测量电路图可知：=515.733） 输出电阻测量，测量输出电阻时，输入应该短路，如图4.6图4.5输出电阻测量电路=274） 幅频响应、相频响应图4.6幅频响应、相频响应测试电路图4.7幅频响应、相频响应测试曲线5、使用运放搭建的打压跟随器如图5.1所示：图5.1运放搭建的电压跟随器电路用示波器观察输入输出波形红色为输入，蓝色为输出，可以看出实现了电压跟随功能，如图5.2所示：图5.2 打压跟随器出入输出关系图运行仿真-分析-瞬态分析，添加分析量，的仿真结果如图5.3所示：图5.3 跟随器瞬态仿真结果3、回答相关问题：1、射随器加电流源负载后，输入电阻变大，输出电阻变小。加电流源后，电流源给射随器提供稳定的电流，而不受温度和电压的影响，故带电流源的射随器输出电阻变小，带负载能力增强。2、电阻为5时电阻为50时电阻为5M时说明运算放大器带载能力很增强强。总结：通过对射随器的仿真，以及电流源的设计，对共射放大电路及电流源有了更深刻的认识，同时也对用mutisim仿真电路有了更深刻的认识。实验三：差动放大器的仿真1. 实验目的：（1）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图3所示的差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。（2）加深对差分放大电路工作原理的理解。（3）通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。图3.1 差动放大电路1、 直流工作点分析图2.2 差放直流工作点分析2、提供差放静态工作电流图2.3 提供差放电流3、输入电阻的测量图2.4 输入电阻测量电路=36.2694、输出电阻将输入交流信号短路，在输出端（双端输出）加激励，并串联理想电流表，并联理想电压表，如图所示：图2.5 输出电阻测量电路4、单端放大倍数测量电路如图所示：注意示波器输出要选则AC，实现隔直耦交，否则输出中将叠加有静态电位的直流分量。图2.6 单端放大倍数测量电路图2.7 单端放大倍数测量曲线其中蓝色为A通道（输出），则120.303mV/-19.621mV=-6.1158,负号是因为从反相端输出。5、输出幅频相频特性以单端为例，图2.8 幅频、相频特性曲线测量电路图2.9 幅频、相频特性曲线测量曲线6、交流分析功能幅频相频特性曲线图2.10 幅频、相频特性曲线测量运行仿真-分析-交流分析设置参数如下：添加输出变量：点击仿真，运行结果如下：图2.10 幅频、相频特性曲线测量曲线7、温度扫描运行仿真-分析-温度扫描分析设置参数如下：添加输出变量V（9），运行仿真，结果如下所示：图2.11 温度扫描测量曲线8、如