基于multisim的共基放大电路课程设计论文

1、西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学 课程设计（论文） 任务书（参考格式）专业班级： 学生姓名： 指导教师（签名）：一、课程设计（论文）题目共基放大电路性能研究二、本次课程设计（论文）应达到的目的 设计一个共基放大电路，用 Multism 软件研究共基放大电路的性 能。三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数 据、技术参数、设计要求等）（1）设置合适的直流电源值，计算电路的静态工作点。（2）分别计算无负载和有负载时电路的电压放大倍数、 输入电阻 和输出电阻。（3）用示波器观察输入和输出波形，画出波形图。（4）计算电路的最大不失真输出电压。（5）测量电路的频率特性。四

2、、应收集的资料及主要参考文献1 于卫. 模拟电子技术实验及综合实训教程 .湖北：华中科技大学 出版社， 2008.78902 路而红.虚拟电子实验室 .北京：人民邮电出版社， 2005.38 453 童诗白.模拟电子技术基础 . 北京：高等教育出版，2013.761154 蒋卓勤 .multisim2001 及其在电子设计中的应用 . 西安电子科 技大学出版社， 2003.46785 朱定华 . 电子电路实验与课程设计 . 北京：清华大学出版 社,2008.3238五、审核批准意见教研室主任（签字）西安建筑科技大学课程设计（论文）摘要利用 Multisim10 仿真软件对共基放大电路进行设计和

3、仿真， 运用直流工作点对静态工作点进行分析和设定，利用交流分析分 析电路的频率特性；对电压增益、输入电阻和输出电阻进行仿真 测试，推导出单管共基放大电路高频、中频、低频时的电压放大 倍数及完整的频率响应，测试结果和理论计算值基本一致。研究 表明发现 Multisim10 仿真软件具有强大的设计和仿真分析功能， 可以缩短设计周期，保障操作安全，方便调试，提高设计质量。 矚 慫润厲钐瘗睞枥庑赖。关键字 ：静态工作点，放大，仿真，频率特性西安建筑科技大学课程设计（论文）AbstractComputer aided design and simulation on common base amplif

4、ier circuit were prepared using Multisim10 simulation software. The use of DC operating point analysis and the static operating point analyze circuit. The frequency characteristic of the circuit using AC analysis test on the voltage gain, input resistance and output resistance, Paper calculates comp

5、lete frequency response and voltage-gain while it is high frequency, centric frequency, low frequency. The result is basically to agree with theoretical calculation. It was found that multisim10 simulation software with a strong design and simulation analysis function can shorten the design cycle. e

6、nsure the safety of operation and improve design quality. 聞 創沟燴鐺險爱氇谴净。Key words : static operating point, amplifier, simulation, frequencycharacteristic 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。西安建筑科技大学课程设计（论文）目录1 Multisim10 介绍 11.1 Multisim10 电路分析方法 23 设计原理 74 设计内容 94.1 静态工作点分析 94.1.1 稳定静态工作点的方法 94.1.2 理论计算 104.1.3 测量值 114.1.4

7、直流工作点分析 124.2.1 电路元件分析 134.2.2 有负载情况共基放大电路 144.2.3 无负载共基放大电路 184.3 计算最大不失真输出电压 224.4 测量电路的频率特性 245 学习收获 26参考文献 27西安建筑科技大学课程设计（论文）1 Multisim10 介绍Multisim10 是美国国家仪器（ National Instruments ， NI） 公司的于 2007年 3 月发布的电路设计 10.0 版本。它集电路设计 和功能测试于一件，为设计者提供了一个功能强大、仪器齐全的 虚拟电子工作平台。设计者可以利用大量的虚拟电子元器件和仪 器仪表，搭建虚拟实验室， 进

8、行模拟电路、 数字电路、 自动控制、 单片机和射频电子线路的仿真和调试。 Multisim10 软件测试虚拟 电子、电工元器件和仪表，实现了“软件即仿真”和“软件即仪 器”。Multisim10 就是一个原理电路设计和电路功能测试的虚拟仿 真软件。概括起来， Multisim10 具有以下特点： 酽锕极額閉镇桧猪訣 锥。1）采用交互式界面，直观方便。2）元器件库提供数千种电路元器件库，同时也支持用户新建或扩 充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商 的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。 彈 贸摄尔霁毙攬砖卤庑。3）软件的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验室用

9、的通用仪 器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源。而且 还有一般实验室少有或没有的仪器， 如波特图仪、字信号发生器、 逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪 等。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。4）允许用户使用电路原理图的图形输入和电路硬件描述语言输入 方式。第1页 共 25页西安建筑科技大学课程设计（论文）5）可用来设计、测试和演示各种电路。如电工学、模拟电路、数 字电路、接口电路、芯片控制电路等等。可以对被仿真电路中的 元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而 观察不同故障情况下的电路工作状况。而且在进行仿真的同时， 软件可以存储测试点的所有数据，列出被

10、仿真电路的所有元器件 清单, 以及存储测试仪器的工作状态、 显示波形和具体数据等。 厦 礴恳蹒骈時盡继價骚。1.1 Multisim10 电路分析方法Multisim10 具有较强的分析功能，用鼠标点击 Simulate （仿 真）菜单中的 Analysis （分析）菜单（ Simulate Analysis ）， 可以弹出电路分析菜单。点击设计工具栏的也可以弹出该电路分 析菜单。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1）直流工作点分析（ DC Operating Point Analysis ）。 在进行直流工作点分析时， 电路中的交流源将被置零， 电容开路， 电 感 短 路 。 用 鼠 标 点 击 Si

11、mulate Analysis DC Operating Point Analysis ，将弹出 DC Operating Point 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。Analysis 对话框，进入直流工作点分析状态。2）交流分析（ AC Analysis ） 交流分析用于分析电路的频率特性。需先选定被分析的电路节点， 在分析时，电路中的直流源将自动置零，交流信号源、电容、电 感等均处在交流模式，输入信号也设定为正弦波形式。若把函数 信号发生器的其它信号作为输入激励信号，在进行交流频率分析 时，会自动把它作为正弦信号输入。因此输出响应也是该电路交第2页 共 25页西安建筑科技大学课程设计（论文）流频率的

12、函数。 用鼠标点击 Simulate Analysis AC Analysis ， 将弹出 AC Analysis 对话框，进入交流分析状态。 籟丛妈羥为贍偾蛏练 淨。3）瞬态分析（ Transient Analysis ） 瞬态分析是指对所选定的电路节点的时域响应。即观察该节点在 整个显示周期中每一时刻的电压波形。在进行瞬态分析时，直流 电源保持常数，交流信号源随着时间而改变，电容和电感都是能 量 储 存 模 式 元 件 。 用 鼠 标 点 击 Simulate Analysis Transient Analysis ，将弹出 Transient Analysis 对话框，进 入瞬态分析状态

13、。 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。4）傅里叶分析（ Fourier Analysis ） 傅里叶分析方法用于分析一个时域信号的直流分量、基频分量和 谐波分量。即把被测节点处的时域变化信号作离散博里叶变换， 求出它的频域变化规律。在进行傅里叶分析时，必须首先选择被 分析的节点，一般将电路中的交流激励源的频率设定为基频，若 在电路中有几个交流源时，可以将基频设定在这些频率的最小公 因数上。譬如有一个 10.5kHz 和一个 7kHz的交流激励源信号，则 基 频 可 取 0.5kHz 。 用 鼠 标 点 击 Simulate Analysis Fourier Analysis ，将弹出 Fourier An

14、alysis 对话框，进入傅 里叶分析状态。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。用鼠标点击5）噪声分析（ Noise Analysis ） 噪声分析用于检测电子线路输出信号的噪声功率幅度，用于计算、 分析电阻或晶体管的噪声对电路的影响。在分析时，假定电路中 各噪声源是互不相关的，因此它们的数值可以分开各自计算。总 的噪声是各噪声在该节点的和（用有效值表示）第3 页 共 25页西安建筑科技大学课程设计（论文）Simulate Analysis Noise Analysis ， 将 弹 出 Noise Analysis 对话框，进入噪声分析状态。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。6）噪声系数分析（ Noise Figu

15、re Analysis ） 噪声系数分析主要用于研究元件模型中的噪声参数对电路的影响。 在 Multisim10 中噪声系数定义中： No 是输出噪声功率， Ns 是信 号源电阻的热噪声， G是电路的 AC增益（即二端口网络的输出信 号与输入信号的比）。噪声系数的单位是 dB，即 10log10 （F）。用 鼠标点击 Simulate Analysis Noise Figure Analysis ，将弹 出 Noise Figure Analysis 对话框，进入噪声系数分析状态。 擁 締凤袜备訊顎轮烂蔷。7）失真分析（ DistortionAnalysis ）失真分析用于分析电子电路中的谐波

16、失真和内部调制失真（互调 失真），通常非线性失真会导致谐波失真，而相位偏移会导致互调 失真。若电路中有一个交流信号源，该分析能确定电路中每一个 节点的二次谐波和三次谐波的复值，若电路有两个交流信号源， 该分析能确定电路变量在三个不同频率处的复值：两个频率之和 的值、两个频率之差的值以及二倍频与另一个频率的差值。该分 析方法是对电路进行小信号的失真分析， 采用多维的“Volterra ” 分析法和多维“泰勒” （Taylor ）级数来描述工作点处的非线性， 级数要用到三次方项。这种分析方法尤其适合观察在瞬态分析中 无法看到的、比较小的失真。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。8）直流扫描分析（ DC Swe

17、ep Analysis ） 直流扫描分析（ DC Sweep Analysis ）是利用一个或两个直流电 源分析电路中某一节点上的直流工作点的数值变化的情况。注意： 如果电路中有数字器件，可将其当作一个大的接地电阻处理。用第4页 共 25页西安建筑科技大学课程设计(论文)鼠标点击 Simulate Analysis DC Sweep Analysis ，将弹出 DC Sweep Analysis 对话框，进入直流扫描分析状态。 坛摶乡囂 忏蒌鍥铃氈淚。9) 灵敏度分析( SensitivityAnalysis )灵敏度分析( Sensitivity Analysis )是分析电路特性对电路中

18、元器件参数的敏感程度。灵敏度分析包括直流灵敏度分析和交流 灵敏度分析功能。直流灵敏度分析的仿真结果以数值的形式显示， 交流灵敏度分析仿真的结果以曲线的形式显示。用鼠标点击 Simulate Analysis Sensitivity Analysis ， 将 弹 出 Sensitivity Analyses 对话框，进入灵敏度扫描分析状态。 蜡 變黲癟報伥铉锚鈰赘。10) 参数扫描分析( Parameter Sweep Analysis ) 采用参数扫描方法分析电路，可以较快地获得某个元件的参数， 在一定范围内变化时对电路的影响。相当于该元件每次取不同的 值，进行多次仿真。对于数字器件，在进行参

19、数扫描分析时将被 视 为 高 阻 接 地 。 用 鼠 标 点 击 Simulate Analysis Parameter Sweep Analysis ，将弹出 Parameter SweepA nalysis 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。对话框，进入参数扫描分析状态。11) 温度扫描分析( Temperature Sweep Analysis ) 采用温度扫描分析，可以同时观察到在不同温度条件下的电路特 性，相当于该元件每次取不同的温度值进行多次仿真。可以通过 “温度扫描分析”对话框，选择被分析元件温度的起始值、终值 和增量值。在进行其它分析的时候，电路的仿真温度默认值设定 在 27 。 用 鼠

20、标 点 击 Simulate Analysis 第5页 共 25页西安建筑科技大学课程设计(论文)Temperature Sweep Analysis, 将 弹 出 Temperature Sweep Analysis 对话框，进入温度扫描分析状态。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2 绪论在电子技术的发展历程中，随着计算机辅助技术的应用和普 及，以及电子产品向数字化、集成化、微型化和低功耗方向的发 展， EDA(Electronic Design Automation) 技术逐渐产生并日趋 完善。电子、电气、信息类专业的学生可以应用 EDA 技术进行电 子电路的设计和测试。 EDA具有效率高，周期短，

21、应用范围广的优 点，已成为当今电子设计的主流手段和技术潮流。在众多的电路 仿真软件中， Multisim10 以其界面友好，功能强大和容易使用而 倍受高校电类专业师生和工程技术人员的青睐。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。模拟电子技术是高校电类专业的基础课程。共基放大电路是 模拟电子技术的基础部分，也是这门课程的教学重点和难点，而 共基放大电路则是放大电路的基本形式。要在放大电路中实现输 出信号的不失真放大，必须设置合适的静态工作点。放大电路的 适用范围是低频小信号，电压增益、输入电阻和输出电阻是分析 放大电路的动态指标。利用仿真软件对典型电子电路进行计算机第6页 共 25页西安建筑科技大学课程设计（论

22、文）仿真，实现在有限的课题教学中，化简单抽象为具体形象，化枯燥乏味为生动有趣，能充分调动学生的学习兴趣和自主性，帮助 学生更好地理解和掌握教学内容。本文以共基放大电路为例，应 用 Multisim10 仿真软件进行了模拟电路的计算机辅助教学。 猫虿驢 绘燈鮒诛髅貺庑。3 设计原理从原理上看，共基极放大电路输入信号最大不允许超过 20mV 的峰值，与电源电压向比可以忽略不计。而集电极电压的动态变 化范围与共发射极固定偏置电路完全一样。所以，共基极固定偏 置电路静态工作点的设计与共发射极固定偏置电路。 锹籁饗迳琐筆襖鸥 娅薔。利用晶体三极管构成的放大电路常用的形式如图 3.1 所示， 该电路是采用

23、阻容耦合方式的共基放大电路。电路中为了稳定静 态工作点。采用了常用的分压式静态工作点稳定电路。放大电路 的静态工作点 Q 主要由 Rb1、Rb2、Re、Rf、Rc及直流电源 Vcc共 同决定，测量静态工作点时，电容断开。该电路利用 RB1、RB2 分 压固定三极管的基极电位 UBQ，使其基本不受温度变化的影响， 比 较稳定。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。第7页 共 25页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 3.1 共基放大电路第8页 共 25页西安建筑科技大学课程设计（论文）4 设计内容4.1 静态工作点分析4.1.1 稳定静态工作点的方法图 4.1 共基放大电路的直流通路1）引入直流负反馈如 4.

24、1 图， ， ，起到直流负反馈作用，温度升高时， 升 高， 升高， 升高，又因为 不变，导致 下降， 下降， 下降。 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。起到直流负反馈的作用2）温度补偿第9页 共 25页西安建筑科技大学课程设计（论文）利用对温度敏感的原件，在温度变化时直接影响输入回路， 例如：如图 4.1， 或 采用热敏电阻，当温度升高时， 下 降，导致 下降， 下降，从而 下降， 也下降，起到反馈作 用。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。4.1.2 理论计算图 4.2 直流通路为了稳定 Q 点，通常 ，即 ，因此，基本不随温度变化第 10 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）4.1.3 测量值图 4.

25、3 静态工作点图 4.4 静态工作点图 4.5 静态工作点表 4.1 静态工作点的测量值实测值实测计算UB(V)UE(V)UC(V)UBE(V)UCE(V)IC(mA)第 11 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）1.9621.1917.4660.7716.2750.92由于近似计算， 实验值与理论值稍有误差， 但结论基本一致4.1.4 直流工作点分析图 4.7 直流工作点扫描图如图 4.7 ，第 12 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）4.2 动态分析4.2.1 电路元件分析基极去耦电容 Cb的作用如 A 图所示，当没有基极去耦电容的时候， 输入电压信号使发生波动，

26、 也随之发生波动； 也会相同的波动， 的波动会在 基极电阻 上产生与输入信号相位相同的电压波动，从而减小了 UBE之间受输入信号影响而变化的电压差， 因此而不能获得设定的 电压放大倍数。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。如 B 图所示，当加上基极去耦电容的时候， 输入电压信号使 发生波动， 也随之发生波动； 也会相同的波动，容量很大的基 极去耦电容能够使基极动态电压保持基本不变， 因此而能够受 输入信号的影响波动正常的电压幅度；从而获得设定的电压放大 倍数。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。的作用第 13 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）起到直流负反馈作用，通过 Re、 Rf 两端电压的改变反馈调

27、节4.2.2 有负载情况共基放大电路图 4.10 有负载共基放大电路1）波形图第 14 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.11 有负载输入输出波形如图 4.9 ，绿色输入，红色输出，输出比输入电压大很多，实 现了电压的放大。2）电压放大倍数计算值如图 4.10图 4.12 有负载交流通路等效图第 15 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）实验值：图 4.13 有负载输入有效值图 4.14 有负载输出有效值3）输入输出电阻测量实验值:测量输入电阻：在信号源和放大器之间串联接入一个 1K电 阻,用示波器读出接入 1K电阻前后 ,电路的输入信号 ,由测量值 计算出输

28、入电阻值为 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。第 16 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.15 信号源串联 1K 电阻电路图 4.17 有效值图 4.16 有效值R=1K电阻接入前的输入电压R=1K电阻接入后的输入电压计算输入电阻值 输出电阻计算值：实验值第 17 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.18 有效值图 4.19 有效值负载电阻 RL 开路时的输出电压负载电阻 RL接通时的输出电压计算输出电阻值4.2.3 无负载共基放大电路图 4.20 无负载共基放大电路1）波形图第 18 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.21 无负载输入输出波

29、形图如图 4.19 ，绿色输入，红色输出，输出比输入电压大，实现 了电压的放大。2）电压放大倍数 计算值:图 4.22 无负载交流电路等效图 第 19 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）实验值：图 4.23 无负载输入有效值图 4.24 无负载输出有效值3）输入输出电阻测量输入电阻计算值：输入电阻实验值： 测量输入电阻：在信号源和放大器之间串联接入一个 1K电 阻,用示波器读出接入 1K电阻前后 ,电路的输入信号 ,由测量值 计算出输入电阻值为 : 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。第 20 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.25 信号源串联图 4.26 R=1K 电阻

30、接入前电压1K电阻电路图 4.27 R=1K 电阻接入后电压计算输入电阻值 30.5 输出电阻计算值：输出电阻实验值：第 21 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.28输出电压5K负载电阻 RL 开路时的输出电压5K负载电阻 RL 接通时的输出电压 计算输出电阻值4.3 计算最大不失真输出电压为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的 中心。为此在放大器正常工作情况下， 逐步增大输入信号的幅度， 用示波器观察 ，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明 静态工作点已调在交流负载线的中心。然后反复调整输入信号， 使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。第 22 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.29 调节 Rb2，以及输入信号，得到削底和缩顶图图 4.30 调节输入信号，使波形基本不失真第 23 页 共 25 页西安建筑科技大学课程设计（论文）图 4.31 最大不失真电压有效值所以最大不失真输出电压4.4 测量电路的频率特性1）中频段：通频带 BW以内的区域由于耦合电容及旁路电容的容量较大，在中频区呈现的容抗 （1/ C）较小，故可视为短路；而三极管的极间电容的容量较小， 在中频区呈现的容抗较大，故可视为开路。因此，在中频