Multisim应用实例学习教案

1、会计学1Multisim应用应用(yngyng)实例实例第一页，共92页。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(gishn)波形失真？3）测试其fL和fH。放大(fngd)电路设计与分析第1页/共92页第二页，共92页。图5-2 瞬态分析(fnx)结果输出波形(b xn)已经失真第2页/共92页第三页，共92页。图5-3 加入反馈(fnku)电阻R62）如何改善(gishn)波形失真？?第3页/共92页第四页，共92页。图5-4 参数扫描(somio)设置对话框如何确定(qudng)反馈电阻R6的阻值？可对R6进行参

2、数(cnsh)扫描分析第4页/共92页第五页，共92页。图5-5 参数(cnsh)扫描结果R6=400比较输出波形(b xn)，选择R6为400欧第5页/共92页第六页，共92页。3）如何(rh)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(mrn)，可分别得幅频和相频特性曲线如图； 可对比(dub)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；第6页/共92页第七页，共92页。图5-6 未加R6时的幅频、相频特性曲线(qxin)fL为1.34kHzfH为1.14MHz第7页/共92页第八页，共92页。图5-7 加上R6后的幅频、相频特性曲线(qxi

3、n)fL为16HzfH为18MHz加上负反馈电阻(dinz)R6后，不仅消除了波形失真，同时明显展宽了频带。第8页/共92页第九页，共92页。图5-8 多级交流(jioli)放大器使用(shyng)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。第9页/共92页第十页，共92页。该电路(dinl)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(dinl)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=10

4、00电路理论(lln)分析：输入电阻Ri=20k第10页/共92页第十一页，共92页。取标称值，C1=C2=1 、C3=5.7通频带f=fH-fL，设其中(qzhng)：fL20Hz，fH10kHz 据此可估算出电路中C1、C2、C3的取值第11页/共92页第十二页，共92页。图5-9 例5.2示波器窗口(chungku)启动仿真：得输入输出的信号，可估算( sun)出放大倍数约为1000倍第12页/共92页第十三页，共92页。图5-10 例5.2交流(jioli)频率分析进行(jnxng)交流频率分析可得其fL的值约为13Hz、fH的值约为19KHz第13页/共92页第十四页，共92页。图5

5、-11 例5.3差动放大(fngd)电路第14页/共92页第十五页，共92页。理论(lln)分析：221012()(1.50.5)2.01RkVVVRk仿真(fn zhn)分析：输出(shch)波形，幅值为2V第15页/共92页第十六页，共92页。例5.4 用集成运放设计(shj)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(ciyng)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。第16页/共92页第十七页，共92页。图5-13 例5.4电路(dinl)原理图由电路(din

6、l)可估算：第17页/共92页第十八页，共92页。图5-14 例5.4仿真(fn zhn)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(ky)发现Vo=0.2Vi。输出(shch)波形第18页/共92页第十九页，共92页。图5-17 例5.6电路(dinl)原理图例5.6 如图5-17，是一个方波和锯齿波产生(chnshng)电路。测试其周期，如果使其周期可调，该如何处理？第19页/共92页第二十页，共92页。 在该电路中，运放U1和电阻R1、R3、R5等构成(guchng)了一个滞回比较器;其中R3、R5将Vo1反馈到运放U1的同相输入(shr)端，与零电位比较，实现状态

7、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。第20页/共92页第二十一页，共92页。滞回比较(bjio)器UREF 为参考电压；输出(shch)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(fshng)跳变。OF22REFF2FuRRRURRRu 比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。 +UZuIuO -UZOUT-UT+第21页/共92页第二十二页，共92页。若 uO= UZ ，当 uI 逐渐减小时，使 uO 由 UZ 跳变为 UZ 所需的门限(mnxin)电平 UT- ZF22REFF

8、2FTURRRURRRU 回差(门限(mnxin)宽度)UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若 uO = UZ ，当 uI 逐渐增大(zn d)时，使 uO 由 +UZ 跳变为 -UZ 所需的门限电平 UT+ ZF22REFF2FTURRRURRRU 第22页/共92页第二十三页，共92页。 作用(zuyng)：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。第23页/共92页第二十四页，共92页。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(yn sun)，输出三角波。其周期(zhuq)T为：T=4R1*R3*C/R40.4ms改变它，可调整输出信号频

9、率第24页/共92页第二十五页，共92页。图5-18 例5.6结果(ji gu)(左图为Vo1，右图为Vo) 检查电路(dinl)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。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！第25页/共92页第二十六页，共92页。第26页/共92页第二十七页，共92页。第27页/共92页第二十八页，共92页。第28页/共92页第二十九页，共92页。首先根据(gnj)该滤波电路截止频率为100Hz ，可选取低通滤波器的RC的值；分析(fnx)：012fRC若选取R16k，则可算出C0.1uF第29页/共92页第三十页，

10、共92页。图5-22 例5.8电路(dinl)然后(rnhu)，加上运放，组成有源二阶低通滤波器电路，如图：根据(gnj)运放电路的参数，则可算出：2150111.682upRAR 20lg4.1upAdB第30页/共92页第三十一页，共92页。运行仿真分析(fnx)： 得输入信号V1和输出信号V0的波形图说明(shumng)输入信号通过了该滤波器，并被放大；并从中可以(ky)测试到Vo=1.6Vi第31页/共92页第三十二页，共92页。从波特图仪上可以观察到当20lgAup从4.1dB下降到1dB左右(zuyu)时，其f0约为100Hz，理论值基本相同，达到设计要求。 图5-24 波特(b

11、t)图仪显示结果第32页/共92页第三十三页，共92页。 若将信号源的频率分别修改为200Hz 和1MHz ，再次启动(qdng)仿真，其输出电压有何变化？ 200Hz1KHz第33页/共92页第三十四页，共92页。适当修改(xigi)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(zn d)C1、C2或R3、R4，截止频率减小增大R1输出波形(b xn)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？第34页/共92页第三十五页，共92页。1. 输出功率要足够(zgu)大 oooUIP 2. 效率(xio l)要高 %100E

12、oPPPo为信号(xnho)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。特 点 第35页/共92页第三十六页，共92页。功率放大电路(dinl)有三种工作状态(1) 甲类工作(gngzu)状态静态工作点 Q 大致在负载(fzi)线的中点。三极管的工作角度为360度。tiCQOOiCuCE(1) 甲类工作状态这种工作状态下，放大电路的最高效率为 50%。第36页/共92页第三十七页，

13、共92页。(2) 甲乙类工作(gngzu)状态(3) 乙类工作(gngzu)状态tiCQOOiCuCE(2) 甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE(3) 乙类工作状态 静态(jngti)工作点 Q 沿负载线下移，静态(jngti)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 IC 0 处 ，管耗更小，但输出波形只剩半波了。第37页/共92页第三十八页，共92页。图5-25 乙类互补(h b)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(b xn)，并判断其最大电压输出范围。工作原理？第38页/共92页第三十九页，共92页

14、。输出(shch)波形从中可以发现输出信号(xnho)的波形有明显的交越失真。 当输入信号(xnho)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：输入波形第39页/共92页第四十页，共92页。其失真(sh zhn)范围如何呢？下面进行直流扫描分析(fnx)，以便确定其交越失真的范围。直流扫描(somio)分析： Simulate/Analysis/DC Sweep在Output variables标签中，选定节点1作为测试节点，其他项默认。设置StartValue和Stop value的值分别为-5V和5V设置In

15、crement为0.1V第40页/共92页第四十一页，共92页。图5-27 例5.9直流扫描分析(fnx)结果可以发现其失真(sh zhn)范围为-775.0000mV666.6667mV。第41页/共92页第四十二页，共92页。图5-28 例5.9最大输出电压测试(csh)结果如何判断其最大电压(diny)输出范围？打开直流扫描分析设置窗口，设置其Start value和Stop value的值分别为-20V和20V，然后(rnhu)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。第42页/共92页第四十三页，共92页。图5-29改进(gijn

16、)后的电路甲乙类互补对称功放电路电路(dinl)原理分析第43页/共92页第四十四页，共92页。图5-30 例5.10输出(shch)波形观察输出波形，如图所示，可以发现(fxin)已经没有交越失真仍然观察其输出波形，并判断(pndun)其最大电压输出范围。第44页/共92页第四十五页，共92页。Simulate/Analysis/DCSweep，直流扫描设置：设置Start value和Stop value的值分别(fnbi)为-10V和10V，设置Increment为0.1V，在Output variables标签页，选定节点5作为测试点，其他项默认。其最大电压输出(shch)范围为-5V

17、5V。第45页/共92页第四十六页，共92页。直流电源的组成(z chn)图 直流电源的组成(z chn)电网(dinwng)电压电源变压器整流电路滤波器稳压电路负载第46页/共92页第四十七页，共92页。一、单相(dn xin)整流电路tU sin22LRU2222U22U优点(yudin)：使用元件少。缺点：输出(shch)波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。整流电路第47页/共92页第四十八页，共92页。二、单相(dn xin)全波整流电路全波整流电路22U222U第48页/共92页第四十九页，共92页。三、 单相(dn xin)桥式整流电路22UL22RU22U22UL22RU第4

18、9页/共92页第五十页，共92页。滤波(lb)电路一、电容滤波(lb)电路适用于负载电流(dinli)较小的场合。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：2O(AV)2 . 1 UU 脉动系数 S 约为 10% 20%。2)53(LTCR 当当第50页/共92页第五十一页，共92页。二、RC - 型滤波(lb)电路输出(shch)直流电压为：O(AV)LLO(AV)URRRU 脉动(midng)系数 S 约为：SRRCS )/(1L2 适用于负载电流较小的场合。第51页/共92页第五十二页，共92页。三、电感(din n)滤波电路和 LC 滤波电路一、电感(din n)滤波器适用于负载电流比较(b

19、jio)大的场合。二、LC 滤波器输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9 . 0 UUU 脉动系数 S ：SLCS 21 适用于各种场合。图 图 第52页/共92页第五十三页，共92页。串联(chunlin)型直流稳压电路一、电路组成和工作(gngzu)原理采样(ci yn)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 ICUCEUO第53页/共92页第五十四页，共92页。二、输出电压(diny)的调节范围由于(yuy) U+ = U- ，UF = UZ， 所以O32132FZURRRRRUU 当

20、R2 的滑动(hudng)端调至最上端时，UO 为最小值Z32321OURRRRRU Z32321OminURRRRRU 当 R2 的滑动端调至最下端时，UO 为最大值，Z3321OmaxURRRRU 则：串联型直流稳压电路第54页/共92页第五十五页，共92页。例5.11分析下面(xi mian)的直流电源，负载为1k。第55页/共92页第五十六页，共92页。图5-33 滤波(lb)前后的波形图5-34 负载(fzi)上的电流图5-34 负载上的电压第56页/共92页第五十七页，共92页。如何(rh)减小纹波系数？通过参数扫描(somio)分析设定(sh dn)分析时间为0.05s需要选择一

21、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第57页/共92页第五十八页，共92页。串联(chunlin)型直流稳压电源其电压(diny)调节范围？稳压效果怎样？第58页/共92页第五十九页，共92页。例5.12 针对(zhndu)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。逻辑(lu j)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。第59页/共92页第六十页，共92页。图5-37 VoH测试(csh)电路创建电路(dinl)

22、后，启动仿真，进行各种参数测试：（1） VoH测试(csh)第60页/共92页第六十一页，共92页。 VoH测试(csh)结果得到VoH为5.0V，大于标准高电平2.4V，并且(bngqi)有100ns的输出延迟。第61页/共92页第六十二页，共92页。图5-39 VoL测试(csh)电路 创建测试(csh)电路，如图5-39所示，启动仿真后，测试(csh)结果为VoL=0V，小于标准低电平0.4V。(2) 测试(csh)输出低电平VoL图5-40 VoL测试结果第62页/共92页第六十三页，共92页。图5-41 测试(csh)Iis电路图5-42 万用表显示(xinsh)窗口创建电路(din

23、l)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第63页/共92页第六十四页，共92页。图5-43 测试(csh)扇出系数创建电路(dinl)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(csh)扇出系数No测得最大允许负载电流IOL=5.545mA第64页/共92页第六十五页，共92页。图5-44 半加器电路(dinl)第65页/共92页

24、第六十六页，共92页。信号发生器XFG3，设定(sh dn)方波频率为20Hz，幅值为5V；信号发生器XFG1，设定(sh dn)方波频率为10Hz，幅值为5V。节点(ji din)7输出其本位和，节点(ji din)4输出其进位，表达式为： 电路中使用两个(lin )指示灯和两个(lin )三极管分别构成的两个(lin )基本放大电路，作为电平指示电路。修改参数：电路分析：第66页/共92页第六十七页，共92页。指示灯X1(表示输入A)指示灯X2(表示输入B)LED2(表示和S)LED1(表示进位C)NNNNYNYNNYYNYYNY表5.4 电平指示(zhsh)器件闪亮情况表 检查电路无误后

25、，启动(qdng)仿真。观察并记录电平显示情况如表5.4所示。仿真(fn zhn)分析：第67页/共92页第六十八页，共92页。图5-45 A、B、S、C点波形图可以(ky)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(shr)A输入(shr)B和S进位C第68页/共92页第六十九页，共92页。第69页/共92页第七十页，共92页。555定时器是一种集成电路，因集成电路内部(nib)含有三个5k电阻而得名。利用(lyng)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。第70页/共92页第七十一页，共92页。1. 电路(dinl)组成CC32VCC31V输出(shch)缓冲+VCCuOTD5 k5 k5 kRQ&1uD第71页/共92页第七十二页，共92页。2. 基本功能+VCCuOTD5 k5 k5 kRQ&1uD0UOL饱和(boh)2VCC/3 111UOLVCC/3