模电multisim仿真设计

1、模拟电子技术基础课程设计说明书题目Multisim仿真应用学生：明学 号： 1院（系）：理学院专业：应用物理学指导教师：冠强2014年 6 月 10 日目录第0节背景 1第1节Multisim应用举例二极管的特性的研究 1第2节Multisim应用举例-Rb变化对Q点和电压放大倍数的影响 2第3节Multisim应用举例直接耦合多级放大电路的调试 4第4节Multisim应用举例消除互补输出级交越失真方法的研究 6第5节Multisim应用举例静态工作点稳定电路频率影响的研究 8第6节Multisim应用举例交流负反馈对放大倍数稳定性的影响 1012设计体会及今后改进意见第 0 节 背景Mul

2、tisim 是一个完整的设计工具系统， 提供了一个非常大的元件数据库， 并提供原 理图输入接口、全部的数模 Spice仿真功能、VHDL设计接口与仿真功能、FPGA/CPLD综 合、RF设计能力和后处理功能还可以进行从原理图到PCB布线工具包（如：Ultiboard ）的无缝隙数据传输。随着计算机的飞速发展，以计算机辅助设计为基础的电子设计自动化技术（EDA）已经成为电子学领域的重要学科。EDA工具使电子电路和电子系统的设计产生了革命性的变化，它摒弃了靠硬件调试 来大道设计目标的繁琐过程，实现了硬件设计软件化。Multisim 具有齐全的元器件模型参数库和比较齐全的仪器仪表库，可模拟实验室的操

3、作进行 各种实验。学习 Multisim 可以提高仿真能力、综合能力和设计能力，还可进一步提高实践能力。第1节 Multisim 应用举例二极管的特性的研究1.1 题目研究二极管对直流量和交流量表现的不同特点。1.2 仿真电路仿真电路如图 1-1 所示。因为只有在低频小信号下二极管才能等效成一个电阻所以图流信 号的频率为1kHz、数值为10mV（有效值）。由于交流信号很小，输出电压不失真故可以认 为直流电压表（测平均值）的读书是电阻上直流电压值。X£CL赢 xndV2Amvpt% iSMkzR1丄VI(b)图1-1二极管静态和动态电压的测试(a )直流电源电压为1V时的情况(b)直流

4、电源电压为 4V时的情况1.3仿真容(1) 在直流电流不同时二极管管压降的变化。利用直流电压表测电阻上的电压，从而得 到二极管管压降。(2) 在直流电流不同时二极管交流等效电阻的变化。利用示波器测的电阻上交流电压的峰值，从而得到二极管交流电压的峰值。1.4仿真结果仿真结果如表1-1所示，表流电压均为峰值表1-1仿真数据直流电源交流信号R直流电压表读数R交流电压二极管直流电压二极管交流电压V1/VV2/VURUr/mVUD/VUd/mV4109.920mV9.9200.704V0.0801.5结论110353.847mV9.3220.65V0.678v&e15VimVpk1K3HZCl-

5、IF1O|JFQiFMMTITS1iOKQ-IP1UMbV2VLf_；R13.2MQ1 rnVpIfOiF1 kHz a* 比较直流电流在1V和4V两种情况下二极管的直流管压降可知，二极管的直流电流越 大管压降越大，直流管压降不是常量。 比较直流电源在1V和4V两种情况下二极管的直流管的直流管压降可知，二极管的直 流电流越大，其交流管压降越小，说明随着静态电流的增大，动态电阻将减小；两种情况 下的交流压降均接近输入交流电压值，说明二极管动态电阻很小。第2节Multisim应用举例一一Rb变化对Q点和电压放大倍数的影响2.1题目研究Rb变化对Q点和的影响。2.2仿真电路仿真电路如图2-1所示。晶

6、体管采用FMMT517,其余参数BF = 133，RB = 5 Q。(b)图2-1阻容耦合共射放大电路的测试(a)电路和测试仪器的解法(b)输入信号增大后输出电压的波形2.3仿真容Rb=3MQ和3.2MQ时的UCEQ口 Au.由于信号幅值很小，为1mv,输出电压不失真，故可 以从外用表直流电压(为平均值)档读出静态管压降 UCEQ左边万用表显示Rb=3血时的 UCEQ右边万用表显示3.2MQ时的UCEQ从示波器可以读出输出电压的峰值。(2)输入电压峰值逐渐增大到20mV观察输出电压波形的变化情况。基极偏置电阻Rb/MQ直流电压表读数 UCeQV信号源峰值Upp /mV示波器显示峰值UOpp/m

7、Vl cQ/mA|Au|38.4351146.8620.861473.28.7851139.9490.83140(2)将信号源V1峰值逐渐增大到10mV时输出电压波形正、负半轴幅值有明显差别。当V1峰值为20mV寸，输出电压波形明显失真。2.5结论Rb增大时，Icq减小，“EQ增大，|Au|减小。在图2-1所示电路中，若r bb<<(1+ 3 )Ut/I eq则电压放大倍数rbe=bb +( 1+p) U/l eq(2-1 ) 。(2-2)oIcq成正比.因此调节电阻Au = - 3 .RL'/r be得 Au = -I cR/Ut表明几乎与晶体管无关，而仅与电路中电阻值和

8、温度有关，且与Rd以改变l cq,是改变阻容耦合共射放大电路电压放大倍数最有效的方法；而利用管子以增大的方法，对的影响是不明显的。(2)根据分析，实际的最大不失真输出电压小于理论计算值。产生这种误差的主要原因在 于晶体管的输入、输出特性总是存在非线性，而理论分析是将晶体管特性做了线性化处理。 对于实际电路，失真后的波形并不是顶部成平顶或底部呈平底，而是圆滑的曲线。测试放 大电路时，可以通过输出电压波形正、负半轴幅值是否相等来判断电路是否产生失真。第3节Multisim应用举例直接耦合多级放大电路的调试3.1题目两级直接耦合放大电路的调试。3.2仿真电路图3-1中所示电路为两级直接耦合放大电路，

9、第一级为双端输入单端输出差分放大电路， 第二极为共射放大电路。由于在分立元件中很难找到在任何温度下均具有完全相同特性的两只晶体管，因而就很难 实现共模抑制比很高的差分放大电路。在Multisim环境下可以做到两只晶体管基本相同(a)VI-IUD H2vccxsclVEEGV图3-1两级直接耦合放大电路的测试(a)静态工作点的调试和电压放大倍数的测试(b)共模放大倍数的测试3.3仿真容调整电路的静态工作点，使电路再输入电压为零时的输出电压为零。用直流电压表测 Q2 Q3集电极静态电位。 测试电路的电压放大倍数，输入电压是峰值为2mV的正弦波，从示波器可以读出输出电压的峰值，由此可以得出电压的放大

10、倍数。(3) 测试电路的共模抑制比。加共模信号，从示波器可读出输出电压的峰值，得共模放大 倍数，从而得共模抑制比。3.4仿真结果仿真结果如表3-1、3-2、3-3所示3-1静态工作点的测试Rc2/k Q109.89.79.69.59.49.39.32UcQ2/v10.85410.88210.88010.90710.91110.92710.93610.936UcQ3/mv1198.62865.32665.32521.36325.65146.25-35.142.8863-2电压放大倍数的测试输入差模第一级输出电压第一级差模放第二级输出电第二级电压放整个电路的电压信号/mv峰值/mv大倍数压峰值/m

11、v大倍数放大倍数235.54618-654.256-23.365-345.2563-3共模放大倍数的测试输入共模信号电压峰值/mv第一级输出电压峰值/pV第二级输出电压峰值/pV第一级共模放大倍数整个电路的共模放大倍数共模抑制比1008.523168.254-9-9 x 10-91.68 x 10"112.22 x 103.5结论(1) 由于直接耦合多级放大电路各级之间的静态工作点相互影响，一般情况下，应通过EDA软件调试各级的静态工作点，基本合适后再搭建电路，进行实际测试。(2) 当输入级为差分放大电路时，电路的电压放大倍数是指差模放大倍数。(3) 具有理想对称性的差分放大电路抑制

12、共模信号很强，因此以他作为直接耦合多级放大 电路的输入级可提高整个电路的共模抑制比。第4节Multisim应用举例一一消除互补输出级交越失真方法的研究4.1题目互补输出级交越失真消除方法的研究4.2仿真电路基本互补电路和消除交越失真互补输出级如图3-所示。晶体管采用NPN型晶体管2N3904和PNP型晶体管2N3906二级管采用1N400Q在实际试验中，几乎不可能得到具有较为理想对称性的 NPN型和PNP型管，但是在Multisim 中却可以做到。因此，我们可以看到只受晶体管输入特性影响(不受其他因素影响)所产 生的失真和消除这种失真的方法。vcc15VQ1|YMHlXHH301iNdno&l

13、t;VEE-15V(a)vcc1KD宁BCM0 Vpk二 1100 HiH、yR2 Ikfl2N3306VCC _15Vfi-1亡1XHM32N3M3WEE-ISV土012N3D2V1K40K.-15VVEE(b)4.3仿真容（1）禾U用直流电压表测量两个电路中晶体管基级和发射极电位，得到静态工作点。（2）用示波器分别观察两个电路输入信号波形和输出信号波形，并测试输出电压幅值。4.4仿真结果仿真结果如表4-1、4-2所示4-1基本互补电路的测试数据直流电压表1的读数UB1/mV直流电压表2的读数UE1/mV输入信号V1峰值/V输入信号峰值/V0-9.24221.3524-2消除交越失真的互补输

14、出级的测试数据直流电压表3直流电压表4的直流电压表5的输入信号V2Q3点基极Q4点基极输出信号的读数UB3/mV读数UB4/mV读数UE3/mV的峰值/V动态点位/V动态点位/V峰值/V775.236-775.25616.25621.5631.5632.3654.5结论（1） 静态时晶体管基极和发射极的直流电压均为0,静态功耗小。（2）由于输入电压小于 b-e间的开启电压时两只晶体管均截至，输出信号波形明显产生 了交越失真，且输出电压峰值小于输入电压峰值。（3）输出电压峰值与输入电压峰值相差无几，且输出信号波形没有产生失真，说明合理 的设置了静态工作点时消除交越失真的基本方法，且使电路的跟随特

15、性更好。第5节Multisim应用举例一一静态工作点稳定电路频率影响的研究5.1题目研究旁路电容和静态工作点分别对 Q点稳定电路频率响应的影响。5.2仿真电路C210pFCe id叩F图51旁路电容Ce变化时静态工作点稳定电路频率响应的测试5.3仿真结果仿真结果如表5-1所示表5-1电路参数变化时对频率响应的影响耦合电容耦合电容旁路电容射极电阻中频电压增下限频率上限频率C 1/ FC2/ FCe/ Fo /k Q R e益/dBf l/Hzf h.Hz101010133.4991540228.7571010100133.499173.0941001010133.49915401010101.2

16、32.299245.8245.4结论 实验表明，耦合电容C1从10微F变为100微F时下线截止频率基本不变，而旁路电 容Ce从10微F变为100微F时下线截止频率明显减小。这一方面说明由于 Ce所在回路 的等效电阻最小，想改善该电路的低频特性应当增大 Ce；另一方面说明在分析电路的下限 频率时，如果有一个电容所在回路的时间常数远小于其他电容所在回路的时间常数，那么 该电容所确定的下限频率就是整个电路的下限频率，而没有必要计算其他电容所确定的下 限频率，因而计算前的分析是很重要的。(2)在静态工作点稳定电路中，当射极电阻Re从1kQ变为1.2k Q时，放大管的静态集电极 电流减小，使跨导gm减小

17、，从而使|K|=gmRI减小，导致Ce减小，上线频率fH增大。上 述现象一方面进一步说明增益与带宽的矛盾关系，另一方面说明发射结等效电容与Q点有关，即Q点的设置将影响上线频率。第6节Multisim应用举例一一交流负反馈对放大倍数稳定性的影响6.1题目负反馈对电压串联负反馈放大电路电压放大倍数稳定性的影响6.2仿真电路仿真如图6-1所示。采用虚拟集成运放，运放 U1、U2分别引入了局部电压并联反馈，其 闭环电压放大倍数分别为 Auf1 " Rf1/R1，Auf2Rf2/R2，可以认为该负反馈放大电路 中基本放大电路的放大倍数A" Auf1Auf2(6-1)。整个电路引入了级

18、间电压串联负反馈，闭环电压放大倍数Auf" Auf1Auf2/(1+Auf1Auf2F)(6-2)。F" R/(R+Rf)(6-3)。6.3仿真容分别测量Rf2=100KQ和10KQ时的Auf。从示波器可读出输出电压的幅值，得到电压放大 倍数的变化。6.4仿真结果仿真结果如表(6-1 )所示表6-1仿真结果数据信号源峰值/10mv反馈电阻r 2/K Q运放U2输出 电压峰值Uop闭环电压放大倍数A”电压放大倍数从电压放大倍数 Auf2开环电压放 大倍数A10mv100965.3296-100-1001000010mv10924.3692-100-1010006.5结论 根据表6-1可知Rf2从100k欧姆变为10k欧姆时，开环电压放大倍数从10000变为1000,闭环电压放大倍数变化量A/A=(1000-10000)/10000=-0.9 ，闭环电压放大倍数变化量为 Auf/Auf=(92-96)/96=-0.082,| Auf/Auf|<<| A/A|。由此说明负反馈提高了放大倍数的稳定性。 当开环电压放大倍数 A由10000变为1000时，闭环电压放大倍数Auf分别为99和90.9 , 与仿真结果相似。(3) 当开环电压