【中频放大链路软件仿真调试分析案例3200字】

VII中频放大链路软件仿真调试分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27003中频放大链路软件仿真调试分析案例 1192031.1各种电路仿真软件的比较 124501.2仿真电路图 2181461.2.1各电路模块仿真结果展示 2319112仿真结果分析 5184752.1时域分析 5157052.2电路AC分析 8153742.3环路稳定性分析 91.1各种电路仿真软件的比较电路仿真是电路设计的重要步骤，准确的仿真结果不仅可以作为电路设计的重要参考，而且还可以为实际电路上板提供丰富的理论数据和性能验证。现如今，格式各样的电子电路的仿真软件也发展得日渐成熟，下面通过表1.1对当今市面上常见的电路仿真软件进行简单的比较：表1.1常用的电路仿真软件比较信息软件名称安装容量（M）虚拟电源种类虚拟元件数量仿真设备数量模拟分析电路虚拟数字仿真混合电路仿真图线处理能力样例电路数量B2SPICEA/DV465681.5万017可以可以一般64CircuiMaker12300.6万211可以可以优秀85ICAP/4V8.7.1024641.4万010可以可以优秀24IVEXSpice1340.4万08可以不能一般16MicroCapV712341.5万08可以可以优秀151Multisim183291.6万1119可以可以优秀31Protel99SE258250.6万010可以可以优秀40PspiceV9.1Student4140281011可以可以一般10SIMextrix13150.6万06可以可以优秀91Tina6.084182.0万521可以可以优秀208从表1.1的常用电路仿真软件比较的信息可以看出Multisim电路仿真软件的性能良好，不仅包含了种类多样、数量庞大的虚拟元件，而且它所包含的虚拟仿真设备也是多于其他种类的仿真软件的，并且相对于其他仿真软件Multisim软件操作简单容易上手，跟适合初学者，所以选择Multisim软件对本次课题设计进行仿真是最优选择。1.2仿真电路图根据第二章的模块设计得出总体仿真电路图，电路图从左到右包括了阻抗调整、衰减网络、电平搬移和放大网络模块，如图1.1所示：图1.1总体仿真电路图1.2.1各电路模块仿真结果展示在Multisim软件中用泰克(Tektronix)仿真数字示波器对设计电路的各模块进行仿真测试，如图1.1所示，在电路最左侧用一个信号源和50Ω的内阻代替信号输出端口，在第一部分的电压跟随器THS4032中，经过同相输入的电压跟随器输入端的输入阻抗高，在同相输入端加上接地电阻R1和R13后，同相输入端可以在没有输入信号的时候保持0电位，保证了该模块的稳定性，接入示波器可以看到此时的输出为0~5V的正弦波，符合设计要求。图1.2信号源跟随示意图在图1.2的反馈环路中(电压跟随器阻抗调整的电路)，反馈环路电阻为49.9欧，可以与信号源内阻匹配，这样可以保证输出的电压信号是与输入信号完全一致的高频正弦信号，可以减少输出失调电压，提高跟随精度。在第二个集成运放THS4032中，如图1.3所示，在放大器的输入端采用了电阻网络分压模块，保证了将上级电路输出的0~5V信号改换为0~1V的波形，完成了电阻分压模块的衰减工作，将信号衰减为20%幅度。图1.3衰减网络电路结果展示在电平搬移电路模块部分，通过运放的调节，将上级衰减网络输出的0~1V信号转换成了-1~1V信号，如图1.4所示。图1.4电平搬移电路结果展示最终电路的输出波形为-1~1V的正弦波，其频率相位与上一级的输入波形完全一致，如图1.5所示。图1.5后级输出波形展示图1.6输入信号、衰减信号、电平搬移、输出信号图示由图1.5和图1.6中示波器的测试结果可以看出，所设计的电路实现了50Ω特征阻抗的0~5V正弦波（DC~50M）输入信号到50Ω特征阻抗的-1~+1V正弦波（DC~50M）输出信号的转换，达到了设计的目标。4仿真结果分析本节内容主要介绍如何利用Multisim软件完善的电路分析功能，完成设计电路的时域波形分析、AC响应以及环路稳定性分析工作。2.1时域分析用Multisim软件中的双通道示波器测试设计电路各模块的输入电压和输出电压，并测量其相位差，在一般情况下，只要经过多级运放或者电容等器件后，电路就会有明显的时序差别，测试的时序一般分为两种，一种是正常过程中的时序，另一个是上电后的时序，在本设计中主要为了测试设计电路的阻抗匹配、衰减网络、电平搬移和放大网络的功能，在此处主要展示各模块电路的输出电压数据，如图2.1所示，将示波器的两个通道分别接在电压源和电压跟随器的输出接口上，可以看到两级电路均输出0~5V的正弦波，满足设计要求：图2.1电路时域分析图一将示波器的两个通道分别接在电源跟随器和衰减网络的输出端，其结果如图2.2所示，可以看到电源跟随器的输出端输出0~5V的正弦波，同时衰减网络的输出端电压为0~1V，将信号衰减了为20%的幅度，实现了衰减电路的设计目标。图2.2电路时域分析图二最后将示波器的A、B通道分别接在电平搬移网络和放大网络的输出端口，其结果如图2.3所示，可以看到电平搬移网络将衰减网络0~1V的正弦波向下平移，经过放大网络使其信号幅度增加一倍输出-1~+1V正弦波，实现了该模块电路的目标功能。图2.3电路时域分析图三在放大网络电路的输入端和输出端分别接上波特测试仪，如图2.4所示，从图像结果可以看出该电路为一个低通滤波电路，移动光标可以观察其通频带的增益为6.02dB，表示放大倍数为两倍，符合设计要求。图2.4波特测试仪测试图一继续移动光标观察数据，如图2.5所示，因为滤波器的截止频率为-3dB的点，移动光标到此位置可以发现，其截止频率为38.474MHz，符合中频放大器的设计范围。图2.5波特测试仪测试图二2.2电路AC分析AC频域分析也称为交流分析，是指在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。可以通过该分析计算电路的幅频特性和相频特性，是一种线性分析方法。在进行交流频率分析时，首先分析电路的直流工作点，并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。在进行交流分析时，电路工作区中自行设置的输入信号将被忽略。也就是说，无论给电路的信号源设置的是三角波还是矩形波，进行交流分析时，都将自动设置为正弦波信号，分析电路随正弦信号频率变化的频率响应曲线，本设计电路的交流分析测试曲线如图2.2所示：图2.6电路AC分析图测试结果给出了电路的幅频特性曲线和相频特性曲线,幅频特性曲线显示了13和16节点（电路输出端）的电压随频率变化的曲线；相频特性曲线显示了13和16号节点的相位随频率变化的曲线，如图2.3所示。由交流频率分析曲线可知，该电路大约在0Hz～53MHz范围内放大信号，放大倍数基本稳定，且相位基本稳定。超出此范围，输出电压将会衰减，相位会改变。图2.7移动光标电路AC分析图2.3环路稳定性分析通过Bode图对电路进行环路稳定性分析，从运放的闭环增益(Acl)的公式(2.1)可以看出：Acl=VoutVin如果环路的增益对于闭环回路的增益公式(2.2)：Aol*β=-1(2.2)那么，公式(2.1)的分母为0，即公式(2.3)趋于无穷:Acl=Vout当Acl趋于无穷，表示在非常小的输入信号下，就会引起非常大的输出信号，即表示引起了振荡。而在系统中非常小的输入信号(VinLoopG=Aol*β=-1(2.4)从物理意义上看，那么负反馈系统就是用输出信号的一部分进行反向，再放大给输出。反向已经是180度，比较理想的控制对象没有相移的场合，反馈给输入端仍然是相移180度，这样就是完全的负反馈。但实际应用中，运算放大器在通常的频率下都具有90度的位滞后，这样就已经具有270度的相移，当被控制系统再有90度的相位滞后，一共就是360度了，等于输出转了一圈又回到输入，那么此时的幅值与输入相等，不需要任何输入信号系统就可以循环，即发生振荡。因此可以得出在环路增益等于1的频率上（即在增益Bode图中LoopG与0dB的交汇点），如果环路增益的相移≧360度，则为不稳定，通过理论资料可知，在环路增益等于1的场合下，环路增益相移即便达到359.9度，系统也不会振荡。但是此时的系统会很不稳定，容易对反应过激，那么对于很小的输入信号会有很大幅度的阻尼振荡，表示该系统稳定性不高。因此，在环路增益等于1时，相移距离360度越远，系统稳定性越高，其远离