Multisim模拟电路仿真 课件 劳五一 第7-12章 有源滤波器-电路

第7章有源滤波器本章知识结构Multisim分析方法：交流分析（ACSweep）章节引言有源滤波器概述滤波电路是一种具有频率选择功能的电路，它允许某些频率成分的信号顺利通过，同时，阻止其他频率成分的信号通过。有源滤波器则是利用有源器件和电阻电容网络构成的一类滤波器：不含电感器避免了电感器体积大、损耗高的缺点，适合集成化设计。高选频特性可实现LC滤波器所具有的高选频特性，性能优越。有源器件多样有源器件可以是运算放大器、电流传输器和跨导放大器等。本章主要讨论由运算放大器和电阻电容所构成的有源RC滤波器。7.1有源低通滤波器本节介绍有源低通滤波器的电路结构、仿真方法与实验验证。7.1.1低通滤波器基本概念低通滤波器（LowPassFilter，LPF）

低通滤波器在通带内允许低频信号通过，在阻带内对高频信号进行衰减，是最基本的滤波器类型之一。图7-1低通滤波器的理想幅频特性7.1.1电路结构二阶有源低通滤波电路（赛伦-凯电路）

图7-2二阶有源低通滤波电路的一种电路结构7.1.1传递函数与参数

特征角频率

品质因数

7.1.1简化条件下的参数公式

特征角频率简化公式

品质因数简化公式

在等值电阻电容条件下，参数公式大幅简化，便于工程设计与计算。7.1.2仿真Multisim仿真图电路元件参数：

图7-3二阶有源低通滤波器仿真图7.1.2仿真操作步骤交流分析（ACSweep）操作流程：点击交流分析根据特征频率理论值，设置起始频率和终止频率(a)设置起始频率和终止频率7.1.2仿真操作步骤（续）选择分析变量V(2)点击RUN，即可看到幅频特性和相频特性曲线(b)选择分析变量7.1.2仿真结果——频率特性曲线通过交流分析（ACSweep）得到二阶有源低通滤波器的幅频特性和相频特性曲线，验证了理论分析的正确性。(c)频率特性图7-4交流分析7.1.2不同Q值的幅频特性比较图中曲线从上到下依次对应Q=10、5、2、1、0.707和0.5图7-5不同Q值时的幅频特性比较R2值Q值R2=0Q=0.5R2=1.17kΩQ=0.707R2=2kΩQ=1R2=3kΩQ=2R2=3.6kΩQ=5R2=3.8kΩQ=107.1.3实验面包板上的有源低通滤波器按照仿真图，在面包板上搭建有源低通滤波器电路。电阻、电容选用标称值集成运放选用μA741图7-6面包板上的有源低通滤波器7.1.3实验结果——幅频特性利用雨珠S中的网络分析仪对电路进行测试，得到幅频特性：实验结果验证了有源低通滤波器的幅频特性，与仿真结果基本吻合，证明了电路设计的正确性。图7-7有源低通滤波器的幅频特性7.2有源高通滤波器本节介绍有源高通滤波器的电路结构、仿真方法与实验验证。7.2.1高通滤波器基本概念高通滤波器（HighPassFilter，HPF）

高通滤波器与低通滤波器相反，允许高频信号通过，阻止低频信号，常用于去除直流分量或低频干扰。图7-8高通滤波器的理想幅频特性7.2.1电路结构设计思路：将二阶有源低通滤波电路中的R和C的位置互换，可得到二阶有源高通滤波电路。通过将低通滤波电路中的电阻和电容位置互换，即可得到高通滤波电路，这是一种简洁而有效的设计方法。图7-9二阶有源高通滤波电路的一种电路结构7.2.1传递函数与参数

特征角频率

品质因数

7.2.2仿真

图7-10二阶有源高通滤波器仿真图7.2.2仿真结果Q=0.707时的幅频特性如图所示。注意：由于受所用运放增益带宽积的限制，其幅频特性曲线随频率的升高而下降，从而限制了高通滤波器的上限频率。图7-11Q=0.707时的幅频特性7.2.3实验面包板上的有源高通滤波器电阻、电容选用标称值集成运放选用μA741图7-12面包板上的有源高通滤波器7.2.3实验结果——幅频特性利用雨珠S中的网络分析仪对电路进行测试，得到幅频特性：FrequencyAmp/dB20KHz-15.038KHz-10.056KHz-5.074KHz0.092KHz0.5110KHz0.0128KHz-5.0图7-13有源高通滤波器的幅频特性7.3有源带通滤波器本节介绍有源带通滤波器的电路结构、仿真方法与实验验证。7.3.1带通滤波器基本概念带通滤波器（BandPassFilter，BPF）

图7-14带通滤波器的理想幅频特性7.3.1电路结构

带通滤波器由低通和高通滤波器串联构成，通过合理选择截止频率，实现对特定频带信号的选择性通过。图7-15二阶有源带通滤波电路7.3.1传递函数与参数

特征角频率

品质因数

7.3.1截止频率与带宽

7.3.2仿真Multisim仿真图操作步骤同上，选择分析变量V(2)，点击RUN运行。图7-16二阶有源带通滤波器仿真图7.3.2不同Q值的幅频特性比较上曲线（Q值大）：，Q=10下曲线（Q值小）：，Q=1Q值越大，带通滤波器的通频带越窄，选择性越好，峰值增益越高。图7-17不同Q值时的幅频特性比较7.3.3实验面包板上的有源带通滤波器电阻、电容选用标称值集成运放选用μA741图7-18面包板上的有源带通滤波器7.3.3实验结果——幅频特性利用雨珠S中的网络分析仪对电路进行测试，得到幅频特性：FrequencyAmp/dB5KHz024.5KHz~244KHz~063.5KHz~-283KHz~-5102.5KHz~-7122KHz~-8图7-19有源带通滤波器的幅频特性7.4有源带阻滤波器本节介绍有源带阻滤波器的电路结构、仿真方法与实验验证。7.4.1带阻滤波器基本概念带阻滤波器（BandStopFilter，BSF）

带阻滤波器又称陷波器，用于消除特定频带的干扰信号，如工频干扰等。图7-20带阻滤波器的理想幅频特性7.4.1电路结构

带阻滤波器由低通和高通滤波器并联构成，与带通滤波器的串联结构不同，通过并联实现对特定频带的阻断。图7-21二阶有源带阻滤波电路7.4.1传递函数与参数

特征角频率

品质因数

7.4.1截止频率与阻带宽度

7.4.2仿真Multisim仿真图操作步骤同上，选择分析变量V(2)，点击RUN运行。图7-22二阶有源带阻滤波器仿真图7.4.2不同Q值的幅频特性比较

Q值越大，带阻滤波器的阻带越窄，对特定频率的抑制越精准，选择性越好。图7-23不同Q值时的幅频特性比较7.4.3实验面包板上的有源带阻滤波器电阻、电容选用标称值集成运放选用μA741图7-24面包板上的有源带阻滤波器7.4.3实验结果——幅频特性利用雨珠S中的网络分析仪对电路进行测试，得到幅频特性：FrequencyAmp/dB5KHz024.5KHz-1844KHz063.5KHz083KHz0102.5KHz0122KHz0180.5KHz-5图7-25有源带阻滤波器的幅频特性7.5有源全通滤波器本节介绍一阶有源全通滤波器的电路结构与仿真验证。7.5.1全通滤波器基本概念全通滤波器是指对于频率从零到无穷大的信号具有相同的比例系数，但对于不同频率的信号产生不同的相移的滤波电路。全通滤波器的幅频特性为常数，仅相频特性随频率变化，常用于相位均衡和延时补偿。图7-26全通滤波器的理想幅频特性7.5.1一阶有源全通滤波器——两种电路结构(a)电路1(b)电路2图7-27一阶有源全通滤波器的两种电路结构7.5.1电路1的频率特性分析

幅频特性

7.5.1电路2的频率特性分析

幅频特性

\varphi=-90^\circ

7.5.2仿真——电路1电路1的仿真图及其频率特性：通过Multisim交流分析，可以验证电路1的幅频特性恒为1（0dB），相频特性从180°随频率增大逐渐趋向0°。图7-28电路1的仿真图及其频率特性7.5.2仿真——电路2电路2的仿真图：

7.5.2仿真——电路2频率特性幅频特性：(b)频率特性图7-29电路2的仿真图及其频率特性7.6状态变量型有源滤波器利用比例、积分、求和等模拟运算来构成滤波器的传递函数，可以同时实现高通、低通、带通和带阻滤波功能，这种电路称为状态变量型有源滤波器，又称为多功能有源滤波器。7.6.1基本原理——以高通滤波器为例

7.6.1原理说明

第一项

第二项输出信号的一次积分第三项输出信号的二次积分

(a)原理框图7.6.1电路实现状态变量型二阶有源滤波器的电路实现，由两个积分器和一个加法器组成，通过不同输出端可同时获得高通、带通和低通滤波输出。(b)电路实现图7-30状态变量型二阶有源滤波器的电路实现7.6.1多功能输出分析——带通输出

7.6.1多功能输出分析——低通输出

7.6.1UAF42集成状态变量型有源滤波器UAF42集成电路就是利用状态变量原理实现的一种集成状态变量型有源滤波器，它可以接成同相或反相输入型。内部框图：UAF42内部集成了四个运算放大器，通过外接少量元件即可实现多种滤波功能，是一种高度集成化的通用滤波器芯片。图7-31UAF42的内部框图7.6.1UAF42典型应用电路四个集成运放的输出分别实现：

实现高通滤波功能，通过高频信号，阻止低频信号。

实现带通滤波功能，仅允许特定频带内的信号通过。

实现低通滤波功能，通过低频信号，阻止高频信号。

实现带阻滤波功能，阻止特定频带内的信号通过。UAF42一个芯片即可同时实现四种滤波功能，极大简化了电路设计。图7-32UAF42的一种典型应用电路7.6.1UAF42参数公式

7.6.2仿真UAF42典型应用电路仿真图（Multisim）元件参数：

图7-33UAF42典型应用电路仿真图7.6.2仿真结果——高通滤波器利用AC分析，得到高通滤波器的幅频特性：高通滤波器的幅频特性曲线清晰显示了截止频率附近的频率响应特征，与理论分析结果吻合。(a)高通滤波器7.6.2仿真结果——带通滤波器带通滤波器的幅频特性：带通滤波器的幅频特性曲线在中心频率处出现峰值，两侧对称衰减，体现了良好的频率选择性。(b)带通滤波器7.6.2仿真结果——低通滤波器低通滤波器的幅频特性：低通滤波器的幅频特性曲线在截止频率以下保持平坦，截止频率以上快速衰减，具有良好的低通特性。(c)低通滤波器7.6.2仿真结果——带阻滤波器带阻滤波器的幅频特性：验证：按照仿真图中元件参数，特征频率和中心频率的理论值为15.9155kHz，仿真实测频率值为15.8380kHz，二者基本吻合。(d)带阻滤波器图7-34四种滤波器的仿真幅频特性7.6.3实验面包板上的状态变量型有源滤波器电路电阻、电容选用标称值集成运放选用μA741图7-35面包板上的状态变量型有源滤波器电路7.6.3实验结果——高通与带通滤波器波特图利用ADALM2000中的网络分析仪对电路进行测试，得到波特图：(a)高通滤波器(b)带通滤波器7.6.3实验结果——低通与带阻滤波器波特图(c)低通滤波器(d)带阻滤波器图7-36状态变量型有源滤波器电路实测本章总结核心知识点回顾滤波器类型通过频率范围传递函数特征关键参数低通LPF

高通HPF

R、C互换得到带通BPF

带阻BSF

全通全频段通过

仅相位随频率变化重要结论与规律赛伦-凯电路基本二阶有源滤波电路结构，通过RC与运放配合实现频率选择。Q值的意义Q值越大→带通/带阻滤波器选择性越好，通带（阻带）越窄；Q值影响低通滤波器通带内的幅频平坦性。高通滤波器上限频率受运放增益带宽积限制，实际高通滤波器存在上限频率约束。全通滤波器幅度不变，仅改变相位，用于相位均衡和延时补偿。状态变量型滤波器（UAF42）一个电路同时实现高通、带通、低通、带阻四种功能，通过积分器和加法器的组合实现。第8章信号发生器本章知识结构Multisim仿真分析：瞬态分析、交流分析信号发生器概述定义信号发生器（又称振荡器）是模拟电路中的另一种应用电路。与放大电路的区别无须外加激励信号能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变信号本质信号发生器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变信号能量的电路。8.1RC桥式正弦波振荡器实用的RC正弦波振荡电路结构多种多样，其中一种典型结构是RC桥式正弦波振荡电路，又称文氏桥振荡电路。8.1.1电路RC正弦波振荡电路仿真图：图8-1RC正弦波振荡电路仿真图电路包含运放U1（3554SM）、RC串并联选频网络、稳幅二极管D1/D2（1N4148）及相关电阻，构成完整的正弦波振荡系统。8.1.1电路组成RC桥式正弦波振荡电路由四个部分组成：①放大+稳幅运放、电阻R1、R2、R6和二极管D1、D2构成可变增益同相放大电路（放大、稳幅二合一）②选频+正反馈RC串并联选频网络构成正反馈电路（选频、正反馈二合一）③桥路结构负反馈网络中的R1、R2（包括D1、D2和R6）、正反馈网络中的串联RC和并联RC各可视为一臂而构成桥路④净输入集成运放的两个输入端分别接在桥路的两个顶点上，作为集成运放的净输入电压；集成运放的输出端和"地"分别接在该桥路的另外两个顶点上，作为电路的输出8.1.2仿真—RC串并联选频网络(a)RC串并联选频网络仿真方法：在RC串并联选频网络输入端接入交流源V1，对电路输出端进行交流分析，得到电路的频率特性曲线。电路参数：R1=R2=10kΩ，C1=C2=10nF，输入信号V1=1Vpk，1kHz，0°。8.1.2仿真—频率特性曲线频率特性曲线（b）：(b)频率特性结论：RC串并联网络具有带通滤波器的选频特性。交流分析（ACAnalysis）结果显示，幅频特性曲线在谐振频率处出现峰值，两侧幅度下降，体现出带通滤波特性。8.1.2仿真—瞬态分析图8-3RC正弦波振荡电路瞬态分析RC正弦波振荡电路瞬态分析：对RC正弦波振荡电路仿真图的输出端进行瞬态分析，可以看到输出波形。图中显示：波形从小到大，即从起振到输出稳定的全过程。8.1.3实验面包板上的RC桥式正弦波振荡电路：图8-4面包板上的RC桥式正弦波振荡电路实物电路搭建在面包板上，使用集成运放芯片（BA17741）、电阻、电容及二极管等元件，按照仿真图的连接方式进行搭建。8.1.3实验步骤实验步骤（利用雨珠3口袋仪器）：Step1：点击电源，设置+5V和-5V图8-5设置电源电压+5V和-5V使用雨珠3口袋仪器的InstrumentsPlayground软件，在Supplies选项卡中分别设置正负电源电压，确保MasterEnable处于On状态。8.1.3实验结果Step2：点击示波器，观察输出波形（此时波形可能有失真）图8-6输出波形有失真Step3：调节微调电阻，使波形无明显失真图8-7输出波形无明显失真8.2LC正弦波振荡器概述电路组成一般由分立元件组成，也可由高速运放构成选频网络由电感和电容组成常见类型变压器耦合反馈振荡电路三点式振荡电路：电感三点式、电容三点式振荡电路（重点介绍）8.2.1电路—电容三点式振荡电路图8-8电容三点式振荡电路

8.2.1电路—原理图与参数图8-9电容三点式振荡电路的原理图起振条件

振荡频率

8.2.2仿真—三种电容三点式振荡电路(a)共射振荡电路对图8-10(c)共集振荡电路进行瞬态分析，得到输出波形。三种电容三点式振荡电路中，晶体管工作在不同组态：三种组态（共射、共基、共集）的电容三点式振荡电路各有特点，可根据实际需求选择合适的组态。8.2.2仿真—共基与共集振荡电路(b)共基振荡电路(c)共集振荡电路图8-10三种电容三点式振荡电路仿真图8.2.2仿真—共集振荡电路输出波形对图8-10(c)进行瞬态分析，得到该电路的输出波形：图8-11共集振荡电路输出波形图中可以看到：输出波形从小到大，电路从起振到波形稳定的全过程。8.3矩形波发生器组成：由RC充放电电路和滞回比较器组成的矩形波发生器8.3.1电路—双电源矩形波发生器电路原理图：图8-12由集成运放构成的矩形波发生器电路构成

8.3.1电路参数—峰峰值与电容电压（1）输出矩形波的峰峰值

8.3.1电路参数—振荡周期与占空比（3）振荡周期T矩形波的振荡周期为：

（4）占空比D

8.3.2仿真—双电源矩形波发生器仿真图（a）：（利用集成运放741）仿真电路采用集成运放741，配合RC充放电网络和背靠背稳压管，实现双电源矩形波（方波）输出。

8.3.2仿真—单电源矩形波发生器(a)仿真图单电源矩形波发生器组成：集成电压比较器TLC393CD电阻R1、R2、R3和上拉电阻RL组成单电源反向输入滞回比较器R、C组成充放电电路单电源矩形波发生器使用TLC393CD电压比较器，适合单电源供电场合，结构简单，应用广泛。8.3.2仿真—单电源输出波形通过瞬态分析，看到的电路输出波形：(b)输出波形图8-14单电源矩形波发生器仿真图及其输出波形8.3.3实验—运算放大器测试仪设计图8-15运算放大器测试仪仿真图实验任务：设计一个运算放大器测试仪设计思路利用运放构建一个单电源矩形波发生器用输出的矩形波电压作用于两个LED判断标准：若两个LED交替发光，说明运放是好的；否则，运放不可用8.3.3实验—面包板实物图8-16面包板上的运算放大器测试仪实验结果：根据LED的亮度，适当调整了图中元件参数（与仿真图略有不同）。接入5V电源电压，可以看到两个LED交替发光。8.4方波-三角波发生器设计思路：利用方波发生器和积分器的组合，便可以同时产生方波和三角波。8.4.1电路—方波发生器与积分器组合方波发生器和积分器的组合（a）：将方波发生器的输出接入积分器的输入，积分器对方波进行积分，输出三角波，实现两种波形的同时输出。8.4.1电路—优化思路与原理图电路优化思路

(b)电路优化图8-17方波-三角波发生器电原理图8.4.1电路—重要参数几个重要参数（1）输出矩形波的幅值

（2）输出三角波的幅值

（3）振荡周期

实际调整顺序第一步

第二步再调整RC，使振荡周期满足要求8.4.2仿真方波-三角波发生器仿真图（a）：仿真电路由同相滞回比较器（运放A1）和积分器（运放A2）组成，背靠背稳压管限制方波幅度，RC网络决定振荡频率。8.4.2仿真—输出波形通过瞬态分析，可以同时看到电路输出的方波和三角波，并利用光标测量相关参数：(b)输出波形图8-18方波-三角波发生器仿真图及其输出波形8.4.3实验—实验电路方波-三角波发生器实验电路仿真图：图8-19方波-三角波发生器实验电路图改进点图中用LED1和LED2取代了背靠背稳压管：利用LED工作时基本稳定的正向电压，来稳定方波的幅度利用LED对电路工作起到指示作用8.4.3实验—面包板与实验步骤面包板上的方波-三角波发生器：图8-20面包板上的方波-三角波发生器实验步骤：利用雨珠3口袋仪器Step1：点击电源，设置+5V和-5V(a)设置电压+5V和-5V8.4.3实验—输出波形Step2：点击示波器，利用雨珠3的双踪示波器，同时观测方波和三角波(b)输出波形图8-21方波-三角波发生器实验8.5锯齿波发生器设计思路：在方波-三角波发生器的基础上，设法使积分电路充电和放电的时间常数相差悬殊，就可以得到锯齿波信号。8.5.1电路图8-22锯齿波发生器电路

8.5.1电路参数（1）锯齿波的幅值

（2）振荡周期

8.5.1电路参数调整说明参数调整总结调整对象效果

改变锯齿波的幅值

改变振荡周期电位器滑动端位置改变锯齿波上升和下降的时间，但不影响锯齿波的周期8.5.2仿真锯齿波发生器仿真图（a）：

8.5.2仿真—输出波形通过瞬态分析，可以同时看到电路输出的矩形波和锯齿波：(b)输出波形图8-23锯齿波发生器仿真图及其输出波形8.5.3实验—线性锯齿波电路图8-24线性锯齿波电路仿真图实验电路选择：以LM555为核心，结合电流镜和电压跟随器，构成的线性锯齿波电路LM555定时器产生触发信号，电流镜提供恒定充电电流，使电容线性充电，电压跟随器缓冲输出，从而得到线性度良好的锯齿波。8.5.3实验—面包板与实验步骤图8-25面包板上的锯齿波发生器电路Step1：利用雨珠3口袋仪器，点击电源，设置+5V和-5V(a)设置电源电压+5V和-5V8.5.3实验—锯齿波观测Step2：点击示波器，观测电路输出的线性锯齿波，通过调节微调，可以调节锯齿波的周期：(b)锯齿波1(c)锯齿波28.5.3实验—锯齿波3(d)锯齿波3图8-26线性锯齿波电路实验通过调节微调电阻，可以改变LM555的振荡频率，从而调节锯齿波的周期。三幅图展示了不同周期下的锯齿波波形。8.6V-F转换电路定义：电压-频率（V-F）转换电路是一种电压控制的方波发生器，也是一种压控振荡器。8.6.1电路V-F转换电路组成

图8-27电压-频率转换电路8.6.1电路振荡频率电路的振荡频率为

8.6.2仿真仿真设置将电源E设置为锯齿波，随着E的线性增长，输出电压的频率也将随之线性增大，这就实现了扫频。控制电压源设置波形：三角波占空比：98%频率：20Hz幅值：6V偏置：6V效果：电压在0～12V之间变化的锯齿波(a)仿真图8.6.2仿真—输出波形通过瞬态分析，可以清楚地看到输出电压的频率随着控制电压的增大而增大的全过程：(b)控制电压（锯齿波波形）和输出电压（扫频波形）图8-28V-F转换电路仿真8.6.3实验—面包板与步骤图8-29面包板上的V-F转换器Step1：利用雨珠3口袋仪器，点击电源，设置电源电压+5V和-5V(a)设置电源电压+5V和-5V8.6.3实验—信号源设置与锯齿波Step2：点击信号源，设置锯齿波参数设置值频率20Hz幅值2V偏置2V效果0～4V的锯齿波(b)设置0～4V锯齿波8.6.3实验—输出扫频方波Step3：点击示波器，观测电路输出的扫频方波(c)输出的扫频方波(d)锯齿波一个周期内的扫频方波图8-30V-F转换器实验本章总结第8章信号发生器—核心知识点回顾电路类型核心组成关键特性RC桥式正弦波振荡器RC串并联选频网络+可变增益同相放大带通选频，稳幅输出LC正弦波振荡器（电容三点式）

矩形波发生器RC充放电电路+滞回比较器占空比50%（方波），可改变周期方波-三角波发生器同相滞回比较器+积分器同时输出方波与三角波锯齿波发生器方波-三角波发生器+二极管充放电时间常数悬殊V-F转换电路积分电路+滞回比较器频率随输入电压线性变化关键公式汇总LC电容三点式振荡器振荡频率矩形波发生器振荡周期方波-三角波发生器振荡周期锯齿波发生器振荡周期V-F转换电路振荡频率

第9章功率放大器本章知识结构通常把能够给负载提供足够大的信号功率的放大电路称为功率放大电路。本章将介绍几种功率放大电路拓扑结构，并通过仿真来了解它们的一些特性。Multisim仿真分析：瞬态分析、交流分析9.1OTL互补对称功率放大器OTL（OutputTransformerless）功率放大电路是为了克服变压器耦合功率放大电路的诸多缺点，省去输出变压器后演变而来的，故称为无输出变压器的功率放大电路。9.1.1OTL电路结构OTL功率放大电路如图所示，它实际上是互补输出电路在单电源供电下的应用形式。图9-1OTL功率放大电路静态工作原理：

9.1.1电容C的作用电容C的两个作用：作用一：等效电源

9.1.1OTL电路重要指标（一）

9.1.1OTL电路重要指标（二）

9.1.1OTL电路重要指标（三）

9.1.2OTL仿真——仿真电路OTL功率放大电路仿真图如图所示。图中设置了三个开关S1、S2和S3，目的是方便进行电路的静态和动态测试。图9-2OTL功率放大电路仿真图三个开关的作用：

S1、S2：控制信号输入路径，用于切换不同的信号输入接法S3：控制信号源的接入，方便进行静态和动态测试的切换9.1.2OTL仿真——静态测试

静态测试方法：先将S3掷下，利用放置的探针，观察输出管Q1的集电极电流和Q1、Q2发射极（电路输出端）的电压。电路输出端电压应为二分之一电源电压Q1的集电极电流以最终使电路消除交越失真为准可通过调节R1、R2的阻值，来改变D1、D2的端电压，从而调节Q1的集电极电流Q1的集电极电流：23.4mA，输出端电压：2.50V9.1.2OTL仿真——静态测试（续）

R1、R2的阻值为5kΩ时：Q1的集电极电流：15.3mA，输出端电压：2.50V9.1.2OTL仿真——动态测试将开关S3掷上，观察两种情况下的输出波形：R1、R2=3kΩ时：输出波形无明显交越失真

R1、R2=5kΩ时：输出波形有明显交越失真

结论：R1、R2的阻值取3kΩ比较适宜。9.1.2OTL仿真——信号从D1、D2连接点输入将S1、S2均掷下，信号从D1、D2连接点输入：图9-5信号从D1、D2连接点输入此时电路输出波形被限幅：图9-6信号从D1、D2连接点输入时的输出波形9.1.2OTL仿真——消除限幅失真欲使此种信号输入接法的输出波形不被限幅，需将静态电流调得更大些（140mA）：图9-7（a）静态图9-7（b）动态图9-7（c）输出波形电路输出波形幅值也较小。图9-7信号从D1、D2连接点输入且输出波形不失真9.2OCL互补对称功率放大器OTL电路中输出电容C的不足：

电容C直接影响电路的低频响应大容量电容C通常具有电感效应，故在高频时将产生相移大容量电容C无法集成解决方案：省去电容C，实现直接耦合，这就是无输出电容的功率放大电路，即OCL（OutputCapacitorless）功率放大电路。9.2.1OCL电路结构OCL功率放大电路如图所示，它实际上是互补输出电路在双电源供电下的应用形式。图9-8OCL功率放大电路OCL电路特点：

9.2.1OCL电路重要指标（一）

9.2.1OCL电路重要指标（二）

9.2.1OCL电路重要指标（三）

9.2.2OCL仿真——静态分析图中给出了采用集成运放驱动的OCL功率放大电路，图中增加了一个开关S1，方便电路静态和动态地测试。图9-9采用集成运放驱动的OCL功率放大电路（静态）负反馈分析：

电路中通过R4引入了负反馈静态时，由于C1的隔直作用，R4引入的是直流全负反馈，以确保当输入为零时，输出也为零仿真显示：电路输入为零，输出电压为-4.5mV，符合要求。9.2.2OCL仿真——动态分析图9-10采用集成运放驱动的OCL功率放大电路（动态）

9.2.2OCL仿真——输出波形与幅频特性图9-11输出波形图9-12电路的幅频特性经光标测试：中频电压放大倍数：10.9987上限频率：87.5668kHz9.3BTL功率放大器BTL（BalancedTransformerLess）电路是一种平衡无输出变压器功放电路，其输出级与负载之间以电桥方式直接耦合，因而又称桥式推挽功放电路。OCL电路的局限性：

负载一端接地，电源利用率低对上、下晶体管的对称性要求较高

9.3.1BTL电路结构与工作原理BTL放大电路的基本原理图如图所示，它是将负载接在两个相同的OCL电路的输出端，故负载是浮地的。图9-13BTL放大电路的基本原理图四只晶体管构成桥式结构：

T1和T3、T2和T4分别配对，实现桥路对称同极性、同型号间晶体管配对比互补对管配对要容易得多9.3.1BTL动态工作原理静态时：两个OCL电路的输出端电位相等（正常时应为零）负载两端的直流电压为零，电桥处于平衡状态动态时（以正弦波为例）：输入信号导通管截止管负载输出正半周T₁与T₄T₂与T₃输出正半周负半周T₂与T₃T₁与T₄输出负半周两个输入端信号的相位相反，在负载上得到一个完整的正弦波。9.3.1BTL电路重要指标

9.3.1BTL电路性能总结BTL电路优势：

在信号的正、负半周，BTL电路均能充分利用双电源电压进行工作在电源电压和负载相同的条件下，其输出功率是OCL电路的4倍效率与OCL电路相当（约78.5%）特别是采用集成电路组成BTL功率放大电路，对称性更好，可减小电路的开环失真因此，BTL电路得到了较广泛的应用。9.3.2BTL仿真为了解BTL电路的有关参数，设计了如图所示的测试电路。负载RL通过开关S1控制，以构成OCL电路还是BTL电路，便于测试两种电路中的负载功率。图9-14（a）OCL组态图9-14（b）OCL组态输出波形9.3.2BTL仿真（续）图9-14（c）BTL组态图9-14（d）BTL组态输出波形图9-14BTL电路测试9.3.2BTL仿真结果分析仿真数据计算：OCL电路：

BTL电路：

结论：BTL电路的输出功率约为OCL电路的4倍，与理论结果基本一致。9.4D类功率放大器D类放大器（又称数字放大器）是一种利用开关技术放大音频信号的功率放大器。工作原理：

利用输入信号的幅度线性调整高频脉冲的宽度，得到脉冲宽度调制信号（PWM）用PWM信号驱动工作在开关状态的功率输出管最后经滤波电路在负载上得到还原的信号效率优势：

功率输出管工作在开关状态，忽略饱和压降，瞬时管耗下降到零集电极效率理论上可以达到100%实际应用可达80%～95%9.4.1D类放大器电路结构利用比较器、反相器、BJT管互补电路、MOS管互补电路和滤波电路实现的音频D类放大器如图所示：图9-15音频D类放大器电路组成：

比较器（LM311）反相器7404与门7408BJT管驱动电路MOS管功率输出级四阶巴特沃思输出滤波网络9.4.1D类放大器各模块说明各模块功能：

全桥对称结构倍增了负载上的电压，大大提高了输出功率，而且无需调整直流漂移。9.4.2D类放大器仿真电路仿真时，三角波可直接使用信号发生器发生：图9-16D类放大器仿真图仿真参数：

频率：100kHz幅度：2.2V直流偏置：2.49V负载：8Ω扬声器滤波器采用四阶Butterworth滤波器，截止频率为20kHz。9.4.2D类放大器仿真结果图9-17（a）输入和输出波形图9-17（b）滤波器幅频特性图9-17输入输出波形及滤波器特性输出波形刚开始仿真时有一定程度的失真，但经过一段时间后趋于正常，输出信号较输入信号有相位延迟。9.4.2D类放大器——PWM波形PWM波形与输入信号的对比：图9-18PWM波形与输入波形PWM调制原理：

输入音频信号与高频三角波进行比较当音频信号幅度大于三角波时，输出高电平当音频信号幅度小于三角波时，输出低电平脉冲宽度随音频信号幅度线性变化9.4.2D类放大器——幅频特性测量通过改变输入信号频率，测量输出波形幅度，得到放大器的幅频特性曲线，放大器-3dB带宽为20kHz。测量数据如下：f(Hz)

f(Hz)

1k8.283511k8.73312k8.440512k8.60063k8.441615k7.97925k8.555518k6.94937k8.737720k6.02549k8.819625k3.635310k8.784730k1.8647图9-19放大器幅频特性测量9.4.3D类放大器——实验（555电路）实验给出了由555时基电路为核心构成的D类放大器仿真电原理图：图9-20555D类放大器电原理图图9-21面包板上的555D类放大器9.4.3D类放大器实验——观测波形实验步骤：将雨珠S的5V电源接入面包板上的电源端信号源选择默认值（幅值1V、频率1kHz的正弦波），接入电路的信号输入端利用雨珠S的双踪示波器，分别观察555的输出端波形（PWM波形）和电路的输出端波形（正弦波）图9-22（a）PWM波形（下波形）图9-22（b）PWM波形和正弦波图9-22输出波形9.5集成功率放大器随着集成电路技术的发展和人们的实际需求，各种型号的集成功率放大器应运而生。分类：分类依据类别用途通用型/专用型电路构成单通道/双通道输出功率小功率/大功率以下将以高保真音频功率放大器TDA2030为例，介绍几种实用功率放大电路。9.5.1单电源供电的OTL功率放大器图为由TDA2030构成的OTL功率放大器：图9-23由TDA2030构成的OTL功率放大器各元件功能：

9.5.1双电源供电的OCL功率放大器图为由TDA2030构成的OCL功率放大器：图9-24由TDA2030构成的OCL功率放大器主要特点：

9.5.1双电源供电的BTL功率放大器利用两块TDA2030可组成BTL功率放大器：图9-25利用两块TDA2030组成BTL功率放大器电路分析：

9.5.1BTL功率放大器输出分析

9.5.2集成功放仿真——恒压功放以TDA2030为主要器件构成的恒压功放仿真图：图9-26恒压功放仿真图

9.5.2集成功放仿真——恒流功放以TDA2030为主要器件构成的恒流功放仿真图：图9-27恒流功放仿真图

9.5.2集成功放频响特性——纯电阻负载通过AC分析，得到两种电路的频响特性曲线（实线：恒压功放，虚线：恒流功放）：带8Ω负载时的频率响应：图9-28（a）幅频特性图9-28（b）相频特性图9-28带8Ω负载时，恒压与恒流功放的频率响应结论：当负载均为纯电阻时，除恒流功放低频特性略好于恒压功放外，它们的频响特性曲线基本相同。9.5.2集成功放频响特性——感性负载作为音频功放，其负载是扬声器——感性负载，仿真时用8Ω电阻与100μH电感串联来等效扬声器。带8Ω、100μH负载时的频率响应：图9-29（a）幅频特性图9-29（b）相频特性图9-29带8Ω、100μH负载时，恒压与恒流功放的频率响应结论：恒流功放在高频段有较明显的增益提升，故这种功放的音质丰满厚实又清晰明快。9.5.2设计实例——题目要求以TDA2030为核心设计一个功率放大器。要求：

回答以下问题：选择电源电压可能输出的最大功率前置放大器的放大倍数画出完整的电原理图仿真验证你的设计9.5.2设计实例——解析

9.5.2设计实例——仿真验证图9-30设计实例仿真图仿真结果：电路的输出电压为15.227V，符合设计要求。本章总结本章介绍了五种功率放大器拓扑结构：电路类型电源方式特点理想效率OTL单电源有输出电容，省去变压器78.5%OCL双电源无输出电容，直接耦合78.5%BTL双电源桥式推挽，输出功率为OCL的4倍≈78.5%D类单/双电源开关型，PWM调制，效率最高80%～95%集成功放单/双电源TDA2030，恒压/恒流驱动—关键知识点回顾：

第10章直流电源本章知识结构Multisim分析方法：瞬态分析、参数扫描直流电源是各类电子设备的核心组成部分，本章围绕五种主要稳压电路展开，结合Multisim仿真进行深入分析。本章概述各种电子设备中常用的直流电源除了干电池以外，比较经济实用的是由交流电源经过变换而得到的直流电源。对直流电源的主要要求：输出平滑直流输出电压平滑，脉动成分小稳定性强当电网电压或负载电流波动时，输出电压能够基本保持不变转换效率高交流电变换成直流电的转换效率高本章介绍内容：线性稳压电源包括简易稳压器、串联型稳压器、三端稳压器开关型稳压电源脉宽调制型（PWM）开关电源稳流电源负载不接地式与负载接地式10.1简易稳压器由交流电源经过变换而得到的小功率直流电源一般包括四个组成部分：组成部分功能电源变压器变换电压等级整流电路将交流电压变为单向脉动直流电压滤波电路将脉动直流电压中的脉动成分滤掉，使输出电压比较平滑稳压电路在电网电压波动、负载电流和温度变化时，维持输出直流电压的稳定10.1.1电路最简稳压电路图中给出了整流、滤波和稳压的最简电路仿真图：图10-1最简稳压电路电路元件参数：V1:10Vpk，50Hz，0°D1:3N255，R1:50Ω，C1:1000μFD2:1ZB6.8，R2:400Ω整流电路由全波桥式整流器D1构成滤波电路由C1组成简易稳压器由R1和D2组成负载R2：负载10.1.1电路（续）具有射极跟随器的稳压电路考虑到最简稳压电路带负载能力差，进行以下改进：图10-2具有射极跟随器的稳压电路改进措施：

电路元件参数：V1:10Vpk，50Hz，0°；D1:3N255；C1:1000μFR1:120Ω；Q1:TIP41A；D2:1ZB6.8R2:400Ω；D3:1N414810.1.2仿真最简稳压电路带载能力仿真图中增加开关S1，可方便观察不同负载时电路输出电压的情况。(a)负载R2为400Ω时：图10-3最简稳压电路带载能力仿真图（a）负载为400Ω输出电压6.81V负载电流6.81/400=17mA10.1.2仿真（续1）(b)负载R2为200Ω时：图10-3最简稳压电路带载能力仿真图（b）负载为200Ω输出电压6.46V，减小了0.35V负载电流6.46/200=32mA分析：负载阻值减小了50%，负载电流变化为毫安级输出电压减小了5.1%我们希望电压变化越小越好10.1.2仿真（续2）具有射极跟随器的稳压电路带载能力仿真(a)负载R2为400Ω时：图10-4具有射极跟随器的稳压电路带载能力仿真图（a）负载为400Ω输出电压6.81V射极跟随器电路在400Ω负载下，输出电压与最简稳压电路相同，均为6.81V。10.1.2仿真（续3）(b)负载R2为200Ω时：图10-4具有射极跟随器的稳压电路带载能力仿真图（b）负载为200Ω输出电压6.77V，减小了0.04V负载电流6.77/200=33.9mA电压变化率输出电压仅减小了0.6%结论：在带负载能力方面，具有射极跟随器的电路明显优于最简稳压电路。10.2串联型稳压器实际电路需求：可调输出输出电压可随意调节适应能力强电网电压和负载电流的变化范围较大时，电路的适应能力强解决方案：在简易稳压电路的基础上，增加一个由集成运放构成的增益可调的负反馈放大器，从而实现串联型稳压器。10.2.1电路在输入直流电压和负载之间串入一个晶体管T，称之为调整管，电路因此称为"串联型"。图10-5具有放大环节的串联型稳压电源输出电压公式：

电路组成：

10.2.2仿真具有放大环节的串联型稳压电源仿真(a)放大倍数为3（R5调至最下端）：图10-6具有放大环节的串联型稳压电源仿真图（a）放大倍数为3理论计算：

稳压管电流9.69mA，端电压：2.2V仿真输出6.59V（与理论值6.6V吻合）10.2.2仿真（续）(b)放大倍数为1.5（R5调至最上端）：图10-6具有放大环节的串联型稳压电源仿真图（b）放大倍数为1.5理论计算：

稳压管电流9.78mA，端电压：2.2V仿真输出3.3V（与理论值完全吻合）特别指出：尽管目前串联型稳压电路已基本上为集成稳压电源所取代，但其电路原理仍然是线性集成稳压电源内部电路的基础。10.3三端稳压器随着集成电路技术的发展，集成稳压器已成为模拟集成电路的重要组成部分，种类繁多。三端集成稳压器特点：三个引出端芯片只有三个引出端，能以最简方式接入电路按用途分固定输出和可调输出两种按极性分正输出和负输出两大类本节主要介绍：W7800系列固定输出三端集成稳压器W117系列可调输出三端集成稳压器10.3.1电路1.三端固定输出集成稳压器—1）基本电路

图10-7W7800系列三端集成稳压器基本电路外接电容的作用：

改善纹波电压

改善负载的瞬态响应正常工作条件：

10.3.1电路（续1）2）恒流源电路根据W7800系列集成稳压器输出端与公共端之间电压恒定的特点，可实现恒流源电路。图10-8恒流源电路恒流源电流公式：式中：

10.3.1电路（续2）3）可调输出电压电路

图10-9提高输出电压电路

10.3.1电路（续3）可调输出电压电路（改进版）

图10-10可调输出电压电路输出电压范围：

10.3.1电路（续4）4）扩大输出电流电路当负载电流大于集成稳压器最大输出电流时，可外接功率管T进行扩流。图10-11扩大输出电流电路T为大功率PNP晶体管，起扩流作用R为电流取样电阻，其阻值应满足：

工作原理：负载电流较小时功率管截止，负载电流由集成稳压器提供负载电流较大时

10.3.1电路（续5）5）输出正、负电压的双电源电路在电子电路中，常采用正、负电压的双电源供电模式（如集成运放的供电）。利用W7800系列和W7900系列集成稳压器可以方便地组成正、负电压的双电源电路。图10-12输出正、负电压的双电源电路输入电压

输出电压

10.3.1电路（续6）2.三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的主要应用是实现输出电压可调的稳压电路，其采样电路需要外接。典型应用电路输出电压：

式中：

最小输出

10.3.1电路（续7）可调正电压输出稳压电路(a)典型应用电路图10-13可调正电压输出稳压电路（a）典型应用电路

(b)带保护电路的可调稳压器图10-13可调正电压输出稳压电路（b）带保护电路的可调稳压器

10.3.2仿真1.5V3A稳压器设计图10-145V3A稳压器设计目标：5V、3A稳压器设计方案：电流取样电阻R1选1.2Ω，采用TIP42AG功率管扩流仿真结果（负载1.66Ω）：参数数值负载电压5.00V负载电流3.01ALM7805通过电流786mAR1上压降约0.943V功率管分流2.22A结论：符合设计要求。10.3.2仿真（续1）5V3A稳压器——小电流情况分析当负载电流较小时，功率管分流情况如下：图10-15负载电流较小，功率管分流情况仿真仿真结果（负载12Ω）：负载电流417mALM7805通过电流413mAR1上压降约0.5V（导致功率管微导通）功率管分流3.61mA

10.3.2仿真（续2）2.±5V、500mA稳压器设计图10-16±5V、500mA稳压器设计目标：输入220V/50Hz交流，输出±5V、500mA直流稳压器设计方案：变压→整流→滤波→7805/7905稳压仿真结果：阶段电压值变压→整流→滤波后直流电压±8.8V经7805/7905后输出电压±5V负载（10Ω）电流500mA结论：符合设计要求。10.3.2仿真（续3）3.可调稳压器设计

(a)输出电压为1.25V（R2调至0%）：图10-17输出电压在1.25～25V之间可调的稳压器（a）输出电压为1.25V

10.3.2仿真（续4）(b)输出电压为25.2V（R2调至91%）：图10-17输出电压在1.25～25V之间可调的稳压器（b）输出电压为25.2V电路元件参数：U1:LM117H；V1:28V；C1:1.0μFR1:240Ω；C2:1.0μF；R2:5kΩ；R3:30Ω结论：通过调整R2的值，可实现输出电压在1.25～25V之间连续变化。10.4开关型稳压器开关型稳压电路的种类很多，分类方法也很多。按驱动方式自激式与他激式按连接方式串联型与并联型（调整管/储能电感与负载连接方式）按稳压控制方式：控制方式说明脉冲宽度调制型（PWM）固定频率，调节脉冲宽度脉冲频率调制型（PFM）固定脉宽，调节频率混合调制型综合以上两种本节主要介绍：脉宽调制型（PWM）开关电源10.4.1电路串联型开关稳压电源电路电路组成：DC/DC变换器

采样电路电阻R1、R2基准电压

比较放大电路运放A1PWM比较器运放A2（利用三角波10kHz实现PWM）驱动方式：因开关信号由独立三角波发生器产生，故为他激式工作原理：

10.4.1电路（续）图10-18串联型开关稳压电路的电原理图仿真电路元件参数：

输出电压9.01V负载电流180mA10.4.2仿真各点工作波形分析对串联型开关稳压电源进行瞬态分析，得到电路中各点的工作波形。

分析：

调整R1、R2的比值，可以调节输出电压10.4.2仿真（续1）

分析：

输出电压平均值计算：

10.4.2仿真（续2）

分析：

10.4.2仿真（续3）

分析：波动范围

平均值约为9.006V稳定性输出电压极其稳定，纹波极小总结：开关型稳压电源通过PWM控制，在保持高效率的同时，实现了良好的稳压性能。10.5稳流电源串联型稳压电源通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定稳流电源通过电流负反馈使输出电流保持基本稳定稳流电源分类：类型特点负载不接地式直流稳流源参考电压与负载共地负载接地式直流稳流源参考电压回路浮地，负载接地10.5.1电路1.负载不接地式直流稳流源图10-20负载不接地式稳流源电路组成：

设计方法：

10.5.1电路（续1）2.负载接地式直流稳流源—电路1——利用浮地电源实现

图10-21利用浮地电源实现负载接地（a）电路1

10.5.1电路（续2）电路2——整个电路浮地（电阻分压法）

图10-21利用浮地电源实现负载接地（b）电路2问题：参考电压浮地，不便于和其他电路进行接口。

10.5.1电路（续3）电路3——利用PNP管实现负载接地（单电源）

图10-22利用PNP管实现负载接地（a）电路3优点：性能好、结构简单，便于和对地参考电压接口。

10.5.1电路（续4）电路4——外接与负载共地的电压参考

图10-22利用PNP管实现负载接地（b）电路410.5.2仿真1.负载不接地式直流稳流源仿真图10-23负载不接地式稳流源仿真电路设计参数：基准源MC1403+V3，提供2.5V基准电压运放OP07扩流管IRF120（场效应管）稳流值1A，故电流采样电阻R1=2.5Ω10.5.2仿真（续1）负载不接地式稳流源——仿真测试(a)负载特性（RL从0～10Ω变化）：图10-24仿真测试（a）负载特性RL(Ω)输出电流(A)0～91.0（稳定）9.50.9810.00.94结论：负载在0～9Ω范围内，负载电流能够相当好地稳定在1A。10.5.2仿真（续2）(b)输入特性（V4在8～24V变化，RL=5Ω）：图10-24仿真测试（b）输入特性输入电压(V)输出电流(A)8～241.0003～1.0005（极其稳定）结论：在输入电压8～24V范围内，负载电流相当稳定。10.5.2仿真（续3）2.负载接地式直流稳流源仿真图10-25负载接地式稳流源仿真（a）仿真电路设计参数：基准源：V2提供4V基准电压运放OP07：由V3（15V）、V4（15V）供电，均不与负载工作电源地相连负载支路电源：V1提供工作电压，负载接地设计负载电流：2A，故电流采样电阻R1=2ΩV1取40V时，最大负载电阻值为17.8Ω，流过电流为2A10.5.2仿真（续4）(b)负载特性（通过参数扫描）：图10-25负载接地式稳流源仿真（b）负载特性RL(Ω)输出电流(A)0～162.0（稳定）181.95201.78结论：稳流情况符合设计要求，在0～16Ω范围内，负载电流稳定在2A。本章总结核心知识点回顾：1.简易稳压器最简稳压电路（整流+滤波+稳压）加入射极跟随器可显著提升带载能力（电压变化从5.1%降至0.6%）2.串联型稳压器

3.三端稳压器

4.开关型稳压器（PWM）

5.稳流电源

第11章模拟集成电路内部电路仿真工具：Multisim瞬态分析观察电路在时域中的动态响应直流分析测量电路的静态工作点与传输特性交流分析分析电路的频率响应与增益带宽11.1LF351集成运算放大器集成运算放大器是一种具有高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，应用极为广泛。尽管品种繁多，内部电路各有特色，但电路结构具有共同之处。对于电压模式运算放大器，通常由以下四部分组成：组成部分功能说明输入级一般由BJT、JFET或MOSFET组成差分电路中间级由一级或多级放大电路组成，提高整个电路的电压增益输出级一般由互补电压跟随器组成，提高带负载能力偏置电路一般由多路电流源电路构成，为各级电路提供合适的静态电流辅助电路：过载保护电路、高频补偿电路、电平移动电路等11.1.1LF351内部电路LF351又称为Bi-FET运算放大器（由双极型晶体管和结型场效应管组成）LF351内部电路由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分构成，采用Bi-FET工艺，将JFET输入级与BJT后级电路相结合，实现高输入阻抗与高增益的统一。图11-1LF351的内部电路1.输入级组成

功能

JFET差分输入

BJT射极跟随

2.中间级和输出级中间级

输出级

3.偏置电路基准电压电路

电流源结构

主偏置电路

4.保护电路

LF351与741的比较特性Bi-FET（LF351）BJT运放（741）输入级JFET差分输入级BJT差分输入级后续电路与741几乎完全一样标准BJT结构输入阻抗

Bi-FET(LF351)的输入阻抗比BJT运放(741)大几个数量级，这正是此种运放的优势所在。11.1.2LF351仿真LF351内部电路仿真图采用Multisim搭建，包含完整的输入级、中间级、输出级及偏置电路，通过示波器XSC1观测输出波形。仿真参数已在图中标注。图11-2LF351内部电路仿真图仿真电路构成注意事项器件实现方式说明

静态调整步骤

⚠️

注意：整个调整过程要仔细耐心，注意有的电流之间相互有影响，要反复调整方能达到最终目的。静态调零与静态测试(1)静态调零调整增量设为1%进行粗调当调至98%时，输出电压有明显变化

直到输出电压为微伏量级，调零结束⚠️

注意：整个调整过程要仔细耐心，注意有的电流之间相互有影响，要反复调整方能达到最终目的。(2)静态测试（输入置零）测试点测试值

246μA

21.9μA

77.2μA动态测试——开环频响通过AC扫描，观察频响曲线：图11-3开环频响曲线仿真测试结果开环电压增益零频差模开环电压增益：200.7966k（106dB）单位增益带宽约1.2288MHz动态测试——开环传输特性通过DC扫描，观察电路传输特性：图11-4开环传输特性测试结果参数测量值输出电压正向摆幅14.0788V输出电压负向摆幅-13.4726V闭环特性——同相放大器电路配置

构成11倍同相放大器用示波器可观察到11V峰值的正弦波。图11-5同相放大器闭环频响曲线图11-6闭环频响曲线闭环频响特性说明闭环后，电路在低频段增益约为20dB（对应11倍电压增益），在约100kHz处开始下降，上限频率约为100kHz，体现了增益带宽积守恒的特性。闭环增益越低，带宽越宽，增益带宽积保持不变。11.2LM393集成电压比较器电压比较器的基本功能：对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平。特性说明输入信号连续变化的模拟量输出信号数字量"0"或"1"角色模拟电路和数字电路的"接口"电路应用领域：信号处理和检测电路、模/数转换、各种非正弦波的发生和变换电路等11.2.1LM393内部电路LM393集成电压比较器内部电路由输入级差分比较器、中间级共射电路和集电极开路输出级构成，配合多路电流镜偏置电路，实现高速、高精度的电压比较功能。图11-7LM393集成电压比较器内部电路LM393各级电路功能输入级

中间级

输出级

多路电流镜电路功能晶体管功能

多路电流镜核心，使电流受外界因素变化影响小，保证比较器工作稳定

提高比较器的响应速度（以同相输入端为例）输入为低电平时

输入为高电平时

效果：传输特性更为陡峭，响应速度提高11.2.2LM393仿真

图11-8LM393内部电路仿真图1.静态测试&2.传输特性静态测试将两个输入端均接地，测出的静态值已在仿真图中标出。传输特性测试方法

图11-9传输特性3.偏置电路稳定性验证电源电压稳定性测试测试条件电源电压由±5V变为±6V（变化20%）测试结果

结论

偏置电路仿真分析（单独仿真）

仿真条件电源电压变化

5V→10V（+100%）163μA→203μA（+24.54%）

5V→10V（+100%）69μA→75.9μA（+10%）

5V→10V（+100%）167μA→207μA（+23.95%）

5V→10V（+100%）71.6μA→78.7μA（+9.9%）图11-10偏置电路仿真图结论：LM393的偏置电路在电源电压变化时是很稳定的。4.应用电路——子电路封装封装功能利用封装功能将仿真的LM393内部电路封装为一个子电路（电路中包含了±15V电源），便可方便地搭建应用电路。封装优势封装后的子电路可像标准器件一样调用，简化应用电路的搭建过程，提高仿真效率。典型应用过零电压比较器、反相滞回比较器等应用电路均可基于封装后的LM393子电路快速搭建。(1)过零电压比较器图11-11过零电压比较器仿真图图11-12过零电压比较器输出波形(2)反相滞回比较器设计参数

图11-13反相滞回比较器仿真图反相滞回比较器传输特性通过DC扫描得到传输特性：图11-14反相滞回比较器传输特性仿真测量结果（与理论设计值基本吻合）参数测量值输出低电平-6.6382V输出高电平6.6024V上门限电压47.3mV下门限电压-48.6mV反相滞回比较器输入输出波形在输入端加入幅度为100mV的正弦波信号，可非常清晰地看到滞回特性：图11-15输入和输出波形滞回特性说明

11.3μPC1651集成宽带放大器μPC1651是一种利用负反馈来展宽频带的集成宽带放大器。11.3.1μPC1651内部电路基本特征采用单电源5V供电

图11-16μPC1651集成宽带放大器的内部电路原理图μPC1651电路结构分析基本结构：两级共射电路两个负反馈负反馈类型组成元件作用电流并联负反馈

稳定静态工作点，展宽带宽有源电压串联负反馈

稳定静态工作点，展宽带宽核心思想：通过加深反馈，以降低增益为代价，提高电路的上限频率。11.3.2μPC1651仿真图11-17μPC1651的仿真电路图仿真方案分两步进行，了解两个负反馈的作用：第一步：只有电流并联负反馈起作用，测试增益与带宽第二步：两个负反馈同时起作用，对比增益与带宽的变化(1)只有电流并联负反馈起作用通过AC分析得到幅频特性曲线：图11-18只有电流并联负反馈起作用仿真测试结果源电压增益约143上限频率49.2421MHz电流增益输出电流峰峰值：1.42mA，输入电流峰峰值：137μA，电流增益：10.4(2)两个负反馈同时起作用通过AC分析得到幅频特性曲线：图11-19两个负反馈同时起作用仿真测试结果参数测量值源电压增益约9.6电压增益约10.9上限频率1.0821GHz结论：仿真测试值比较接近理论计算值。两个负反馈同时作用后，增益大幅降低，但上限频率从49MHz提升至1GHz以上。11.4CA3040集成宽带放大器CA3040是一种采用组合电路来展宽频带的集成宽带放大器。11.4.1CA3040内部电路CA3040采用共集-共射-共基组合电路结构，通过差分输入级与射极跟随器输出级的组合，实现宽带放大功能。图11-20CA3040内部电路原理图CA3040电路结构说明输入级

偏置电路

输出级

结构特点：CA3040为双端输入-双端输出结构11.4.2CA3040仿真晶体管BC549BP的参数：CJE改为0.8pF，CJC改为1pF。CA3040内部电路仿真图在Multisim中搭建，通过修改晶体管结电容参数以更好地模拟高频特性。图11-21CA3040内部电路仿真图1.静态测试将两个输入端接地，分别测量两个输出端的直流电压值：测试项实测值

3V

1.12mA恒流管电流3.63mA

1.81mA二极管两端电压1.28V

5.13mA

571μA与理论值基本吻合。2.动态测试输出波形：在输入端加入幅度25mV、频率30MHz正弦信号：(a)输出波形(b)传输特性图11-22输出波形和传输特性频响曲线（AC扫描）(a)幅频特性(b)相频特性图11-23频响曲线参数仿真测试结果电压增益42.7488上限频率58.5602MHz11.5CA3080集成跨导运算放大器跨导运算放大器（OTA）基本概念OTA定义OperationalTransconductanceAmplifier（跨导运算放大器）输入信号电压输出信号电流放大能力

输入输出关系OTA是一种电压电流混合模式电路。11.5.1CA3080内部电路

图11-24CA308