multisim對(duì)于負(fù)反饋放大發(fā)電路仿真

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) NANCHANG UNIVERSITY 課程設(shè)計(jì)（ 年） 題目：基于Multisim的反饋電路分析與仿真學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 自動(dòng)化 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2.常用組態(tài)負(fù)反饋放大電路的仿真分析2.1 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路集成運(yùn)放采用 741,并用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路有無(wú)負(fù)反饋的存在。用示波器來(lái)觀察反饋時(shí)的情況。其中 ,輸入信號(hào)V1是一個(gè)交流電壓源信號(hào)。示波器的 A通道接輸入信號(hào) ,B通道接輸出信號(hào)。開(kāi)關(guān)打向下邊時(shí) ,沒(méi)有負(fù)反饋 ,輸入、 輸出的信號(hào)波形如圖所示。上面 A通道的波形是輸入波形;下面 B通道的電流串聯(lián)負(fù)反饋電路波形為輸

2、出波形 ,可以看到 ,此時(shí)輸出波形已經(jīng)嚴(yán)重失真開(kāi)關(guān)打向上邊時(shí) ,加入電壓串聯(lián)負(fù)反饋 ,輸入、 輸出的信號(hào)波形如圖所示 ,上面 A通道的波形是輸入波形 ,下面 B通道的波形是輸出波形?？梢钥闯?,此時(shí)輸出信號(hào)波形沒(méi)有失真。但輸出信號(hào)的幅度減小了。與理論上引入負(fù)反饋放大倍數(shù)降低了 ,減少非線性失真是相符合。2.2電流串聯(lián)負(fù)反饋電路集成運(yùn)放采用 LM307H,其中,輸入信號(hào) V1是一個(gè)交流電流源信號(hào)。示波器的 A通道接輸入信號(hào),B通道接輸出信號(hào)。開(kāi)關(guān)打向下邊時(shí) ,沒(méi)有負(fù)反饋 ,輸入、 輸出的信號(hào)波形如圖所示。下面 A通道的波形是輸入波形;上面 B通道的波形為輸出波形 ,可以看到 ,此時(shí)輸出波形已經(jīng)嚴(yán)

3、重失真。開(kāi)關(guān)打向上邊時(shí) ,加入電壓串聯(lián)負(fù)反饋 ,輸入、 輸出的信號(hào)波形如圖所示 ,下面 A通道的波形是輸入波形上面 B通道的波形是輸出波形?？梢钥闯?,此時(shí)輸出信號(hào)波形沒(méi)有失真。但輸出信號(hào)的幅度減小了。與理論上引入負(fù)反饋放大倍數(shù)降低了 ,減少非線性失真是相符合的。2.3電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路集成運(yùn)放采用 741,并用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路有無(wú)負(fù)反饋的存在。用示波器來(lái)觀察反饋時(shí)的情況。其中 ,輸入信號(hào)V1是一個(gè)交流電壓源信號(hào)。示波器的 A通道接輸出信號(hào) ,B通道接輸入信號(hào)。開(kāi)關(guān)打向下邊時(shí) ,沒(méi)有負(fù)反饋 ,輸入、 輸出的信號(hào)波形如圖 所示。上面 A通道的波形是輸出波形;下面 B通道的波形為輸入波形 ,可以

4、看到 ,此時(shí)輸出波形已經(jīng)嚴(yán)重失真。開(kāi)關(guān)打向上邊時(shí) ,加入電壓并聯(lián)負(fù)反饋 ,輸入、 輸出的信號(hào)波形如圖 所示 ,上面 A通道的波形是輸入波形 ,下面 B通道的波形是輸出波形。可以看出 ,此時(shí)輸出信號(hào)波形沒(méi)有失真。但輸出信號(hào)的幅度減小了。與理論上引入負(fù)反饋放大倍數(shù)降低了 ,減少非線性失真是相符合的。2.4電流并聯(lián)負(fù)反饋電路集成運(yùn)放采用 LM307H,其中 ,輸入信號(hào) I 1是一個(gè)交流電流源信號(hào)。示波器的 A通道接輸入信號(hào) ,B通道接輸出信號(hào)。開(kāi)關(guān)打向左邊時(shí) ,沒(méi)有負(fù)反饋 ,輸入、輸出的信號(hào)波形如圖所示。上面 A通道的波形是輸入波形;下面 B通道的波形為輸出波形 ,可以看到 ,此時(shí)輸出波形已經(jīng)嚴(yán)重失

5、真。開(kāi)關(guān)打向右邊時(shí) ,加入電流并聯(lián)負(fù)反饋 ,輸入、 輸出的信號(hào)波形如圖所示 ,上面 A通道的波形是輸入波形 ,下面 B通道的波形是輸出波形?？梢钥闯?,此時(shí)輸出信號(hào)波形沒(méi)有失真。但輸出信號(hào)的幅度減小了。與理論上引入負(fù)反饋放大倍數(shù)降低了是相符合的。3.仿真分析負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響3.1開(kāi)環(huán)閉環(huán)的電壓放大倍數(shù)比較圖1 開(kāi)環(huán)無(wú)負(fù)載圖2 開(kāi)環(huán)有負(fù)載圖3閉環(huán)無(wú)負(fù)載圖4 閉環(huán)有負(fù)載電路如圖所示，用虛擬示波器按下表分別測(cè)量輸入/輸出電壓的峰-峰值，記入下表中：RLViVoAu/Auf開(kāi)環(huán)（J1斷開(kāi)）RL=無(wú)窮大（J2斷開(kāi)）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2閉合）2.99mV255mV85.2

6、閉環(huán)（J1閉合）RL=無(wú)窮大（J2斷開(kāi)）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2閉合）2.99mV50mV16.73.2開(kāi)環(huán)閉環(huán)的輸入輸出電阻比較1）輸入電阻Ri圖5 開(kāi)環(huán)圖6 閉環(huán)在輸入端串聯(lián)一個(gè)5.1k的電阻，如圖所示，并且連接一個(gè)萬(wàn)用表，如圖連接。啟動(dòng)仿真，記錄數(shù)據(jù)，并填下表。仿真數(shù)據(jù) Vs Vi計(jì)算開(kāi)環(huán)（J1斷開(kāi)）20mV15.2mVRi=Vi*Rs/（Vs-Vi）=16.6k閉環(huán)（J1閉合）20mV15.8mVRif=Vi*Rs/（Vs-Vi）=19.2k2）輸出電阻Ro圖7 開(kāi)環(huán)有負(fù)載測(cè)VL圖8 開(kāi)環(huán)無(wú)負(fù)載測(cè)Vo圖9 閉環(huán)有負(fù)載測(cè)VL圖10 閉環(huán)無(wú)負(fù)載測(cè)Vo仿真電路如圖所示，先

7、接上負(fù)載電阻，測(cè)量輸出電壓VL，再斷開(kāi)負(fù)載，測(cè)量輸出電壓VO。仿真數(shù)據(jù) VL Vo計(jì)算開(kāi)環(huán)（J1斷開(kāi)）1.23V2.36VR0=（V0-VL）*RL/VL=4.68k閉環(huán)（J1閉合）265mV292mVRof= （V0-VL）*RL/VL=0.51k3.3提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性RLViVoAu/Auf開(kāi)環(huán)（J1斷開(kāi)）RL=無(wú)窮大（J2斷開(kāi)）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2閉合）2.99mV255mV85.2閉環(huán)（J1閉合）RL=無(wú)窮大（J2斷開(kāi)）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2閉合）2.99mV50mV16.7從表中數(shù)據(jù)可以得出：開(kāi)環(huán)狀態(tài)下不接負(fù)載和接負(fù)載放大倍數(shù)變化

8、明顯，而閉環(huán)后負(fù)載的變化對(duì)放大倍數(shù)幾乎沒(méi)有影響，但放大倍數(shù)對(duì)開(kāi)環(huán)而言明顯下降?？梢?jiàn)引入復(fù)反饋能夠提升放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，但以降低放大倍數(shù)為代價(jià)。3.4擴(kuò)展頻帶可以看到 ,加入交流負(fù)反饋以后 ,電路的頻帶寬度明顯增加。所以負(fù)反饋對(duì)頻帶具有明顯的擴(kuò)展作用。4.利用虛擬儀器表和仿真分析方法對(duì)反饋放大電路的分析 4.1傅里葉分析設(shè)置 Frequency resolution 為1 000 Hz, 單擊Estimate 按鈕, 自動(dòng)設(shè)置Stopping time for sampling。選擇Normalize graphs, 縱坐標(biāo)刻度為Decibel,選擇輸出節(jié)點(diǎn)作為分析節(jié)點(diǎn)。J 1 斷開(kāi)和閉合時(shí)分別

9、運(yùn)行傅里葉分析, 可得到圖11 和圖12。并測(cè)試出無(wú)反饋時(shí): 總諧波失真系數(shù) THD: 1.54899%。引入反饋后: THD:0.306912%。直觀準(zhǔn)確地反映了引入負(fù)反饋后, 可以減小非線性失真。圖11 開(kāi)環(huán)圖12 閉環(huán)4.2負(fù)載電阻的參數(shù)掃描分析執(zhí)行parameter sweep analysis。設(shè)置分析對(duì)象為R L ,Star t 為10 000, Stop 為100 000, # of 為5 (R L 阻值分別為 10 k8 , 3215 k8 , 55 k8 , 7715 k8 , 100 k8 ) , 選擇Analysis to 中的Transient Analysis, 并選

10、擇輸出節(jié)點(diǎn)作為分析節(jié)點(diǎn)。J1 斷開(kāi)和閉合時(shí)分別運(yùn)行參數(shù)掃描分析, 得到圖13和圖14。直觀的反映出無(wú)反饋時(shí) (圖13) : 隨著負(fù)載電阻R L 的變化, 輸出電壓有顯著的變化, R L 愈大, A u 愈大引入反饋后 (圖14) : 輸出電壓基本不隨負(fù)載電阻R L 的變化而變化,。說(shuō)明了引入電壓負(fù)反饋后, , 提高帶負(fù)載能力。圖13 開(kāi)環(huán)圖14 閉環(huán)4.3溫度掃描分析執(zhí)行temperature sweep analysis, 設(shè)置起始值為0 Deg, 終止值為150 Deg, 步長(zhǎng)為5, 選擇Analysis to 中的Transient Analysis, 選擇輸出節(jié)點(diǎn)作為分析節(jié)點(diǎn),J 1

11、斷開(kāi)和閉合時(shí)分別運(yùn)行溫度掃描分析, 可觀測(cè)得溫度為0 , 3715 , 75 , 11215 , 150 時(shí)的輸出電壓波形,如圖15, 圖16 所示。直觀地反映出無(wú)反饋時(shí)(如圖15) : 隨著溫度的變化, 電壓放大倍數(shù)發(fā)生變化, 穩(wěn)定性差。引入反饋后(如圖16) : 電壓放大倍數(shù)基本不隨溫度的變化而變化。說(shuō)明負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。圖15 開(kāi)環(huán)圖16 閉環(huán)5.負(fù)反饋放大電路的實(shí)例仿真分析1 、仿真電路以交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路為例，首先在Multisim 10中創(chuàng)建仿真電路。進(jìn)入Multisim 10仿真環(huán)境，從元件庫(kù)中調(diào)用晶體管(2N3904，默認(rèn)值=200、UBE=0.75 V、

12、Rbb=200、UT=26mv)、電阻、電容、直流電源、開(kāi)關(guān)等元件，從虛擬儀器工具欄中取出四蹤示波器，創(chuàng)建仿真電路如圖所示。2、靜態(tài)工作點(diǎn)與電壓放大倍數(shù)的理論值計(jì)算（1）開(kāi)關(guān)A閉合，F(xiàn)斷開(kāi)，電路為兩級(jí)阻容耦合放大電路。靜態(tài)工作點(diǎn)的理論計(jì)算Ic1=Rb12Rb11+Rb12UCC-UBERe11+Re12=2.41mAIB1=Ic1=12.05uAUCE1=Ucc-(Rc1+Re11+Re12)*Ic1=4.05VIc2=Rb22Rb21+Rb22UCC-UBE Re2=2.15mAIB2=Ic2=1.07uAUCE2=Ucc-Ic2(Rc2+Re2)=5.55v開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)的理論計(jì)算rbe

13、1= rbb+UTIc1=2.35Krbe2= rbb+UTIc2=2.61KRL1=Rc1Rb21Rb22rbe2=1.06KRL=Rc2RL=1KAv1=RL1rbe1+1+Re12=3.38Av2=RLrbe2=76.63Av=Av1*Av2=259.01（2）開(kāi)關(guān)A閉合，F(xiàn)閉合，電路為兩級(jí)阻容耦合電壓串聯(lián)發(fā)反饋放大電路。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的理論計(jì)算Fu=Re12Rf+Re12=0.0291+AvFu=8.544Avf=Av1+AvFu=30.313、靜態(tài)工作點(diǎn)的仿真測(cè)試首先，測(cè)兩級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，將信號(hào)源斷開(kāi)，用探針、電壓表分別測(cè)出基極、集電極電流及管壓降，其值為IB1=15.0A，IC1

14、=2.20 mA，UCE1=4.711V，IB2=13.0A，IC2=2.03mA，UCE2=5.906V。開(kāi)環(huán)和閉環(huán)時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)相同。電路于圖所示。可見(jiàn)，理論值與實(shí)驗(yàn)值大致相同。4、開(kāi)環(huán)性能的仿真測(cè)試（1）開(kāi)環(huán)無(wú)負(fù)載開(kāi)關(guān)A斷開(kāi)，F(xiàn)斷開(kāi)，電路于圖所示。啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸的時(shí)基掃愛(ài)描時(shí)間，在Channel A、ChannelB和Channel C區(qū)分別設(shè)置A、B和C通道輸入信號(hào)在Y軸的顯示刻度。仿真結(jié)果見(jiàn)圖。（2）開(kāi)環(huán)有負(fù)載開(kāi)關(guān)A閉合，F(xiàn)斷開(kāi)，電路于圖所示。啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸的時(shí)基掃愛(ài)描時(shí)間，在Channel A、ChannelB和Ch

15、annel C區(qū)分別設(shè)置A、B和C通道輸入信號(hào)在Y軸的顯示刻度。仿真結(jié)果見(jiàn)圖。由仿真數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算可得Ri=VipVsp-VipRs2.6572.818-2.657*1K16.5KRo=(VopVoLp-1)RL(1142576.777-1)*2K1.96KAvo=VopVip11422.657429.8AvL=VoLpVip582.4132.656219.3A/A=(Avo-AvL)/Avo=(429.8-219.3)/429.30.49BW=fH-fL(146.572-895.4*10-3) 145.68KHZ5、閉環(huán)性能的仿真測(cè)試（1）閉環(huán)無(wú)負(fù)載斷開(kāi)A，閉合F，同開(kāi)環(huán)性能的仿真測(cè)試方法，仿

16、真電路，信號(hào)輸入、輸出電壓的仿真測(cè)量如圖所示（2）閉環(huán)有負(fù)載圖斷開(kāi)A，閉合F，同開(kāi)環(huán)性能的仿真測(cè)試方法，仿真電路，信號(hào)輸入、輸出電壓的仿真測(cè)量，交流分析、幅頻特性、通頻帶（BW）的仿真測(cè)量如圖所示。由仿真數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算可得Ri=VipVsp-VipRs2.7092.828-2.709*1K22.765KRo=(VopVoLp-1)RL(85.74980.276-1)*2K0.136KAvo=VopVip85.7492.70931.65AvL=VoLpVip80.2762.70929.63A/A=(Avo-AvL)/Avo=(31.65-29.63)/31.650.064BW=fH-fL(3.70

17、05-26.3429*10-6) 3.7005MHZ6.仿真結(jié)果分析在放大電路中引入負(fù)反饋可以改善放大電路某些方面的性能。通過(guò)下列表格和以上仿真圖可得：1：引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后，電路的輸入電阻增大了。與無(wú)級(jí)間反饋時(shí)的輸入電阻Ri相比，增加的不多，這是由于閉環(huán)時(shí)，圖6（a）所示電路總的輸入電阻為Rif = R'if / Rb11 / Rb12,引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋只是增大了反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻R'if, 而Rb11 / Rb12不在反饋環(huán)路內(nèi)，不受影響，因此總的輸入電阻Rif增加的不多。2：引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后，、輸出電阻減小了。3：引入負(fù)反饋后，下限頻率降低了、上限頻率升高了，因

18、此總的通頻帶展寬了。4：引入負(fù)反饋后，電壓放大倍數(shù)的變化量減小了，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了，帶負(fù)載的能力加強(qiáng)了。5：引入負(fù)反饋后，放大電路內(nèi)部產(chǎn)生的非線性失真明顯的減小了。6：引入負(fù)反饋后，電路的放大倍數(shù)下降了?？偟膩?lái)說(shuō)，采用負(fù)反饋是以降低放大倍數(shù)為代價(jià)的，目的是為了改善放大電路的工作性能，穩(wěn)定放大倍數(shù)、改變輸入和輸出電阻、減少非線性失真、擴(kuò)展通頻帶等。6.心得體會(huì) 通過(guò)這幾天的課程設(shè)計(jì)，我覺(jué)得學(xué)到了很多。不僅僅是對(duì)于模電這門(mén)課程所包含的知識(shí)有了更好的學(xué)習(xí)，也是對(duì)于自身態(tài)度及學(xué)習(xí)方法有了更好的理解。這個(gè)學(xué)期multisim這個(gè)軟件有了更多的使用，自從上個(gè)學(xué)期電路課程初步使用仿真軟件，到這學(xué)期通過(guò)平時(shí)作業(yè)對(duì)軟件逐漸熟悉了解。這為在此次課程設(shè)計(jì)中打了好的基礎(chǔ)。通過(guò)multisim這個(gè)軟件，可以彌補(bǔ)我們?cè)趯?shí)際學(xué)習(xí)生活中因?yàn)楦鞣N因素?zé)o法做到的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，這使我們對(duì)于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有了更深層次的