multisim對(duì)于負(fù)反饋放大發(fā)電路仿真

1、NANCHANGUNIVERSITY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)開關(guān)來控制電路有無負(fù)反饋的存在。用示波器來觀察反饋時(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通道接出波形已經(jīng)嚴(yán)重失真開關(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?？梢钥闯觯藭r(shí)輸出信號(hào)波形沒有失真。但輸出信號(hào)的幅度減小了。與理論上

2、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)。開關(guān)打向下邊時(shí)，沒有負(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)重失真。開關(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。可以看出，此時(shí)輸出信號(hào)波形沒有失真。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

3、路集成運(yùn)放采用741,并用一個(gè)開關(guān)來控制電路有無負(fù)反饋的存在。用示波器來觀察反饋時(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)。開關(guān)打向下邊時(shí)，沒有負(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，可以看到，此時(shí)輸出波形已經(jīng)嚴(yán)重失真。開關(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?？梢钥闯?此時(shí)輸出信號(hào)波形沒有失真。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

4、采用LM307H,其中,輸入信號(hào)I1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)。開關(guān)打向左邊時(shí),沒有負(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)重失真。開關(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 開環(huán)閉環(huán)的電壓放大倍數(shù)比較圖1開環(huán)無負(fù)載圖2開環(huán)有負(fù)載圖3閉環(huán)無負(fù)載圖4閉環(huán)有

5、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開環(huán)J1斷開Rl=無窮大J2斷開2.99mV491mV164.1RL=2kJ2閉合2.99mV255mV85.2閉環(huán)J1閉合Rl=無窮大J2斷開2.99mV55mV18.3RL=2kJ2閉合2.99mV50mV16.73.2 開環(huán)閉環(huán)的輸入輸出電阻比較1輸入電阻Ri圖5開環(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)萬用表，如圖連接。啟動(dòng)仿真，記錄數(shù)據(jù)，并填下表。2輸出電阻Ro圖7開環(huán)有負(fù)載測(cè)VL圖8開環(huán)無負(fù)載測(cè)Vo圖9閉環(huán)有負(fù)載測(cè)VL圖10閉環(huán)無負(fù)載測(cè)Vo仿真電路如圖所

6、示，先接上負(fù)載電阻，測(cè)量輸出電壓Vl,再斷開負(fù)載，測(cè)量輸出仿真數(shù)據(jù)VsVi計(jì)算開環(huán)J1斷開20mV15.2mVRi=Vi*Rs/Vs-Vi=16.6kQ閉環(huán)J1閉合20mV15.8mVRif=Vi*Rs/Vs-Vi=19.2kQ電壓Vo。仿真數(shù)據(jù)VlVo計(jì)算開環(huán)J1斷開1.23V2.36VR0=V0-VL*RL/VL=4.68kQ閉環(huán)J1閉合265mV292mVRof=V0-Vl*Rl/VL=0.51kQ3.3 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性RlViVoAu/Auf開環(huán)J1斷開Rl=無窮大J2斷開2.99mV491mV164.1RL=2kJ2閉合2.99mV255mV85.2閉環(huán)J1閉合Rl=無窮大J2

7、斷開2.99mV55mV18.3RL=2kJ2閉合2.99mV50mV16.7從表中數(shù)據(jù)可以得出：開環(huán)狀態(tài)下不接負(fù)載和接負(fù)載放大倍數(shù)變化明顯，而閉環(huán)后負(fù)載的變化對(duì)放大倍數(shù)幾乎沒有影響，但放大倍數(shù)對(duì)開環(huán)而言明顯下降?？梢娨霃?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Frequencyresolution為1000Hz,單擊Estimate按鈕，自動(dòng)設(shè)置Stoppingtimeforsampling。選擇N

8、ormalizegraphs,縱坐標(biāo)亥"度為Decibel,選擇輸出節(jié)點(diǎn)作為分析節(jié)點(diǎn)。J1斷開和閉合時(shí)分別運(yùn)行傅里葉分析，可得到圖11和圖12。并測(cè)試出無反饋時(shí)：總諧波失真系數(shù)THD:1.54899%。引入反饋后：THDO306912%。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parametersweepanalysis。設(shè)置分析對(duì)象為RL,Start為10000,Stop為100000,#of為5<RL阻值分別為10k8,3215k8,55k8,7715k8,100k8>,選擇Analysisto中的Tra

9、nsientAnalysis,并選擇輸出節(jié)點(diǎn)作為分析節(jié)點(diǎn)。J1斷開和閉合時(shí)分別運(yùn)行參數(shù)掃描分析，得到圖13和圖14。直觀的反映出無反饋時(shí)圖13>:隨著負(fù)載電阻RL的變化，輸出電壓有顯著的變化，RL愈大，Au愈大引入反饋后圖14>:輸出電壓基本不隨負(fù)載電阻RL的變化而變化，。說明了引入電壓負(fù)反饋后,提高帶負(fù)載能力。圖13開環(huán)圖14閉環(huán)4.3 溫度掃描分析執(zhí)行temperaturesweepanalysis,設(shè)置起始值為0Deg,終止值為150Deg,步長(zhǎng)為5,選擇Analysisto中的TransientAnalysis,選擇輸出節(jié)點(diǎn)作為分析節(jié)點(diǎn)，J1斷開和閉合時(shí)分別運(yùn)行溫度掃描分析

10、，可觀測(cè)得溫度為0C,3715C,75C,11215C,150c時(shí)的輸出電壓波形，如圖15,圖16所示。直觀地反映出無反饋時(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。說明負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。圖15開環(huán)圖16閉環(huán)4.4 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Multisim10中創(chuàng)建仿真電路。進(jìn)入Multisim10仿真環(huán)境，從元件庫中調(diào)用晶體管<2N3904,默認(rèn)值3=200、UBE=0.75V、Rbb=200、UT=26mv>、電阻、電容、直流電源

11、、開關(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開關(guān)A閉合,F斷開，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RU12由11+Rb】?UCC-UBEIc1=-=2.41mAclIB1=12.05uAUCE1=Ucc-<Rc1+Re11+Re12>*Ic1=4.05VRbii+UCC-UBEIc2=Re2=2.15mAIB2=H=1.07uAUCE2=Ucc-Ic2<Rc2+Re2>=5.55v開環(huán)電壓放大倍數(shù)的理論計(jì)算UTrbe1=rbb，+B"1=2.35KqUTrbe2=rbb,+(3I

12、c2=2.61KRL1=Rc1/Rb21/Rb22/be2=1.06KQRl=Rc2/Rl=1KqpRLlAvi=i*十"+：'<=3.38pRLAv2=72=76.63Av=Avi*Av2=259.012開關(guān)A閉合,F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RH2Fu=3二.5=0.0291+AvFu=8.544Avf=i+Avbu=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，用探針、電壓表分別測(cè)出基極、集電極電流及管壓降淇值為舊1=15.0pA,IC1=2.20mA,UCE1=4.711V,IB2=13

13、.0科A,IC2=2.03mA,UCE2=5.906V。開環(huán)和閉環(huán)時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)相同。電路于圖所示?？梢?，理論值與實(shí)驗(yàn)值大致相同。4、開環(huán)性能的仿真測(cè)試1開環(huán)無負(fù)載開關(guān)A斷開,F斷開，電路于圖所示。啟動(dòng)仿真開關(guān)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸的時(shí)基掃愛描時(shí)間，在ChannelA、ChannelB和ChannelC區(qū)分別設(shè)置A、B和C通道輸入信號(hào)在丫軸的顯示刻度。仿真結(jié)果見圖。GIHH4之2DkHFICW：fkQ7VI、上VTniN卜）Li、Tq產(chǎn)2開環(huán)有負(fù)載47nF1-1底需*隔通/ri-n:茂獻(xiàn)自的nrKiACt曲詹_A比也*忖等電端電工|1小Fnrj加開關(guān)A閉合,F斷開，電路于圖所示。啟

14、動(dòng)仿真開關(guān)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸的時(shí)基掃愛描時(shí)間，在ChannelA、ChannelB和ChannelC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)果見圖。由仿真數(shù)據(jù)通過計(jì)算可得Vip2.657Ri=Vsp-VipRs2.RW-2.657*ik%6.5KQBW=fH-fLy146.572-895.4*10>M45.68KHZ5、閉環(huán)性能的仿真測(cè)試1閉環(huán)無負(fù)載斷開A,閉合F,同開環(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)量如圖所示2閉環(huán)有負(fù)載圖斷開A,閉合F,同開環(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

15、BW的仿真測(cè)量如圖所示。由仿真數(shù)據(jù)通過計(jì)算可得Vip2709Ri=Vsp-VipR匕W.7O9*1K=22.765KVop85.749Ro=<匹二1四<55-1>*2KM.136Ka|Vop85.749Avo=Vip2.709=31.65IVoLp180,276AvL=而Eo可=29.63MA=<Avo-AvL>/Avo=<31.65-29.63>/31.65=0.064BW=fH-fL<3.7005-26.3429*10""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。通過下列表格和

16、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6a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Rb11Rb12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。3:引入負(fù)反饋后4:引入負(fù)反饋后 強(qiáng)了。5:引入負(fù)反饋后6:引入負(fù)反饋后2:引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后，、輸出電阻減小了。，下限頻率降低了、上限頻率升高了，因此總的通頻帶展寬了。，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，放大電路內(nèi)部產(chǎn)

17、生的非線性失真明顯的減小了。，電路的放大倍數(shù)下降了?？偟膩碚f，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)通過這幾天白課程設(shè)計(jì)，我覺得學(xué)到了很多。不僅僅是對(duì)于模電這門課程所包含的知識(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)有了更深層次的提升，也使我們學(xué)習(xí)變得更加便捷這