multisim對(duì)于負(fù)反饋放大發(fā)電路仿真1

第頁(yè)NANCHANGUNIVERSITY課程設(shè)計(jì)（年）題目：基于Multisim的反饋電路分析及仿真學(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(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,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。及理論上引入負(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)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?？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。及理論上引入負(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(méi)有失真。但輸出信號(hào)的幅度減小了。及理論上引入負(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)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(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(méi)有失真。但輸出信號(hào)的幅度減小了。及理論上引入負(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(wú)負(fù)載圖2開環(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開環(huán)（J1斷開）RL=無(wú)窮大（J2斷開）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2閉合）2.99mV255mV85.2閉環(huán)（J1閉合）RL=無(wú)窮大（J2斷開）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2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(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)VsVi計(jì)算開環(huán)（J1斷開）20mV15.2mVRi=Vi*Rs/（Vs-Vi）=16.6kΩ閉環(huán)（J1閉合）20mV15.8mVRif=Vi*Rs/（Vs-Vi）=19.2kΩ2）輸出電阻Ro圖7開環(huán)有負(fù)載測(cè)VL圖8開環(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=4.68kΩ閉環(huán)（J1閉合）265mV292mVRof=（V0-VL）*RL/VL=0.51kΩ3.3提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性RLViVoAu/Auf開環(huán)（J1斷開）RL=無(wú)窮大（J2斷開）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2閉合）2.99mV255mV85.2閉環(huán)（J1閉合）RL=無(wú)窮大（J2斷開）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2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(méi)有影響，但放大倍數(shù)對(duì)開環(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Frequencyresolution為1000Hz,單擊Estimate按鈕,自動(dòng)設(shè)置Stoppingtimeforsampling。選擇Normalizegraphs,縱坐標(biāo)刻度為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(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TransientAnalysis,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(wú)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(shuō)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,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Multisim10中創(chuàng)建仿真電路。進(jìn)入Multisim10仿真環(huán)境，從元件庫(kù)中調(diào)用晶體管(2N3904，默認(rèn)值β=200、UBE=0.75V、Rbb=200、UT=26mv)、電阻、電容、直流電源、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)及電壓放大倍數(shù)的理論值計(jì)算（1）開關(guān)A閉合，F(xiàn)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Ic1=Rb12Rb11+Rb12IB1=Ic1βUCE1=Ucc-(Rc1+Re11+Re12)*Ic1=4.05VIc2=Rb22Rb21+Rb22IB2=Ic2βUCE2=Ucc-Ic2(Rc2+Re2)=5.55v開環(huán)電壓放大倍數(shù)的理論計(jì)算rbe1=rbb’+βUTIc1=2.35Krbe2=rbb’+βUTIc2=2.61KRL1=Rc1∥Rb21∥Rb22∥rbe2=1.06KΩRL=Rc2∥RL=1KΩAv1=βRL1rbe1+Av2=βRLrbe2Av=Av1*Av2=259.01（2）開關(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+Re121+AvFu=8.544Avf=Av1+AvFu3、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，其值為IB1=15.0μA，IC1=2.20mA，UCE1=4.711V，IB2=13.0μA，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。可見(jiàn)，理論值及實(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(wú)負(fù)載開關(guān)A斷開，F(xiàn)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(ài)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(jiàn)圖。

（2）開環(huán)有負(fù)載開關(guān)A閉合，F(xiàn)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(ài)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(jiàn)圖。由仿真數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算可得Ri=VipVsp-VipRs≈2.6572.818-2.657*1KRo=(VopVoLp-1)RL≈(1142576.777-1)*2KAvo=VopVip≈11422.657AvL=VoLpVip≈582.4132.656ΔA/A=(Avo-AvL)/Avo=(429.8-219.3)/429.3≈0.49BW=fH-fL≈(146.572-895.4*10-3)≈5、閉環(huán)性能的仿真測(cè)試（1）閉環(huán)無(wú)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（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-VipRs≈2.7092.828-2.709*1K≈Ro=(VopVoLp-1)RL≈(85.74980.276-1)*2K≈Avo=VopVip≈85.7492.709AvL=VoLpVip≈80.2762.709ΔA/A=(Avo-AvL)/Avo=(31.65-29.63)/31.65≈0.064BW=fH-fL≈(3.7005-26.3429*10-6)≈3.7005M6.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。及無(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