multisim对于负反馈放大发电路仿真

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WORD格式.可编辑NANCHANGUNIVERSITY课程设计（年）题目：基于Multisim的反馈电路分析与仿真学院：信息工程学院系自动化专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：完成日期：专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑2.常用组态负反馈放大电路的仿真分析2.1电压串联负反馈电路集成运放采用741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的A通道接输入信号,B通道接输出信号。开关打向下边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。上面A通道的波形是输入波形;下面B通道的电流串联负反馈电路波形为输出波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真开关打向上边时,加入电压串联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,上面A通道的波形是输入波形,下面B通道的波形是输出波形。可以看出,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了,减少非线性失真是相符合。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑2.2电流串联负反馈电路集成运放采用LM307H,其中,输入信号V1是一个交流电流源信号。示波器的A通道接输入信号,B通道接输出信号。开关打向下边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。下面A通道的波形是输入波形;上面B通道的波形为输出波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真。开关打向上边时,加入电压串联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,下面A通道的波形是输入波形上面B通道的波形是输出波形。可以看出,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了,减少非线性失真是相符合的。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑2.3电压并联负反馈电路集成运放采用741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的A通道接输出信号,B通道接输入信号。开关打向下边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。上面A通道的波形是输出波形;下面B通道的波形为输入波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真。开关打向上边时,加入电压并联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,上面A通道的波形是输入波形,下面B通道的波形是输出波形。可以看出,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了,减少非线性失真是相符合的。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑2.4电流并联负反馈电路集成运放采用LM307H,其中,输入信号I1是一个交流电流源信号。示波器的A通道接输入信号,B通道接输出信号。开关打向左边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。上面A通道的波形是输入波形;下面B通道的波形为输出波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真。开关打向右边时,加入电流并联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,上面A通道的波形是输入波形,下面B通道的波形是输出波形。可以看出,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了是相符合的。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑3.仿真分析负反馈对放大电路的影响3.1开环闭环的电压放大倍数比较图1开环无负载专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑图2开环有负载图3闭环无负载专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑图4闭环有负载电路如图所示，用虚拟示波器按下表分别测量输入/输出电压的峰-峰值，记入下表中：RLViVoAu/Auf开环（J1断开）RL=无穷大（J2断开）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2闭合）2.99mV255mV85.2闭环（J1闭合）RL=无穷大（J2断开）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2闭合）2.99mV50mV16.7专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑3.2开环闭环的输入输出电阻比较1）输入电阻Ri图5开环专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑图6闭环在输入端串联一个5.1k的电阻，如图所示，并且连接一个万用表，如图连接。启动仿真，记录数据，并填下表。仿真数据VsVi计算开环（J1断开）20mV15.2mVRi=Vi*Rs/（Vs-Vi）=16.6kΩ闭环（J1闭合）20mV15.8mVRif=Vi*Rs/（Vs-Vi）=19.2kΩ专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑2）输出电阻Ro图7开环有负载测VL图8开环无负载测Vo专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑图9闭环有负载测VL图10闭环无负载测Vo专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑仿真电路如图所示，先接上负载电阻，测量输出电压VL，再断开负载，测量输出电压VO。仿真数据VLVo计算开环（J1断开）1.23V2.36VR0=（V0-VL）*RL/VL=4.68kΩ闭环（J1闭合）265mV292mVRof=（V0-VL）*RL/VL=0.51kΩ专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑3.3提高放大倍数的稳定性RLViVoAu/Auf开环（J1断开）RL=无穷大（J2断开）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2闭合）2.99mV255mV85.2闭环（J1闭合）RL=无穷大（J2断开）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2闭合）2.99mV50mV16.7从表中数据可以得出：开环状态下不接负载和接负载放大倍数变化明显，而闭环后负载的变化对放大倍数几乎没有影响，但放大倍数对开环而言明显下降。可见引入复反馈能够提升放大倍数的稳定性，但以降低放大倍数为代价。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑3.4扩展频带可以看到,加入交流负反馈以后,电路的频带宽度明显增加。所以负反馈对频带具有明显的扩展作用。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑4.利用虚拟仪器表和仿真分析方法对反馈放大电路的分析4.1傅里叶分析设置Frequencyresolution为1000Hz,单击Estimate按钮,自动设置Stoppingtimeforsampling。选择Normalizegraphs,纵坐标刻度为Decibel,选择输出节点作为分析节点。J1断开和闭合时分别运行傅里叶分析,可得到图11和图12。并测试出无反馈时:总谐波失真系数THD:1.54899%。引入反馈后:THD:0.306912%。直观准确地反映了引入负反馈后,可以减小非线性失真。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑图11开环图12闭环专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑4.2负载电阻的参数扫描分析执行parametersweepanalysis。设置分析对象为RL,Start为10000,Stop为100000,#of为5(RL阻值分别为10k8,3215k8,55k8,7715k8,100k8),选择Analysisto中的TransientAnalysis,并选择输出节点作为分析节点。J1断开和闭合时分别运行参数扫描分析,得到图13和图14。直观的反映出无反馈时(图13):随着负载电阻RL的变化,输出电压有显著的变化,RL愈大,Au愈大引入反馈后(图14):输出电压基本不随负载电阻RL的变化而变化,。说明了引入电压负反馈后,,提高带负载能力。图13开环图14闭环专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑4.3温度扫描分析执行temperaturesweepanalysis,设置起始值为0Deg,终止值为150Deg,步长为5,选择Analysisto中的TransientAnalysis,选择输出节点作为分析节点,J1断开和闭合时分别运行温度扫描分析,可观测得温度为0℃,3715℃,75℃,11215℃,150℃时的输出电压波形,如图15,图16所示。直观地反映出无反馈时(如图15):随着温度的变化,电压放大倍数发生变化,稳定性差。引入反馈后(如图16):电压放大倍数基本不随温度的变化而变化。说明负反馈可以提高放大倍数的稳定性。图15开环图16闭环专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑5.负反馈放大电路的实例仿真分析1、仿真电路以交流电压串联负反馈放大电路为例，首先在Multisim10中创建仿真电路。进入Multisim10仿真环境，从元件库中调用晶体管(2N3904，默认值β=200、UBE=0.75V、Rbb=200、UT=26mv)、电阻、电容、直流电源、开关等元件，从虚拟仪器工具栏中取出四踪示波器，创建仿真电路如图所示。2、静态工作点与电压放大倍数的理论值计算（1）开关A闭合，F断开，电路为两级阻容耦合放大电路。静态工作点的理论计算Ic1=Rb12Rb11+Rb12UCC-UBERe11+Re12=2.41mAIB1=Ic1β=12.05uAUCE1=Ucc-(Rc1+Re11+Re12)*Ic1=4.05VIc2=Rb22Rb21+Rb22UCC-UBERe2=2.15mAIB2=Ic2β=1.07uA专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑UCE2=Ucc-Ic2(Rc2+Re2)=5.55v开环电压放大倍数的理论计算rbe1=rbb’+βUTIc1=2.35KΩrbe2=rbb’+βUTIc2=2.61KΩRL1=Rc1∥Rb21∥Rb22∥rbe2=1.06KΩRL=Rc2∥RL=1KΩAv1=βRL1rbe1+1+βRe12=3.38Av2=βRLrbe2=76.63Av=Av1*Av2=259.01（2）开关A闭合，F闭合，电路为两级阻容耦合电压串联发反馈放大电路。闭环电压放大倍数的理论计算Fu=Re12Rf+Re12=0.0291+AvFu=8.544Avf=Av1+AvFu=30.31专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑3、静态工作点的仿真测试首先，测两级的静态工作点，将信号源断开，用探针、电压表分别测出基极、集电极电流及管压降，其值为IB1=15.0μA，IC1=2.20mA，UCE1=4.711V，IB2=13.0μA，IC2=2.03mA，UCE2=5.906V。开环和闭环时静态工作点相同。电路于图所示。可见，理论值与实验值大致相同。4、开环性能的仿真测试（1）开环无负载开关A断开，F断开，电路于图所示。启动仿真开关，在示波器Timebase区设置X轴的时基扫爱描时间，在ChannelA、ChannelB和ChannelC区分别设置A、B和C通道专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑（2）开环有负载开关A闭合，F断开，电路于图所示。启动仿真开关，在示波器Timebase区设置X轴的时基扫爱描时间，在ChannelA、ChannelB和ChannelC区分别设置A、B和C通道输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑由仿真数据通过计算可得Ri=VipVsp-VipRs≈2.6572.818-2.657*1K≈16.5KΩRo=(VopVoLp-1)RL≈(1142576.777-1)*2K≈1.96KΩAvo=VopVip≈11422.657≈429.8AvL=VoLpVip≈582.4132.656≈219.3ΔA/A=(Avo-AvL)/Avo=(429.8-219.3)/429.3≈0.49BW=fH-fL≈(146.572-895.4*10-3)≈145.68KHZ专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑5、闭环性能的仿真测试（1）闭环无负载断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法，仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量如图所示（2）闭环有负载图断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法，仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量，交流分析、幅频特性、通频带（BW）的仿真测量如图所示。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑由仿真数据通过计算可得Ri=VipVsp-VipRs≈2.7092.828-2.709*1K≈22.765KΩRo=(VopVoLp-1)RL≈(85.74980.276-1)*2K≈0.136KΩAvo=VopVip≈85.7492.709≈31.65AvL=VoLpVip≈80.2762.709≈29.63ΔA/A=(Avo-AvL)/Avo=(31.65-29.63)/31.65≈0.064BW=fH-fL≈(3.7005-26.3429*10-6)≈3.7005MHZ6.仿真结果分析在放大电路中引入负反馈可以改善放大电路某些方面的性能。通过下列表格和以上仿真图可得：1：引入电压串联负反馈后，电路的输入电阻增大了。与无级间反馈时的输入电阻Ri相比，增加的不多，这是由于闭环时，图6（a）所示电路总的输入电阻为Rif=R'if//Rb11//Rb12,引入电压串联负反馈只是增大了反馈环路内的输入电阻R'if,而Rb11//Rb12不在反馈环路内，不受影响，因此总的输入电阻Rif增加的不多。2：引入电压串联负反馈后，、输出电阻减小了。3：引入负反馈后，下限频率降低了、上限频率升高了，因此总的通频带展宽了。4：引入负反馈后，电压放大倍数的变化量减小了，放大倍数的稳定性提高了，带负载的能力加强了。5：引入负反馈后，放大电路内部产生的非线性失真明显的减小了。6：引入负反馈后，电路的放大倍数下降了。总的来说，采用负反馈是以降低放大倍数为代价的，目的是为了改善放大电路的工作性能，稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减少非线性失真、扩展通频带等。专业知识.整理分享 WORD格式.可编辑6.心得体会通过这几天的课程设计，我觉得学到了很多。不仅仅是对于模电这门课程所包含的知识有了更好的学习，也是对于自身态度及学习方法有了更好的理解。这个学期multisim这个软件有了更多的使用，自从上个学期电路课程初步使用仿真软件，到这学期通过平时作业对软件逐渐熟悉了解。这为在此次课程设计中打了好的基础。通过multisim这个软件，可以弥补我们在实际学习生活中因为各种因素无法做到的实验实践，这使我们对于专业课程的学习有了更深层次的提升，也使我们学习变得更加便捷。这次由于抽到了软件的题目，课程自己学习也不好，所以刚拿到题目感觉无从下手，没有头绪。通过几天的学习及查阅资料有了进一步的理解，掌握了课题的核心内容，从而开始一步一步下手做设计。对于反馈放大电路这个题目，我先对于负反馈电路基本组态方式进行描述，探究了负反馈对于放大电路的影响，之后利用几种分析方法和仪器对放大电路深入分析，最后举一实例对于上述内容进行验证。在仿真中所运用原理公式虽仍有不够了解，但相比之前有了提升。通过这次课程设计也使我明白，只有付出才有收获。我也会在今后的学习当中更加投入，不要虚度大学四年时光。在此，也感谢老师们的辛苦付出。专业知识.整理分享