multisim对于负反馈放大发电路仿真.docx

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multisim对于负反馈放大发电路仿真

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：

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。

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。

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。

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。

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

图2开环有负载

图3闭环无负载

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：

RL

Vi

Vo

Au/Auf

开环（J1断开）

RL=无穷大（J2断开）

2.99mV

491mV

164.1

RL=2k（J2闭合）

2.99mV

255mV

85.2

闭环（J1闭合）

RL=无穷大（J2断开）

2.99mV

55mV

18.3

RL=2k（J2闭合）

2.99mV

50mV

16.7

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

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）

20mV

15.2mV

Ri=Vi*Rs/（Vs-Vi）=16.6kΩ

闭环（J1闭合）

20mV

15.8mV

Rif=Vi*Rs/（Vs-Vi）=19.2kΩ

2）输出电阻Ro

图7开环有负载测VL

图8开环无负载测Vo

图9闭环有负载测VL

图10闭环无负载测Vo

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）

1.23V

2.36V

R0=（V0-VL）*RL/VL=4.68kΩ

闭环（J1闭合）

265mV

292mV

Rof=（V0-VL）*RL/VL=0.51kΩ

3.3提高放大倍数的稳定性

RL

Vi

Vo

Au/Auf

开环（J1断开）

RL=无穷大（J2断开）

2.99mV

491mV

164.1

RL=2k（J2闭合）

2.99mV

255mV

85.2

闭环（J1闭合）

RL=无穷大（J2断开）

2.99mV

55mV

18.3

RL=2k（J2闭合）

2.99mV

50mV

16.7

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。

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。

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。

图11开环

图12闭环

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

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

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=

=2.41mA

IB1=

=12.05uA

UCE1=Ucc-（Rc1+Re11+Re12）*Ic1=4.05V

Ic2=

=2.15mA

IB2=

=1.07uA

UCE2=Ucc-Ic2（Rc2+Re2）=5.55v

开环电压放大倍数的理论计算

rbe1=rbb’+β

=2.35KΩ

rbe2=rbb’+β

=2.61KΩ

RL1=Rc1∥Rb21∥Rb22∥rbe2=1.06KΩ

RL=Rc2∥RL=1KΩ

Av1=

=3.38

Av2=

=76.63

Av=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=

=0.029

1+AvFu=8.544

Avf=

=30.31

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

输入信号在Y轴的显示刻度。

仿真结果见图。

（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。

由仿真数据通过计算可得

Ri=

≈

*1K≈16.5KΩ

Ro=（

≈（

-1）*2K≈1.96KΩ

Avo=

≈

≈429.8

AvL=

≈

≈219.3

ΔA/A=（Avo-AvL）/Avo=（429.8-219.3）/429.3≈0.49

BW=fH-fL≈（146.572-895.4*

）≈145.68KHZ

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。

由仿真数据通过计算可得

Ri=

≈

*1K≈22.765KΩ

Ro=（

≈（

-1）*2K≈0.136KΩ

Avo=

≈

≈31.65

AvL=

≈

≈29.63

ΔA/A=（Avo-AvL）/Avo=（31.65-29.63）/31.65≈0.064

BW=fH-fL≈（3.7005-26.3429*

）≈3.7005MHZ

6.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。

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。