基于Multisim的电路仿真.docx

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基于Multisim的电路仿真

模拟电子技术实验

《信号放大器的设计》

班级：

姓名：

指导老师：

2013年12月10日至12日

1.实验目的

（1）掌握分立或集成运算放大器的工作原理及其应用。

（2）掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。

（4）通过实验培养学生的市场素质，工艺素质，自主学习的能力，分析问题解决问题的能力以及团队精神。

（5）通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法

2.实验任务和要求

2.1实验任务

1）已知条件：

信号放大电路由“输入电路”、“差分放大电路”、“两级负反馈放大电路”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。

图2-1信号放大器的系统框图

2）性能指标：

a）输入信号直接利用RC正弦波振荡电路产生。

b） 前置放大器：

输入信号：

Uid ≤ 10 mV              

        输入阻抗：

Ri ≥ 100 k。

c） 功率放大器：

最大不失真输出功率：

Pomax≥1W         

负载阻抗：

RL= 8； 电源电压：

+ 5 V，+ 12V，- 12V 

d） 输出功率连续可调 

       直流输出电压  ≤ 50 mV      

       静态电源电流  ≤ 100 mA

2.2实验要求

1）选取单元电路及元件

根据设计要求和已知条件，确定信号产生电路、前置放大电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的原件参数。

2）前置放大电路的组装与调试测量前置放大电路的差模电压增益AU、共模电压增益AUc、共模抑制比KCMR、带宽BW、输入电压Ri等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。

3）有源带通滤波器电路的组装与调试

测量有缘带通滤波器电路的差模电压增益AUd、带通BW，并与设计要求进行比较。

4）功率放大电路的组装与调试

功率放大电路的最大不失真输出功率Po,max、电源供给功率PDC、输出效率η、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。

5）整体电路的联调

6）应用Multisim软件对电路进行仿真分析。

2.3选用元器件

电容电阻若干、双踪示波器1个、信号发生器一个、交流毫伏表1个、数字万用表等仪器、晶体三极管2N39061个，2N2222A5个，2N22222个，2N39042个，1N30641个。

3、实验内容

1、总电路图 

（一） 实验总体电路图 

图3-1总体电路图

（二） 各部分电路图

1、信号产生电路

直接利用RC正弦波振荡器产生正弦波信号作为输入信号。

图3-2RC正弦波振荡电路图

图3-3RC正弦震荡产生的波形图

仿真数据：

F=1kHZ

T1

UB

（V）

UE

（V）

UC

（V）

IC

（MA）

UO

（V）

1.737

1.111

2.335

0.612

0.641

T2

UB

V）

UE

（V）

UC

（V）

IC

（MA）

1.364

0.785

4.198

1.554

实测数据：

F=0.947kHZ

T1

UB

（V）

UE

（V）

UC

（V）

IC

（MA）

UO

（V）

1.535

0.894

2.837

0.484

2.045

T2

UB

V）

UE

（V）

UC

（V）

IC

（MA）

1.356

0.692

5.205

1.02

（二）前置放大电路方案：

前置放大电路由两级负反馈放大器、差分放大电路组成。

在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，而共模的噪声高达几伏，所以放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要。

因此，前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的的小信号放大电路。

1、差动放大器：

差动放大器它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。

1.调节放大器零点

把开关S1和S2闭合，S3打在最左端，启动仿真，调节滑动变阻器的阻值，使得万用表的数据为0（尽量接近0，如果不好调节，可以减小滑动变阻器的Increment值），填表一：

仿真值：

Ui=4.243mvR串=430KUo=14.166mvAV=3.338

仿真值

S3在左端

Q1

Q2

R9

C（v）

B（v）

E（v）

C（v）

B（v）

E（v）

U（v）

6.966

-33.954

-0.632

0.000001

-0.064

-0.683

11.317

S3在第二

12

0.000002

-0.160

0.000002

0.000004

-0.176

0.00001

实测值：

：

Ui=10.45mvR串=430KUo=0.2326VAV=22.297

测量值

S3在左端

Q1

Q2

R9

C（v）

B（v）

E（v）

C（v）

B（v）

E（v）

U（v）

5.35

-0.076

-0.741

0.0004

-0.0473

-0.6988

11.229

S3在第二

6.614

-0.064

-0.713

0.0003

-0.0537

-0.7236

0.0001

2、带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器

1．调节信号发生器处（震荡产生的正弦波）的大小，使输出端10在开环情况下输出不失真。

2.启动直流工作点分析，记录数据，填入下表

仿真值：

三极管Q1

三极管Q2

Vb（v）

Vc（v）

Ve（v）

Vb（v）

Vc（v）

Ve（v）

2.907

7.092

2.263

3.818

4.452

3.189

有反馈

Ui

Uo

Av

4.243mv

710.191mv

167.379

无反馈

Ui

Uo

Av

4.243mv

1.437v

338.675

实测值：

三极管Q1

三极管Q2

Vb（v）

Vc（v）

Ve（v）

Vb（v）

Vc（v）

Ve（v）

2.619

8.006

1.944

1.944

9.945

3.7015

有反馈

Ui

Uo

Av

3.535mv

127.279mv

36

无反馈

Ui

Uo

Av

2.121mv

424.264mv

200.03

5.负反馈对失真的改善

1、在开环情况下适当加大Vi的大小，使其输出失真，记录波形

2、闭合开关S1，并记录波形

（三）功率放大器电路方案

功率放大器的主要作用是向负荷提供功率，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小。

这里我们采用OTL功率放大电路。

电路原理图如下：

1.静态工作点的调整

分别调整R4和R1滑动变阻器器，使得万用表XMM2和XMM3的数据分别为5---10mA和2.5V，然后测试各级静态工作点填入下表：

仿真值：

Ic1=Ic3=71.246mA，Ui=703.78mVUo=728.232mVAv=1.034

Q1

Q2

Q3

Ub（v）

0.708

1.891

3.366

Uc（v）

4.872

4.674

5

Ue（v）

0.0262

0

0

实测值：

Ic1=Ic3=107.14mA，Ui=0.3225VUo=0.3738VAv=1.16

Q1

Q2

Q3

Ub（v）

1.0200

0.0002

4.9690

Uc（v）

0.9608

1.0310

2.3310

Ue（v）

0.2668

1.7350

1.7370

2.最大不失真输出功率理想情况下，

，在实验中可通过测量RL两端的电压有效值，来求得实际的

。

仿真值：

POM=6.6%

实测值：

POM=1.7%

3.效率η

，

：

直流电源供给的平均功率。

理想情况下，

。

在实验中，可测量电源供给的平均电流

，从而求得

，负载上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以计算实际效率了。

仿真值:

1.8%

实测值：

η=0.32%

（四）综合测量方案

1、测量系统电路的输入输出电阻以及通频带

测量值：

输入电阻486KΩ

输出电阻5.67Ω

仿真值：

输入电阻687KΩ

输出电阻2.92Ω

测量值：

通频带219.4HZ~239KHZ

仿真值：

通频带112HZ~210KHZ

2、输入输出波形

该信号放大器的前置电路中包含差分放大电路、两级负反馈放大电路，这些电路可以组成理想运放，比较理想运放电路中信号同相输入与反相输入输出波形特点。

同相输入输出波形仿真图

同相输入输出波形实物图：

反相输入输出波形仿真图：

反相输入输出波形实物图：

（五）实物图

（六）仿真结果

1、输入信号为10mv、500mv、6v时的输入输出波形图

2、RC正弦波震荡产生的信号经过放大电路后最终输出波形图

3，仿真测量

4，通频带的测量仿真图

f=204khz时的输出波形

f=210khz时的输出波形

f=118hz时的输出波形

f=112hz时的输出波形

4实验结果分析

通过比较测量数据与仿真数据，发现实际测量的数据与仿真值误差较大，达到9.66%。

为减小误差，可以在RC正弦波震荡产生电路2N2222的输出端接入一个100K的滑动变阻器，通过调节滑动变阻器，使输出电压维持在2mv左右。

利用振荡器产生的信号直接作为输入信号时，仿真结果中有些输出波形失真，主要是因为震荡产生的波形不稳定造成，如果直接使用信号发生器输入信号，则无明显失真。

通过测量发现该信号放大电路的输入电阻很大而输出电阻很小，因此采用理想运放电路可以减小

综上，通过我们组的成员共同努力，本实验设计圆满完成，达到实验要求。

5设计总结

这次实验内容的自我学习和实验任务的自我实践设计，不但激发了我们自己学习和理解知识的热情，而且给我们树立起了自觉应用自身的知识理论转化能力的意识。

总结整个实际过程，我们学到了一些东西:

1、在整个实际过程中我们总结的方法是逐层调试的方法。

比如在这个设计过程中我们必须先确保RC正弦波震荡电路产生的波形不失真，然后将信号送入差分放大电路、负反馈放大电路以及功率放大电路逐层调试，确保每一级的不失真。

2、分别对各个模块的功能进行仿真处理，与期望进行对比分析，找出不符合的地方回到上一步进行参数的调整，使得仿真结果最终符合设计的要求。

3、从大体上对电路图进行进一步优化，使得结构更加清晰明了。

4、对整个过程遇到的问题进行反思考虑总结，以避免下次犯同样的错误。