模电课程设计功率放大器设计.docx

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模电课程设计功率放大器设计

模电课程设计-功率放大器设计

《电子技术Ⅱ课程设计》

报告

姓名

学号

院系自动控制与机械工程学院

班级核电一班

指导教师

2014年6月

一、设计的目的

该课程设计是在完成《电子技术2》的理论教学实践，掌握电子电路计算机辅助分析与设计的基本知识和基本方法，培养综合知识应用能力和实践能力，为今后从事本专业相关工程技术打下基础。

二、设计任务和要求

本次课程设计的任务是在教师的指导下，学习Multisim仿真软件的使用方法，分析和设计完成基础性的电路设计和仿真及综合性电路设计和仿真。

要求：

1、巩固和加深对《电子课程2》课程知识的理解；

2、会根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料；

3、掌握仿真软件Multisim的使用方法；

4、掌握简单模拟电路的设计、仿真方法；

5、按课程设计任务书的要求撰写课程设计报告，课程设计报告能正确反映设计和仿真结果。

三、课程设计内容

1.Multisim仿真软件的学习

Multisim7是一个优秀的电工技术仿真软件，既可以完成电路设计和版图绘制，也可以创建工作平台进行仿真实验。

Multisim7软件功能完善，操作界面友好，分析数据准确，易学易用，灵活简便，因此，在教学、科研和工程技术等领域得到广泛地应用。

四、基础性电路的Multisim仿真

1.题目一：

半导体器件的Multisim仿真

1.1课程设计任务

1.利用Multisim观察半导体二极管的单向导电性；

2.利用Multisim观察稳压管的稳压作用；

1.2电路模型的建立

1.2.1二极管仿真电路

在Multisim中构建二极管电路，如图一所以，图中VD是个虚拟二极管，输入端加上最大值Uimax=4V,频率为1kHz的正弦波电压，接入一个虚拟示波器XSC1，这是一台双踪示波器，有A、B两个通道，A端接二极管电路的输入端，B端接电路的输出端如图一所示。

图一二极管仿真电路电路图

电路仿真以后，可由示波器观察到输入、输出波形，如图二所示。

为了便于区别，用黑色线显示输入波形，用红色线显示输出波形。

由图可见，输入信号是一个双向的正弦波电压，而经过二极管以后，在输出端得到一个单方向的脉动电压，可见二极管具有单向导电性。

图二波形图

1.2.2稳压管仿真电路

在Multisim中构建稳压管电路如图三所示，图中XMM1、XMM2均为虚拟数字万用表，其中XMM1设定为直流电流表，XMM2设定为直流电压表。

分别改变直流输入电压U和负载阻值RL的大小，测试负载两端的电压和稳压管中电流如何变化。

图三稳压管仿真电路电路图

当直流输入电压U=6V，负载电阻RL=1kΩ时，电路仿真后，从虚拟仪表XMM2测得输出电压U0=3.991V，从XMM1测得稳压管电流I1=12.751mA。

（如图四）

图四用虚拟电压、电流表测量所得数据

将直流输入电压改为U=8V，RL不变，再次进行仿真后，可测的U0=4.008V，I1=29.262mA。

（如图五）

图五用虚拟电压、电流表测量所得数据

再将负载电阻改为RL=500Ω，而U=6V不变，可测得U0=3.984V，I1=8.836mA。

（如图六）

图六用虚拟电压、电流表测量所得数据

2.题目二：

单管放大电路的Multisim仿真

2.1课程设计任务

1.使用Multisim绘制单管放大电路。

2.测试电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

3.分析仿真结果。

2.2电路模型的建立

2.2.1单管共射放大电路仿真电路

在Multisim中构建单管共射放大电路如图七所示，电路中三极管β=50，Rbb’=300Ω。

图七单管共射放大电路仿真电路电路图

2.2.2静态分析

在仿真电路中接入三个虚拟数字万用表，分别设置为直流电流表或直流电压表，以便测得IBQ、ICQ和UCEQ，如图八所示。

电路仿真后，可测得IBQ=40.19礎=40.19uA，ICQ=2.007mA，UCEQ=5.979V。

图八用虚拟仪表测量Q点的电路和用虚拟电压、电流表测量所得数据

2.2.3观察输入输出波形

在图七中的单管共射放大电路仿真后，可从虚拟示波器观察到uI和uo的波形如图九所示。

图中黑色线显示uI的波形，红色线显示uo的波形。

从图上可以看出，uo的波形没有明显的非线性失真，而且uI和uo的波形相位相反。

图九uI和uo的波形

2.2.4测量电压放大倍数·Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

将图七中的虚拟数字万用变分别设置为交流电压表或交流电流表。

由虚拟仪表测的，当Ui=9.998mV时Uo=783.331mV，Ii=10.481礎=10.481uA，（如图十）则

图十用虚拟电压、电流表测量所得数据

为了测量输出电阻Ro，可讲图七电路中的负载阻值RL开路，此时从虚拟仪表测的U’0=1.567V（图十一），则

图十一用虚拟电压、电流表测量所得数据

2.3分析仿真结果

理论上，

通过比较发现，仿真出来的值与实际计算的值大约相等，只存在很小的一部分误差，可能是由于仿真设备上有一定的电阻值误差在里面。

3.题目三：

差分放大电路的Multisim仿真

3.1课程设计任务

1.使用Multisim绘制放着差分放大电路。

2.测试差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

3.2电路模型的建立

3.2.1长尾式差分放大电路仿真电路

在Multisim中构建一个接有调零电位器的长尾式差分放大电路如图十二所示，其中两个三极管的参数为β1=β2=50，rbb’1=rbb’2=300Ω，调零电位器RW的滑动端调在中点。

图十二长尾式差分放大电路仿真电路电路图

3.2.2静态工作点分析

利用Multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点。

分析如图十三：

图十三长尾式差分放大电路直流工作点分析图

可知UCQ1=UCQ2=5.89216V（对地）

UBQ1=UBQ2=-40.71884mV（对地）

则

加上正弦输入电压利用虚拟示波器可看到图十四的波形，uC1和uI反相，而uC2与uI相同。

图十四uI（蓝线）uC1（黑线）、uC2（红线）波形图

3.2.3差模电压放大倍速Ad、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

当Ui=10mV（即Ui1=5mV，Ui2=-5mV）时，由虚拟仪表（图十五）测的Uo=127.517mA，Ii=169.617nA，则

将负载电阻RL开路，测的U’o=510.044mV（图十六）

则

图十五用虚拟电压、电流表测量所得数据

图十六用虚拟电压测量所得数据

4.题目四：

两级反馈放大电路的Multisim仿真

4.1课程设计任务

1.将开关K断开，电路中暂不引用级间反馈

1.1.利用Multisim软件分析电路的直流工作点，测量无极间反馈的两级放大电路的静态工作点；

1.2.加上正弦输入电压，用虚拟示波器观察第一级、第二级输出波形，并测量两级放大电路中的电压放大倍数；

1.3.利用Multisim软件提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输入电阻；

1.4.将负载电阻断开，利用Multisim提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输出电阻；

2.将开关K闭合，电路引入级间反馈

2.1.加上同样的正弦输入电压，用虚拟示波器观察波形，并测量两级放大电路中的电压放大倍数；

2.2.利用Multisim软件提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输入电阻；

2.3.将负载电阻断开，利用Multisim提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输出电阻；

4.2电路模型的建立

4.2.1电压串联负反馈放大电路仿真电路

在Multisim中构建两级电压串联负反馈放大电路，如图十七所示，其中两个三极管均为β=100，rbb’=300Ω，Cb’c=4pF，Cb’e=41pF。

图十七电压串联负反馈放大电路仿真电路电路图

4.2.2将开关K断开，电路中暂不引入级间反馈。

4.2.2.1利用Multisim的直流工作点分析功能，测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点，分析结果如图十八。

图十八电压串联负反馈直流工作点分析图

可见，UBQ1=1.98414V,UEQ1=1.24924V,UCQ1=9.14568V,UBQ2=2.95917，UEQ2=2.19919V,UCQ2=7.64516V。

4.2.2.2加上正弦输入电压，利用虚拟示波器可观察到第一级输出电压波形与输入电压反相，而第二级输出电压波形与输入电压相同（如图十九）。

两个放大级的输出波形均无明显的非线性失真。

当Ui=4.999mV时，利用虚拟仪表可测的Uo=644.624mV（如图二十）。

可见，无级间反馈时，两级放大电路总的电压放大倍数为

图十九电压串联负反馈电路，开关K断开Uo（红线）和Ui（黑线）波形图

图二十用虚拟电压、电流表测量所得数据

4.2.2.3由虚拟仪表测的，当Ui=4.999mV时，Ii=3.149uA（如图二十一），则无级间反馈是放大电路的输入电阻为

图二十一用虚拟电压、电流表测量所得数据

4.2.2.4将负载电阻RL开路测的U’o=1.289V（图二十二），则放大电路无级间反馈时的输出电阻为

图二十二用虚拟电压表测量所得数据

4.2.3将开关K闭合，引入电压串联负反馈。

4.2.3.1加上正弦输入电压，由虚拟示波器看到，同样的输入电压之下，输出电压的幅度明显下降，但波形更好（图二十三）。

由虚拟仪表测得，Ui=4.999mA时，Uo=50.066mV（图二十四），则引入电压串联负反馈后，电压放大倍数为

说明引入负反馈后电压放大倍数减小了。

图二十三电压串联负反馈电路开关K闭合Uo（黑线）和Ui（红线）波形图

图二十四用虚拟电压、电流表测量所得数据

4.2.3.2由虚拟仪表测得，当Ui=4.999mV时，Ii=3.014uA（图二十四），则

可见引入电压串联负反馈后输入电阻提高了。

但与无级间反馈时的Ri相比，提高很少，这是由于图十七所示电路中总的输入电阻为

引入电压串联负反馈只能提高可反馈环路内的输入电阻R’if，而Rb11和Rb12不在反馈环路内，不受影响，因此总的输入电阻Rif提高不多。

4.2.3.3将负载电阻RL开路，测得U’o=51.793mV（图二十五），则

可见，引入电压串联负反馈后，输出电阻降低了。

图二十五用虚拟电压、电流表测量所得数据

5.题目五：

集成运算放大电路的Multisim仿真

5.1课程设计任务

1.构建Multisim仿真电路。

2.在输入端加上正弦波，用虚拟示波器观察输入输出波形。

5.2电路模型的建立

5.2.1积分电路仿真电路

在Multisim中构建基本积分电路如图二十六所示。

图二十六积分电路仿真电路图

在积分电路的输入端加上有效值为0.5V，频率为50Hz的正弦电压；由虚拟示波器可看到积分电路的输入、输出波形如图二十七所示。

图中黑色显示输入波形，红色显示输出波形。

由波形图可见，输出电压是一个余弦波，输出电压的相位比输入电压领先90°。

图二十七输入（黑线）输出（红线）波形

6.题目六：

波形发生电路的Multisim仿真

6.1课程设计任务

1.构建Multisim仿真电路。

2.矩形波发生电路Multisim仿真

3.虚拟示波器观察电路的输出波形和前一级滞回比较器的输出波形。

4.虚拟示波器测量三角波的幅度和振荡周期。

6.1.1.电路Multisim仿真

在Multisim中构建占空比可调的矩形波发生电路如图6.1-1所示

6.2.1三角波发生电路仿真电路

在Multisim中构建三角波发生电路如图二十八所示。

图二十八三角波发生电路仿真电路图

6.2.1.1由虚拟示波器可观察到电路的输出波形为三角波（红线），而前一级滞回比较器的输出波形为矩形波（黑线），如图二十八所示。

6.2.1.2从虚拟示波器上可测得，三角波的幅度为Uom=9.5V，振荡周期T=9ms。

图二十八波形图

五.合性能电路的设计和仿真

1.题目二：

功率放大器的设计

一.分析计算

OTL甲乙类互补对称电路

（1）计算公式

Ｉcm==

Pom=UcemＩcm==

当满足UCES<

Pom≈

（2）参数选择

Ui=200mV，Pom≥2W，RL=8Ω；R1，R2，R3；C1，C2；VT1，VT2；VD1，VD2；Vcc。

由：

Pom≥2W，

Uce1=VCC-∣UCE2∣≈VCC

Pom≈

得Vcc≥V。

二.仿真电路

在Multisim中构建OTL甲乙类互补对称电路如图7.1所示，其中VT1，VT2两管的，其他参数也基本对称。

OTL甲乙类互补对称电路图5.1

利用Multisim的直流工作点分析功能测定电路的静态工作点如下：

可知，静态时UBE1=（6.84851–6.00000）V=0.84851V，UBE2=（5.15148–6.00000）V=0.84852V，因此，当uＩ=0时，三极管VT1和VT2均已微微导电。

三.结果分析

（1）加上uＩ后，可观察到uＩ和u0的波形如图7.2所示。

uＩ和u0的波形图5.2

由输出波形可看出，OTL甲乙类互补对称电路基本上消除了交越失真。

（2）在输出波形没有明显失真的前提下，利用虚拟仪表测得当Ui=200mV时，最大输出电压的有效值为U0=173.56mV如图7.3所示。

则放大电路的最大输出功率为

Pom==mW=3.765mW

利用虚拟仪表测图5.3

六、总结

通过2周的《电子技术2》课程设计，使我对我们的专业知识有了更深刻的理解，懂得设计电路及Multisim软件的运用，开始学习使用Multisim时，我在老师的指导下熟悉Multisim软件，并利用Multisim观察半导体二极管的单相导电性，接下来的几天就进行单管共射放大电路的Multisim仿真、恒流源式差分放大电路Multisim仿真、两级反馈放大电路Multisim仿真、积分电路Multisim仿真、矩形波发生电路Multisim仿真、最后进行串联型直流稳压电源的设计。

加深了对集成电路，反馈等概念的理解，同时会应用这些知识.

在这两周的课程设计当中，我不仅学习了这些知识，对模拟电子技术产生了浓厚的兴趣，掌握了Multisim这个软件，提高了自己动手能力，同时自己学的了一种方法。

要对一门课程，一个知识，一项课题有很深的理解掌握，可以在掌握基础知识的前提下，通过实际的实验，虚拟仿真软件做实验，提高自己的动手能力，还有分析问题解决问题的能力，同时这也是自学能力的培养和提高。

同时提高我的自学能力，尤其是对大学生来说，然而课程设计给我提供了这个机会，学习一个软件并能够灵活应用就是对自己自学能力的培养，这次的确很大程度的提高了自己的自学能力，希望在以后的专业学习中，自己能够大胆的、主动的去学习一些知识，最好是自己能够亲身做一些东西出来，这样自己才有成就感，才能将自所学的知识应用的以后的实际工作去。

这次课程实际很有价值和意义。

七、参考文献

1杨素行模拟电子技术基础简明教程高等教育出版社2006。

2张秀娟陈新华主编们、EDA设计与仿真实践北京机械工业出版社2002。

3昆明学院《电子技术2》课程设计指导书。

4西安交通大学电子学教研室编,沈尚贤主编（电子技术导论）,北京.高等教育出版社,1985

5谢嘉奎主编:

[电子线路]（第四版）,北京高等教育出版社,1999

6北方交通大学,冯民昌主编:

[模拟集成电路系统]（第2版）北京中国铁道出版社1998

7汪惠].王志华编著:

[电子电路的计算机辅助分析与设计方法]北京.清华大学出版社1996

8吴运昌编著:

[模拟集成电路原理与应用],广州.华南理工大学出版社,1995

9A.J.PeytonV.Walsh:

AnalogueeletronicswithOpAmps:

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10JacobMillmanandArvinGrabel.Microelectronics.2nded.NewYork:

Mcgraw-HillbookCompany,1987