模电multisim仿真.docx
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模电multisim仿真
模拟电子技术基础课程设计说明书
题目：
Multisim仿真应用
学生姓名：
陈明
学号：
201212020201
院（系）：
理学院
专业：
应用物理学
指导教师：
李冠强
2014年6月10日
第0节背景1
第1节Multisim应用举例——二极管的特性的研究1
第2节Multisim应用举例——Rb变化对Q点和电压放大倍数的影响2
第3节Multisim应用举例——直接耦合多级放大电路的调试4
第4节Multisim应用举例——消除互补输出级交越失真方法的研究6
第5节Multisim应用举例——静态工作点稳定电路频率影响的研究8
第6节Multisim应用举例——交流负反馈对放大倍数稳定性的影响10
设计体会及今后改进意见12
参考文献12
第0节背景
Multisim是一个完整的设计工具系统，提供了一个非常大的元件数据库，并提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL设计接口与仿真功能、FPGA/CPLD综合、RF设计能力和后处理功能还可以进行从原理图到PCB布线工具包（如：
Ultiboard）的无缝隙数据传输。
随着计算机的飞速发展，以计算机辅助设计为基础的电子设计自动化技术（EDA）已经成为电子学领域的重要学科。
EDA工具使电子电路和电子系统的设计产生了革命性的变化，它摒弃了靠硬件调试来大道设计目标的繁琐过程，实现了硬件设计软件化。
Multisim具有齐全的元器件模型参数库和比较齐全的仪器仪表库，可模拟实验室内的操作进行各种实验。
学习Multisim可以提高仿真能力、综合能力和设计能力，还可进一步提高实践能力。
第1节Multisim应用举例——二极管的特性的研究
1.1题目
研究二极管对直流量和交流量表现的不同特点。
1.2仿真电路
仿真电路如图1-1所示。
因为只有在低频小信号下二极管才能等效成一个电阻所以图中交流信号的频率为1kHz、数值为10mV（有效值）。
由于交流信号很小，输出电压不失真故可以认为直流电压表（测平均值）的读书是电阻上直流电压值。
（a）（b）
图1-1二极管静态和动态电压的测试
（a）直流电源电压为1V时的情况（b）直流电源电压为4V时的情况
1.3仿真内容
（1）在直流电流不同时二极管管压降的变化。
利用直流电压表测电阻上的电压，从而得到二极管管压降。
（2）在直流电流不同时二极管交流等效电阻的变化。
利用示波器测的电阻上交流电压的峰值，从而得到二极管交流电压的峰值。
1.4仿真结果
仿真结果如表1-1所示，表中交流电压均为峰值
表1-1仿真数据
直流电源
V1/V
交流信号
V2/V
R直流电压表读数
UR
R交流电压
Ur/mV
二极管直流电压
UD/V
二极管交流电压
Ud/mV
1
10
353.847mV
9.322
0.65V
0.678
4
10
9.920mV
9.920
0.704V
0.080
1.5结论
（1）比较直流电流在1V和4V两种情况下二极管的直流管压降可知，二极管的直流电流越大管压降越大，直流管压降不是常量。
（2）比较直流电源在1V和4V两种情况下二极管的直流管的直流管压降可知，二极管的直流电流越大，其交流管压降越小，说明随着静态电流的增大，动态电阻将减小；两种情况下的交流压降均接近输入交流电压值，说明二极管动态电阻很小。
第2节Multisim应用举例——Rb变化对Q点和电压放大倍数的影响
2.1题目
研究Rb变化对Q点和的影响。
2.2仿真电路
仿真电路如图2-1所示。
晶体管采用FMMT5179，其余参数BF=133，RB=5Ω。
（a）
（b）
图2-1阻容耦合共射放大电路的测试
（a）电路和测试仪器的解法（b）输入信号增大后输出电压的波形
2.3仿真内容
（1）Rb=3MΩ和3.2MΩ时的UCEQ和Au.由于信号幅值很小，为1mv，输出电压不失真，故可以从外用表直流电压（为平均值）档读出静态管压降UCEQ。
左边万用表显示Rb=3MΩ时的UCEQ，右边万用表显示3.2MΩ时的UCEQ，从示波器可以读出输出电压的峰值。
（2）输入电压峰值逐渐增大到20mV，观察输出电压波形的变化情况。
2.4仿真结果
（1）Rb=3MΩ和3.2MΩ时的UCEQ和Au仿真结果如表2-1所示。
表2-1仿真数据
基极偏置电阻Rb/MΩ
直流电压表读数UCEQ/V
信号源峰值Uipp/mV
示波器显示峰值Uopp/mV
ICQ/mA
|Au|
3
8.435
1
146.862
0.86
147
3.2
8.785
1
139.949
0.83
140
（2）将信号源V1峰值逐渐增大到10mV时输出电压波形正、负半轴幅值有明显差别。
当V1峰值为20mV时，输出电压波形明显失真。
2.5结论
（1）Rb增大时，ICQ减小，UCEQ增大，|Au|减小。
在图2-1所示电路中，若rbb<<（1+β）UT/IEQ,则电压放大倍数
Au=-β.RL`/rbe（2-1）......。
rbe=rbb+（1+β）UT/IEQ（2-2）......。
得Au=-ICQRL`/UT
表明几乎与晶体管无关，而仅与电路中电阻值和温度有关，且与ICQ成正比.因此调节电阻Rb以改变ICQ，是改变阻容耦合共射放大电路电压放大倍数最有效的方法；而利用管子以增大的方法，对的影响是不明显的。
（2）根据分析，实际的最大不失真输出电压小于理论计算值。
产生这种误差的主要原因在于晶体管的输入、输出特性总是存在非线性，而理论分析是将晶体管特性做了线性化处理。
对于实际电路，失真后的波形并不是顶部成平顶或底部呈平底，而是圆滑的曲线。
测试放大电路时，可以通过输出电压波形正、负半轴幅值是否相等来判断电路是否产生失真。
第3节Multisim应用举例——直接耦合多级放大电路的调试
3.1题目
两级直接耦合放大电路的调试。
3.2仿真电路
图3-1中所示电路为两级直接耦合放大电路，第一级为双端输入单端输出差分放大电路，第二极为共射放大电路。
由于在分立元件中很难找到在任何温度下均具有完全相同特性的两只晶体管，因而就很难实现共模抑制比很高的差分放大电路。
在Multisim环境下可以做到两只晶体管基本相同。
（a）
（b）
图3-1两级直接耦合放大电路的测试
（a）静态工作点的调试和电压放大倍数的测试（b）共模放大倍数的测试
3.3仿真内容
（1）调整电路的静态工作点，使电路再输入电压为零时的输出电压为零。
用直流电压表测Q2、Q3集电极静态电位。
（2）测试电路的电压放大倍数，输入电压是峰值为2mV的正弦波，从示波器可以读出输出电压的峰值，由此可以得出电压的放大倍数。
（3）测试电路的共模抑制比。
加共模信号，从示波器可读出输出电压的峰值，得共模放大倍数，从而得共模抑制比。
3.4仿真结果
仿真结果如表3-1、3-2、3-3所示
3-1静态工作点的测试
Rc2/kΩ
10
9.8
9.7
9.6
9.5
9.4
9.3
9.32
UcQ2/v
10.854
10.882
10.880
10.907
10.911
10.927
10.936
10.936
UcQ3/mv
1198.62
865.32
665.32
521.36
325.65
146.25
-35.14
2.886
3-2电压放大倍数的测试
输入差模信号/mv
第一级输出电压峰值/mv
第一级差模放大倍数
第二级输出电压峰值/mv
第二级电压放大倍数
整个电路的电压放大倍数
2
35.546
18
-654.256
-23.365
-345.256
3-3共模放大倍数的测试
输入共模信号电压峰值/mv
第一级输出电压峰值/pV
第二级输出电压峰值/pV
第一级共模放大倍数
整个电路的共模放大倍数
共模抑制比
100
8.523
168.254
-9×
1.68×
2.22×
3.5结论
（1）由于直接耦合多级放大电路各级之间的静态工作点相互影响，一般情况下，应通过EDA软件调试各级的静态工作点，基本合适后再搭建电路，进行实际测试。
（2）当输入级为差分放大电路时，电路的电压放大倍数是指差模放大倍数。
（3）具有理想对称性的差分放大电路抑制共模信号很强，因此以他作为直接耦合多级放大电路的输入级可提高整个电路的共模抑制比。
第4节Multisim应用举例——消除互补输出级交越失真方法的研究
4.1题目
互补输出级交越失真消除方法的研究
4.2仿真电路
基本互补电路和消除交越失真互补输出级如图3-所示。
晶体管采用NPN型晶体管2N3904和PNP型晶体管2N3906，二级管采用1N4009。
在实际试验中，几乎不可能得到具有较为理想对称性的NPN型和PNP型管，但是在Multisim中却可以做到。
因此，我们可以看到只受晶体管输入特性影响（不受其他因素影响）所产生的失真和消除这种失真的方法。
（a）
（b）
图4-1互补输出级的测试
（a）静态测试（b）动态测试
4.3仿真内容
（1）利用直流电压表测量两个电路中晶体管基级和发射极电位，得到静态工作点。
（2）用示波器分别观察两个电路输入信号波形和输出信号波形，并测试输出电压幅值。
4.4仿真结果
仿真结果如表4-1、4-2所示
4-1基本互补电路的测试数据
直流电压表1的读数UB1/mV
直流电压表2的读数UE1/mV
输入信号V1峰值/V
输入信号峰值/V
0
-9.242
2
1.352
4-2消除交越失真的互补输出级的测试数据
直流电压表3的读数UB3/mV
直流电压表4的读数UB4/mV
直流电压表5的读数UE3/mV
输入信号V2的峰值/V
Q3点基极动态点位/V
Q4点基极动态点位/V
输出信号峰值/V
775.236
-775.256
16.256
2
1.563
1.563
2.365
4.5结论
（1）静态时晶体管基极和发射极的直流电压均为0，静态功耗小。
（2）由于输入电压小于b-e间的开启电压时两只晶体管均截至，输出信号波形明显产生了交越失真，且输出电压峰值小于输入电压峰值。
（3）输出电压峰值与输入电压峰值相差无几，且输出信号波形没有产生失真，说明合理的设置了静态工作点时消除交越失真的基本方法，且使电路的跟随特性更好。
第5节Multisim应用举例——静态工作点稳定电路频率影响的研究
5.1题目
研究旁路电容和静态工作点分别对Q点稳定电路频率响应的影响。
5.2仿真电路
图5—1旁路电容Ce变化时静态工作点稳定电路频率响应的测试
图5-2耦合电容C1变化时静态工作点稳定电路频率响应的测试
5.3仿真结果
仿真结果如表5-1所示
表5-1电路参数变化时对频率响应的影响
耦合电容
/
F
耦合电容
/
F
旁路电容
/
F
射极电阻
/kΩ
中频电压增益/dB
下限频率
上限频率
10
10
10
1
33.499
1540
228.757
10
10
100
1
33.499
173.094
100
10
10
1
33.499
1540
10
10
10
1.2
32.299
245.824
5.4结论
（1）实验表明，耦合电容C1从10微F变为100微F时下线截止频率基本不变，而旁路电容Ce从10微F变为100微F时下线截止频率明显减小。
这一方面说明由于Ce所在回路的等效电阻最小，想改善该电路的低频特性应当增大Ce；另一方面说明在分析电路的下限频率时，如果有一个电容所在回路的时间常数远小于其他电容所在回路的时间常数，那么该电容所确定的下限频率就是整个电路的下限频率，而没有必要计算其他电容所确定的下限频率，因而计算前的分析是很重要的。
（2）在静态工作点稳定电路中，当射极电阻Re从1kΩ变为1.2kΩ时，放大管的静态集电极电流减小，使跨导gm减小，从而使|K|=gmRl减小，导致Ce减小，上线频率fH增大。
上述现象一方面进一步说明增益与带宽的矛盾关系，另一方面说明发射结等效电容与Q点有关，即Q点的设置将影响上线频率。
第6节Multisim应用举例——交流负反馈对放大倍数稳定性的影响
6.1题目
负反馈对电压串联负反馈放大电路电压放大倍数稳定性的影响
6.2仿真电路
仿真如图6-1所示。
采用虚拟集成运放，运放U1、U2分别引入了局部电压并联反馈，其闭环电压放大倍数分别为Auf1≈－Rf1/R1，Auf2≈－Rf2/R2，可以认为该负反馈放大电路中基本放大电路的放大倍数
A≈Auf1Auf2（6-1）......。
整个电路引入了级间电压串联负反馈，闭环电压放大倍数
Auf≈Auf1Auf2/（1+Auf1Auf2F）（6-2）......。
F≈R/（R+Rf）（6-3）......。
图6-1虚拟集成运放电路
6.3仿真内容
分别测量Rf2=100KΩ和10KΩ时的Auf。
从示波器可读出输出电压的幅值，得到电压放大倍数的变化。
6.4仿真结果
仿真结果如表（6-1）所示
表6-1仿真结果数据
信号源峰值
/10mv
反馈电阻
2/KΩ
运放U2输出电压峰值
闭环电压放大倍数
电压放大倍数
电压放大倍数
开环电压放大倍数
10mv
100
965.32
96
-100
-100
10000
10mv
10
924.36
92
-100
-10
1000
6.5结论
（1）根据表6-1可知Rf2从100k欧姆变为10k欧姆时，开环电压放大倍数从10000变为1000，闭环电压放大倍数变化量ΔA/A=（1000-10000）/10000=-0.9，闭环电压放大倍数变化量为ΔAuf/Auf=（92-96）/96=-0.082,|ΔAuf/Auf|<<|ΔA/A|。
由此说明负反馈提高了放大倍数的稳定性。
（2）当开环电压放大倍数A由10000变为1000时，闭环电压放大倍数Auf分别为99和90.9，与仿真结果相似。
（3）当开环电压放大倍数从10000变为1000时闭环电压放大倍数变化量的计算结果为ΔAuf/Auf=[1000/（1+1000F）－10000/（1+10000F）]/[10000/（1+10000F）]≈－0.082，与仿真结果近似。
设计体会及今后改进意见
Multisim具有齐全的元器件模型参数库和比较齐全的仪器仪表库，可模拟实验室内的操作进行各种实验。
学习Multisim可以提高仿真能力、综合能力和设计能力，还可进一步提高实践能力，但自己的电路分析能力还有待提高，应多做Multisim仿真，从而加深对课本知识的理解。
参考文献
[1]童诗白华成英著作模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社
（注：
可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!
）
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