共源极放大电路及二极管仿真模电课设.docx

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共源极放大电路及二极管仿真模电课设

1课程设计的目的与作用

（1）了解并掌握Multisim软件，并能熟练的使用其进行仿真。

（2）加深理解电路的组成及性能。

（3）进一步学习放大电路基本参数的测试方法。

（4）通过自己动手亲自设计和用Multisim软件来仿真电路，不仅能使我们对书上说涉及到得程序软件有着更进一步的了解和掌握，而且通过用计算机仿真，避免了实际动手操作时机器带来的误差，使我们对上课所学到的知识也有跟深刻的了解。

2设计任务、及所用multisim软件环境介绍

2.1设计任务

（1）设计一个共源极放大电路，由自己独立完成。

在实验中通过自己动手调试电路，能够真正掌握实验原理，明白调试与性能指标的测试方法。

（2）设计一个二极管仿真电路，由自己独立完成。

在实验中通过自己动手调试电路，能够真正掌握实验原理，并能调节产生正确的输出波形。

（3）正确理解所设计电路中各元件参数对输出波形的影响。

（4）正确处理理论数据和仿真数据，在比较中加深理解。

2.2Multisim软件环境介绍

Multisim是加拿大IIT公司（InterrativeImageTechnologiesLtd）推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式的界面，比较直观、操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的引用。

针对不同的用户，提供了多种版本，例如学生版、教育版、个人版、专业版和超级专业版。

其中教育版适合高校的教学用。

Multisim7主界面。

启动Multisim，就会看到其主界面，主要是由菜单栏、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪器工具栏使用中元件列表、仿真开关、状态栏以及电路图编辑窗口等组成。

如图1：

Multisim软件界面图所示。

Multisim7提供了丰富的元器件。

这些元器件按照不同的类型和种类分别存放在若干个分类库中。

这些元件包括现实元件和虚拟元件。

所谓的现实元件给出了具体的型号，它们的模型数据根据该型号元件参数的典型值确定。

而所谓的虚拟元件没有型号，它的模型参数是根据这种元件各种元件各种型号参数的典型值，而不是某一种特定型号的参数典型值确定。

另外，Multisim7元件库中还提供一种3D虚拟元件，这种元件以三维的方式显示，比较形象、直观.。

Multisim7容许用户根据自己的需要创建新的元器件，存放在用户元器件库中。

如图2：

Multisim软件应用窗口图所示。

图1：

Multisim软件界面图

Multisim7提供了品种繁多、方便实用的虚拟仪器。

比如数字万用表、信号发生器、示波器等17种虚拟仪器。

点击主界面中仪表栏的相应的按钮即可方便地取用所需的虚拟仪器如图3：

Multisim软件应用窗口图所示。

图2：

Multisim软件应用窗口图

图3：

Multisim软件应用窗口图

Multisim7提供了各种不同功能的分析工具。

点击分析按钮，即可拉出分析菜单，其中列出了Multisim7的各种分析工具，例如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析等。

3电路模型的建立

3.1共源极放大电路

图4：

共源极放大电路图

3.2二极管仿真电路

二极管仿真电路是常见的电路。

在日常生活中也有不少的运用，如各种电子设备电路中尤为常见。

接下来，先进二极管仿真电路的建立。

如图5：

二极管仿真电路图所示。

图5：

二极管仿真电路图

4理论分析及计算

4.1共源极放大电路

4.1.1共源极放大电路工作原理分析

由N沟道增强型MOS场效应管组成的分压-自偏压共源极放大电路如图4：

共源极放大电路图所示。

输入电压Ui加在场效应管Q1的栅极G和源极S之间，输出电压U。

从漏极D和源极S之间得到。

因为输入、输出回路的公共端为场效应管的源极S，所以称其为共源级放大电路。

静态时，为了使场效应管Q1能够正常工作，必须在栅-源极之间加上大小适当的偏压，通常利用静态漏极电流IDQ在源极电阻RS上产生的压降来获得静态偏置电压UGSQ=-IDQ*RS，称其为自给栅偏压放大电路，简称自偏压放大电路。

同时栅极电压也能由VDD经过电阻R1，R2分压后提供，即场效应管的静态偏置电压UGSQ由分压和自偏压共同决定，UGSQ=VGQ-VSQ，因此称其为分压-自偏压共源放大电路。

尤其对于增强型MOS场效应管，由于不能形成自偏压，所以通常采用分压-自偏压共源放大电路形式。

图中栅极电阻RG用于提高电路的输入电阻Ri，源极电阻RS既能利用IDQ在其上的压降为栅极提供偏压UGSQ，也有利于稳定静态工作点，旁路电容C3起到消除RS对交流信号的衰减。

当UGS大于场效应管的开启电压UT，并且漏源极电压UDS>VGS-UT时，N沟道增强型MOS场效应管工作在恒流区，实现放大作用。

4.1.2静态分析估算

图4：

共源极放大电路图中所选用的N沟道增强型MOS场效应管Q1的性能参数如下：

跨导gm=1.38ms，开启电压Ugs=2V,根据共源极放大电路图可列下2个方程：

（1）：

Ugsq=（R1/R1+R2）*Vdd-Idq*Rs=（200/200+300）*15-Idq*2.5

（2）：

Idq=Ido=（Ugsq/Ugs（th）-1）=1.13mA

解得Ugsq=2.575V

Idq=1.37mA

Udsq=Vdd-Idq（Rd+Rs）=4.725V

4.1.3动态分析估算

R'd=Rd//RL=2.5kΩ

gm=1.38ms

Ui=Ugs=9.998mV

Uo=-Id*R'd=-gm*Ugs*R'd*=-1.38*9.998*2500）=-34.5mV

电压放大倍数为Au=Uo/Ui=-3.45

输入，输出电阻分别为Ri=Rg+（R1//R2）=10001.2KΩ

Ro=Rd=5KΩ

4.2二极管仿真电路

4.2.1二极管仿真电路分析

图5：

二极管仿真电路图中VD是虚拟二极管，输入端加入最大值Vi=4V，频率为1kHz的正弦交流电压，接入一台虚拟示波器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5：

二极管仿真电路图，若二极管具有单向导通行，理论上在输出端将会得到一个单方向的脉动电压。

5仿真结果分析

5.1共源极放大电路

5.1.1共源极放大电路输入输出波形结果分析

加上正弦输入电压，在虚拟示波器上上可观察到Ui和Uo的波形如图6：

共源极放大电路输入输出波形图输入输出波形图所示，幅值较小的曲线为输入电压波形，幅值较大的曲线为输出电压波形，可看到Uo与Ui反向

图6：

共源极放大电路输入输出波形图

5.1.2静态分析:

图7：

共源极放大电路直流工作点分析图

根据图7：

共源极放大电路直流工作点分析图共源极放大电路直流工作点分析图所示可得到：

Ugsq=Ugq-Usq=（5.99988-2.50067）V=3.49927V

Udsq=Udq-Usq=（9.99865-2.50067）V=7.49798V

Idq=（Vdd-Udq）/Rd=（15-9.99865）/5=1.00027mA

可见，静态分析仿真的分析结果与理论计算数值非常接近

5.1.3动态分析

图8：

共源级放大电路电压示数图

由图8：

共源级放大电路电压示数图可看到

输入电压Ui=9.998mV,输出电压Uo=33.353mV，

则Au=Uo/Ui=-3.33

当负载电阻RL开路时，可测的U'o=66.705V

则Ro=（U'o/Uo-1）RL=（66.705/33.353-1）*5KΩ=4.499985KΩ

与理分析相符。

5.1.4输出电压频幅分析

图9：

共源极放大电路交流输出信号幅度，相位图

由图9：

共源极放大电路交流输出信号幅度，相位图可看出：

输出信号在频率6.4Hz时幅度达到最大约是3.3mV，此时相位为-80度开始变化。

5.2二极管仿真电路

5.2.1二极管仿真电路输入输出波形结果分析

运行二极管仿真电路，由此可以得到如图10：

二极管仿真电路输入与输出电压波形图

（幅值偏大的曲线为输入波形，幅值偏小的为输出波形）所示，可看出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，与理论分析相符。

图10：

二极管仿真电路波形图

6设计总结与体会

在进行仿真后，对共源极放大电路有了进一步的理解，通过从理论和实验仿真两个方面对N沟道增强型MOS场效应管组成的分压-自偏压共源放大电路进行分析和论证，证明了理论分析的正确性及实验仿真的可靠性。

针对不同性能参数的元件，通过运用Multisim软件中庞大的元器件库和虚拟仪器仪表以及各种完善的分析方法，用仿真数据及曲线直观地描述分压-自偏压共源放大电路的静态、动态特性，总结出研究N沟道增强型MOS场效应管组成的分压-自偏压共源放大电路的方法，其形象、直观的图表对电路理论的正确理解具有一定的促进作用；而二极管就是利用一个PN结加上外壳，引出两个电极而制成的，他的主要特点是具有单向导电性，在电路中可以起整流和检波等作用。

这些仿真分析是我对书上总结出的规律和公式有了更深层次的掌握。

通过自己动手操作Multisim软件，使我对此软件有了透彻的了解，能够熟练的操作和使用此软件进行仿真，画电路图等功能。

在实验过程中，避免了操作上的失误，导致实验仪器的损坏。

并且通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

并且对书本上的知识有了更直观的理解。

7参考文献

[1]吴翔，苏建峰《Multisim10&Ultiboard原理图仿真与PCB设计》电子工业出版社2008年1月

[2]程勇编著人民邮电出版社2010年4月第一版《EDA技术使用丛书——实例解说Multisim10电路仿真》

[3]杨志忠主编机械工业出版社2008年7月第一版《电子技术课程设计》

[4]黄培根奚慧平主编浙江大学出版社2005年2月第一版《Multisim7&电子技术实验》

[5]杨素行主编高等教育出版社《模拟电子技术基础简明教程第三版》