模电课设.docx

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模电课设

模拟电子技术课程设计说明书

题目：

Multisim的使用及共射放大器的仿真

学生姓名：

孙博艺

学号：

200812020121

院（系）：

理学院

专业：

应用物理

指导教师：

李冠强

大区12020121_____________________________________________________________________________________________________________________2010年7月3日

目录

一．前言………………………………………………………3

二．选题……………………………………………………3

（一）：

Multisim的使用及共射放大器的仿真…………3

1.实验目的：

…………………………………………………………3

2.实验步骤：

…………………………………………………………3

3.实验报告……………………………………………………………6

（二）：

射极跟随器的仿真…………………………………7

1.实验目的：

…………………………………………………………7

2.实验步骤：

…………………………………………………………7

3.实验报告……………………………………………………………9

（三）：

差动放大器的仿真………………………………10

1.实验目的：

………………………………………………………10

2.实验步骤：

………………………………………………………11

3.实验报告…………………………………………………………15

（四）：

放大器静态工作点对动态范围的影响…………18

1.实验目的：

………………………………………………………18

2.实验步骤：

………………………………………………………18

3.实验报告…………………………………………………………20

4.思考题………………………………………………………………………20

（五）：

晶体管放大电路通频带扩展…………………20

1.实验目的：

………………………………………………………20

2.实验步骤：

………………………………………………………19

3.实验报告…………………………………………………………22

4、思考题……………………………………………………………22

（六）：

负反馈放大电路的仿真……………………………23

1.实验目的：

………………………………………………………23

2.实验步骤：

………………………………………………………23

3．分析比较…………………………………………………………25

参考文献……………………………………………………………26

一．前言

本指导书是根据陕西科技大学应用物理专业本科课程“模拟电子技术基础”的要求，配合该课程理论课的教学，供本科生课程设计实践时使用。

模拟电路EDA（电子设计辅助软件）实验是应用物理专业学生EDA实验技能训练的开端，是对理论课程学习的重要辅助手段，是理论与实际联系的必然途径。

通过模拟电路EDA实验，使学生掌握常用EDA软件的操作方法，掌握常用仪器仪表的使用方法，了解电路的基本原理。

通过实验使学生对模拟电路从结构到功能有感性认识，再通过从简单到复杂的模拟系统实现使学生基本掌握从理论到电路实现的方法，从而提高学生的综合学习能力，达到理论与实践的结合。

对学生的具体要求：

1、能正确使用常用虚拟仪器，并能以最小的误差进行定量测量；

2、能够自行完成预习，进行实验和写出标准的实验报告；

3、能够自行设计和实现基本的模拟电路系统实验并进行分析。

二．选题

选题一：

Multisim的使用及共射放大器的仿真

1.实验目的：

（1）进一步了解Multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好基础。

（2）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输出波形的影响。

（3）加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。

（4）观察失真现象，了解其产生的原因。

图1

2.实验步骤：

（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。

Ub=2.953v,Uc=9.100v,Ue=2.335V;Ibq=6.417uA;

Ibe=Ube/Rb=13.252mA;Ice=131.763mA;Uce=6.766V

故三极管工作在放大区。

（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。

R=2.952V/6.412uA=460kohm

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。

R=3400ohm;

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）请分别在30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点利用示波器测出输入和输出的关系，并仔细观察放大倍数和相位差。

30Hz输入与输出图形：

1KHz输入与输出图形：

100KHz输入与输出图形：

4MHz输入与输出图形：

100MHz输入与输出图形：

在上述实验步骤中，建议使用普通的2N2222A三极管，并请注意信号源幅度和频率的选取，否则将得不到正确的结果！

3.实验报告：

（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。

Ub>Ue;Uc>Ue，所以证明管子工作在放大区。

（2）详细说明测量输入电阻的方法（操作步骤），并给出其值

分别用万用表测得输入电压和输入电流根据输入电阻的定义R=U/I可得输入电阻为R=2.952V/6.412uA=460kohm；

（3）详细说明测量输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

分别用万用表测得输出电压和输出电流根据输出电阻的定义R=U/I可得输出电阻：

R=3400ohm；

（4）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画出幅频、相频特性曲线。

用交流分析来实现幅频特性的分析选择ACanalysis然后找到器件便可。

选择幅频特性表直接选择输入信号和输出信号便可看出幅频特性曲线。

（5）根据得到的幅频特性曲线，利用作图器的标尺功能，指出该电路的fL和fH（3dB）。

Fl=26.915Hz;fH=97.724MHz

（6）将得到的30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点的输入和输出关系和刚才得到的幅频、相频特性曲线对比，你有何看法？

答：

放大倍数随着输入信号频率的升高而呈现非线性变化，以及伴随著下降。

*（7）试改变原电路中某些电阻的阻值，以达到改变静态工作点的目的。

并分别使电路产生截止失真和饱和失真，给出这时的电路原理图及其元件值。

试利用直流工作点分析来说明产生这种现象的原因。

（8）请分析并总结仿真结论与体会。

用计算机辅助实验不仅简单易行而且可以根据各种功能来测量不同的数值。

对于静态工作点的分析更是简单快捷。

（二）：

射极跟随器的仿真

1.实验目的：

（1）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图2所示的射随器电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输入输出特性的影响。

（2）学习设计电流源负载射随器，并研究其性能。

（3）观察失真现象，了解其产生的原因。

（4）了解运算发大器电压跟随器的特性。

图2

2.实验步骤：

（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。

如图所示，断开信号源，测Ib,Ic,Ube,Uce.

Ib=0.01mAIc=1.649mAUbe=0.633VUce=7.400V

（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。

0.233uA0.071V

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）设计一电流源以提供电路的静态工作点，要求工作点与图一电路相同，并重复步骤

（1）-（5）。

（7）设计一使用运放搭建的电压跟随器，输出加一定负载，观察其瞬态响应。

3.实验报告：

1）、实验原理图及简述电路功能和工作原理。

电路为共集放大电路，交流信号Ui输入时产生动态基极电流Ib，驮栽在静态电流Ib上，通过晶体管得到放大的发射基电流Ie继而在Re上产生的电压为输出电压。

2）、实验步骤和实验数据记录。

（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态，该电路是何组态？

Ib=0.01mAIc=1.649mAUbe=0.633VUce=7.400V

（2）详细说明测量输入电阻的方法.并给出其值。

输入电阻为304.7K

（3）详细说明测量输出电阻的方法，并给出其值。

输出电阻为1735Ω

（4）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法，并分别画出幅频、相频特性曲线。

（5）对于电流源负载射随器，重复

（1）-（4）

3）、回答相关问题

（1）总结图一电路与电流源负载射随器电路的异同，比较输入输出电阻值

和幅频特性曲线，说明原因：

输入输出电阻都减小，因为是阻容耦合当频率升高的时候容抗减小。

（2）改变图一所示电路以及运算放大电路电压跟随器的负载电阻值（从几欧姆到几兆欧挑选若干值），观察输出电压的变化，分析原因。

先慢慢增大由十几毫安增加到七十多毫安，在之后就不太变化。

这说明输出电压与负载有关，但只是在一定的范围之内。

（3）、总结仿真结论与体会。

仿真过程几乎和实际实验一模一样，但又优于实际实验，仿真不仅可以锻炼学生的动手能力而且学习了一份新的技能，仿真过程更安全，更方便。

选题三：

差动放大器的仿真

1.实验目的：

（1）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图3所示的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。

（2）加深对差分放大电路工作原理的理解。

（3）通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。

2.实验步骤：

（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断电路的工作状态。

Uc=11.894V;Ub=0V;Ue=-546.399Mv;Rb=1kom；

由：

Ube=0.546V;Uce=11.348V可知电路处于放大状态。

（2）请利用软件提供的电流表测出电流源提供给差放的静态工作电流。

I=15.895nA;

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入、输出电阻。

输入电阻=539.975mV/532.364nA=1.006e+6om

输出电阻=（11.46-0.536）V/145.3uA=78.7kohm;

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的单端出差模放大倍数。

（5）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

图3

（7）请利用温度扫描功能给出工作温度从0℃变化到100℃时，输出波形的变化。

*（8）根据前面得到的静态工作点，请设计一单管共射电路（图4给出了一种可行的电路图，可以作为参考），使其工作点和图3电路的静态工作点一样。

利用温度扫描功能，给出单管共射电路工作温度从0℃变化到100℃时，输出波形的变化。

图4

（9）请对图5的电路进行仿真，并测出差模电压放大倍数（输出为R5的电压）。

图5

3.实验报告：

（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。

Uce=-1.197mv;Ube=0.565.151V；工作在深度饱和状态。

（2）请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时，电流表在电路中的接法，并说明电流表的各项参数设置。

测量直流电流输出，reistance=1.0e-009oh

（3）详细说明测量输入、输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

根据输入电阻的定义R=Ui/Ii=539.5mV/532.364nA=1.006e+6om，只要测出电压和电流的关系就可得出输入电阻。

同理也可测得输出电阻R=（11.46-0.536）V/1.43mA=7.533Kohm;

（4）详细说明测量差模放大倍数的方法（操作步骤），并给出测量值。

A=0.19;

（5）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画出幅频、相频特性曲线。

1、直接用幅频特性表测得：

2、利用交流分析测得：

*（6）对比实验步骤（7）和（8）的结果，你有何结论？

（7）对比实验步骤（4）和（9）的结果，你有何结论？

（8）请分析并总结仿真结论与体会。

计算机仿真不仅简单易行而且有多种分析方法，便于调节和选择器件，可以进一步处理数据，尤其是对于静态分析和和幅频特性分析跟有很好的方法，能很好利用资源而且无安全事故。

（四）：

放大器静态工作点对动态范围的影响

1、实验目的

    1．学习创建、编辑EWB电路的方法。

    2．练习虚拟模拟仪器的使用。

    3．通过观察和测试不同静态工作点下动态范围的不同，了解静态工作点的设置对晶体管放大电路动态范围的影响。

2、实验内容

    1．创建如图6所示的仿真实验电路。

实验电路中晶体管的参数选用默认值，电位器阻值变化一次的幅度设置为5﹪。

 2．调节Rp使它等于3KΩ，运行电路，测出Ic，用示波器观察输出电压波形，并测量输出电压动态范围。

  3.调节Rp使它分别等于1.5KΩ、15KΩ、30KΩ，测出相应的Ic值和输出电压动态范围。

1.5KΩ

5.737mA

0.173V

15KΩ

2.765mA

0.145V

30KΩ

1.631mA

0.104V

图6放大器静态工作点对动态范围的影响实验电路

3、实验报告:

    1．自拟表格，整理实验数据。

1.5KΩ

5.737mA

0.173V

15KΩ

2.765mA

0.145V

30KΩ

1.631mA

0.104V

 2．分析总结放大器静态工作点对动态范围的影响。

 只有合适的静态工作点，输出的波形才会稳定不失真

  3．回答思考题。

4、思考题：

    1．输出波形失真的原因有哪些？

怎样克服？

  输出波形失真的原因主要有放大器没有处在放大区，可能在饱和区或截止区，调整合适静态工作点

，让发射极正偏，集电极反偏

  2．如果Rb2短路，放大器会出现什么故障？

如果Rb2短路，放大器会截止

（五）：

晶体管放大电路通频带扩展1、实验目的

    1．通过观察和测量电压串联负反馈放大电路的频率特性，了解负反馈电路能够扩展通频带的特性。

    2．练习EWB的交流分析和参数扫描分析功能。

2、实验内容

    1．创建如图7所示的仿真实验电路。

实验电路中的晶体管参数选用默认值。

 2.开关打向“2”断开反馈支路，选择分析菜单中的ACfrequency项对实验电路进行交流分析，从幅频特性上测出通频带BW。

3.开关打向“1”，接通反馈支路，重复2的测量。

  4.选择分析菜单的ParameterSweep项，对实验电路进行参数扫描分析，选择待扫描分析的元件为Rf2。

参数的起始值为1KΩ，终值为50KΩ。

扫描类型为线型，扫描步长为10KΩ。

待分析节点为输出节点，扫描类型选为交流分析。

观察Rf2不同时的幅频特性，并作记录。

图7晶体管放大电路通频带扩展实验电路

3、实验报告

    1.整理实验数据，分析反馈支路开路和接通时，BW不同的原因。

    由于输入频率的高低，会使放大倍数的数值下降，并产生相移。

开关打向“2”断开反馈支路，fbw=fh-fl=fh,开关打向“1”，接通反馈支路,此时，fhf-flf=fbwf=（1+AmF）fh,既频宽增加.

2.对参数扫描分析的结果进行总结。

    3.回答思考题。

4、思考题

    1.负反馈放大电路频带的展宽是以牺性放大器的什么为代价的，它能无限展宽频带吗？

   牺牲了放大倍数，但不能无限展宽频带

 2.改变信号源幅度的大小，影响放大电路的幅频特性吗？

为什么？

影响，输入信号的过大或过小都会使输出信号失真，往往除过和输入信号频率相同的信号外还有其让他几波，因而产生失真，然而在接入反馈后，只有非线性失真才能减小到基本放大电路的（1+AF）分之一 

（六）：

负反馈放大电路的仿真

1、实验目的

1、设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz（峰值1mv），负载电阻1kΩ，电压增益大于100。

2、给电路引入电压串联负反馈：

a.测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻和频率特性。

b.改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。

2、实验内容

1、给出引入电压串联负反馈电路的实验接线图。

2、给出两级放大电路的电路原理图。

3、给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验证AF»1/F。

4、给出负反馈接入前后电路的频率特性和fL、fH值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。

5、分析实验结果

3、实验要求

负反馈放大器电路

2.实验步骤：

1、测量开环电压放大倍数

敲击C键，将开关SO断开，输入正弦电压（Vi）峰值为20mV，频率为1kHz。

用示波器测量输入、输出电压的峰值Vo（将示波器面板展开，拖曳读数指针读取）。

放大器开环时输入、输出电压波形如下图所示。

负反馈放大器开环时的输入、输出电压波形

根据输出、输入波形峰值求得：

开环电压放大倍数：

2、测量闭环电压放大倍数。

敲击C键，将开关S0闭合，将输入电压幅值调整为200mV，重复上述过程，测得引入反馈后的输入、输出电压波形如下图所示。

负反馈放大器闭环时输入、输出电压波形

根据输出、输入波形峰值求得：

闭环电压放大倍数:

3、测量反馈放大器开环时的输出电阻

在放大器开环工作时通过敲击B键，控制开关S1的断开与闭合。

打开数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压：

V0/=1.79V,负载接入时输出电压V0=996.4mV。

开环输出电阻：

4、测量反馈放大器闭环时的输出电阻

在放大器闭环工作时通过敲击B键，控制开关S1的断开与闭合。

打开数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压：

V0f/=1.62V，负载接入时输出电压V0f=1.52V。

闭环输出电阻：

3分析比较1、放大倍数的比较

因为电路的反馈系数为

所以，电路的反馈深度

由理论计算

，可以看出与测量值11.42接近。

2、输出电阻的比较

开环时，理论计算：

，而测量值是

闭环时，理论计算

，而测量值为

。

通过分析比较可知，基本达到实验目的。

参考文献

1、《EDA技术基础》,朱运航主编，华中科技大学出版社，2004年。

2、《模拟电子技术基础》（第四版），华成英、童诗白主编，高等教育出版社，2006年。

3、《电子技术基础（模拟部分）》（第五版），康华光主编，高等教育出版社，2006年。

陕西科技大学

模拟电子技术课程设计任务书

理学院学院物理专业081班级学生：

孙博艺

题目：

Multisim2001的使用及共射放大器的仿真

课程设计从2010年6月21日起到2010年6月25日

1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

通过使用电子设计自动化软件Multisim2001，对给定的测试电路（见设计性选题

一）进行电路仿真。

仿真内容为：

（1）对该电路进行直流工作点分析,进而判断电路

的工作状态；

（2）利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入、输出电阻；（3）

利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频特性和相频特性；（4）利用交流分析

功能给出该电路的幅频特性和相频特性；（5）在30HZ、1KHZ、100KHZ、4MHZ、100MHZ这五个频点利用示波器测出输入和输出的关系，并仔细观察放大倍数和相位差。

基本要求为：

（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态；

（2）详细说明测量输入、输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值；（3）详细说明测量差模放大倍数的方法（操作步骤），并给出其值；（4）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画出幅频、相频特性曲线；（5）将得到的30HZ、1KHZ、100KHZ、4MHZ、100MHZ这五个频点的输入和输出关系和刚才的幅频特性和相频特性曲线对比。

2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：

按照课程设计的内容和要求，进行电路仿真，得到所有的仿真结果，整理所得

数据和图表，并写出标准的设计实验报告（参照《陕西科技大学课程设计说明书撰

写格式暂行规范》）。

最后，以论文的形式提交课程设计成果。

3、课程设计工作进度计划：

时间

设计任务及要求

6.21

学习并掌握电子设计自动化软件Multisim2001

6.22-24

按设计题目要求绘制电子电路图，进行计算机计算机仿真研究

仿真研究，给出正确的仿真结果，对结果给出分析和讨论，确定最优化的设计参数；

6.25

整理所得的所有结果，写出标准的设计实验报告

指导教师：

李冠强日期：

2010.6.25

教研室主任：

日期：