1、精選優質文檔-傾情為你奉上電子技術課程設計報告題 目：基于Multisim10電壓及電流并聯負反饋電路仿真設計 學生姓名： 學生學號： 年 級： 專 業： 班 級： 指導教師： 機械與電氣工程學院制2016年11月目錄專心-專注-專業1緒論隨著電子技術的飛速發展和計算機技術的普遍應用,EDA(電子設計自動化)技術在電子電路的分析設計中顯得越來越重要。EDA技術可以根據電路的結構和元件參數對電路進行仿真，獲得電路的技術指標，從而可以快速 方便 精確地評價電路設計的正確性，節省大量的時間和費用1。本設計介紹了新版仿真軟件Multisim10的功能特點以及實現電壓及電流并聯負反饋放大電路的仿真分析。

2、2課程設計的目的1、 積極調動和激發學生的學習熱情，最大限度的發揮學生的學習潛能； 2、 對所學知識進行階段性的綜合訓練，初步了解一般模電產品研發設計的基本程序、方法、及過程，掌握相關電路設計應用及一定的電子元器件的應用、產品制作的技能； 3、 培養學生學術交流、再學習(查找理解相關技術資料)及獨立完成的能力；4、 學會撰寫課程設計報告，為做畢業設計論文奠定基礎。3 設計內容及要求反饋模式的識別是模擬電子技術的難點之一。就電流及電壓相加(并聯)負反饋放大電路訓練反饋模式的識別、進行輸出與輸入關系的分析計算和實驗并且在Multisim10平臺上仿真。要求學生自行分析計算所給電路輸出與輸入的函數關

3、系，自行選定電阻阻值，確立輸出與輸入的具體數值關系，在Multisim10平臺上仿真，達到掌握反饋模式的識別要領、使用輸出與輸入關系的分析計算方法、熟悉Multisim10仿真平臺，進一步掌握實驗技能，并加深鞏固對已學模擬電子技術知識的理解和掌握。4 設計原理框圖 4.1 框圖及基本公式及其分析圖1 負反饋放大電路原理框圖圖1中x表示電壓或電流信號；箭頭表示信號傳輸的方向；符號¤表示輸入求和；+ -表示輸入信號xi與反饋信號是相減關系（負反饋），即放大電路的凈輸入信號為：Xid=XiXf 基本放大電路的增益（開環增益）為：A=Xo/Xid 反饋系數為： F=Xf/Xo 反饋放大電路的

4、增益（閉環增益）為：Af=Xo/Xi 綜合上述各式可得負反饋放大電路增益的一般表達式為：Af=Xo/Xi =A/(1+AF) 由上式知，引入負反饋后，放大電路的閉環增益Af減小了，減小的程度與（1+AF）有關。（1+AF）是衡量反饋程度的重要指標，負反饋放大電路所有性能的改變程度都與（1+AF）有關。通常把（1+AF）稱為反饋深度，而將AF= Af/ Xid稱為環路增益。當考慮信號頻率的影響時，對Af的表達式進行討論2。1. 當|1+AF|>1時 ,則|Af|<|A|,及引入反饋后，增益下降了，這時的反饋是負反饋，|1+AF|>>1時稱為深度負反饋，說明在深度負反饋條件

5、下，閉環增益幾乎只取決反饋系數，而與開環增益的具體數值無關。2. 當|1+AF|<1時，則|Af|>|A|,說明已從原來的負反饋變成了正反饋。3. 當|1+AF|=0時，則|Af|，這就是說放大電路在沒有輸入信號時，也會有輸出信號，產生了自激振蕩，使放大電路不能正常工作，在負反饋放大電路中，自激振蕩現象必須消除。4.2電壓及電流并聯負反饋適用條件通常情況下，我們根據負載的要求及信號情況來選擇反饋方式在負載變化的情況下要求放大電路定壓輸出時，就需要電壓負反饋：在負載變化的情況下，要求放大電路恒流輸出時，就要采用電流負反饋。當要求放大電路具有底的輸入電阻時，宜采用并聯反饋。5 性能指標

6、 5.1 放大倍數放大倍數是橫量放大電路放大能力的指標,它有電壓放大倍數、電流放大倍數和功率路放大倍數等表示方法,其中電壓放大倍數應用最多。放大電路的輸出電壓和輸入電壓之比，稱為電壓放大倍數Au，即Au=uo/ui；放大電路的輸出電流和輸入電流之比，稱為電流放大倍數AI，即Ai=io/ii；放大電路的輸出功率和輸入功率之比，稱為功率放大倍數，即Ap=po/pi。5.2 輸入電阻放大電路的輸入電阻是從輸入端向放大電路內看進去的等效電阻，它等于放大電路輸出端接實際負載電阻后輸入電壓與輸入電流之比，即Ri=ui/ii 5.3 輸出電阻對負載而言，放大電路的輸出端可等效為一個信號源將放大電路輸出端斷開

7、接入一信號源電壓，求出由u產生的電流i，則可得到放大電路的輸出電阻為：Ro=u/i。5.4 通頻帶和頻率失真一般情況下，放大電路只用于某個頻率范圍內。放大電路所需的通頻帶由輸入信號的頻帶來確定，為了不失真的放大信號，要求放大電路的通頻帶應大于信號的通頻帶。6 電壓及電流的并聯負反饋的仿真實現6.1 multisim10仿真軟件的介紹Multisim10軟件前身是加拿大IIT公司在20世紀八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（Electronics Workbench）,后來，EWB將原先版本中的仿真設計更名為multisim10，2005年之后，加拿大IIT公司隸屬于美國國家儀器公司（Nati

8、onal Instrument，簡稱NI公司），美國NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本。目前最新版本是美國NI公司推出的multisim10。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路的硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真能力。它具有更形象直觀的人機交互界面，并且提供了更加豐富的元件庫、儀表庫和各種分析方法。完全滿足電路的各種仿真需要。Multisim10軟件是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真軟件，其基本元件的數學模型是基于Spice版本，但增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更復雜的數學元器件，另外解決了Spice模型對高頻仿真不精確的問題。 Multisim10在保留了EWB

9、形象直觀等優點的基礎上，大大增強了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴充了元件庫中的元件的數目，特別是增加了大量與實際元件對應得元件模型，使得仿真設計的結果更加精確、更可靠、更具有實用性。Multisim10的特點有1：可以根據自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；2：所有的虛擬信號都可以通過計算機輸出到實際的電路上；3：所有硬件電路產生的結果都可以輸回到計算機中進行處理和分析。6.2 電壓并聯負反饋的仿真在Multisim10中建立圖2所示電路圖2 電壓并聯負反饋電路如圖2所示的電壓并聯負反饋中，集成運放采用741，并用一個開關來控制電路有無反饋的存在。用示波器來觀察反饋時的情況。其中輸入信號V1

10、是一個交流電壓源信號，示波器的A通道接輸出信號，B通道接輸入信號。開關打向下邊時，沒有負反饋，輸入輸出的信號波形如圖3所示，上面A通道的波形是輸出波形；下面B通道的波形為輸入波形，可以看到，此時輸出波形已嚴重失真。圖3波形嚴重失真開關打到上面時，加入電壓并聯負反饋，輸入輸出的信號波形如圖4所示，上面A通道的波形是輸入波形，下面B通道波形是輸出波形，可以看出此時輸出波形沒有失真。但是輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負反饋放大倍數降低了，減少非線性失真是相符合的。圖4 波形未失真6.3 電流并聯反饋電路 在Multisim10中建立圖5所示電路：圖5 電流并聯負反饋電路如圖5所示，集成運放采用L

11、M307H,其中輸入信號為交流源信號，示波器的A通道接輸入信號，B通道接輸出信號。開關打向左邊時，沒有負反饋，輸入輸出的信號波形如圖6所示，上面A通道的波形是輸入波形；下面B通道的波形為輸出波形，可以看到，此時輸出波形已嚴重失真。圖6 波形嚴重失真開關打到右面時，加入電流并聯負反饋，輸入輸出的信號波形如圖7所示，上面A通道的波形是輸入波形，下面B通道波形是輸出波形，可以看出此時輸出波形沒有失真。但是輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負反饋放大倍數降低了，減少非線性失真是相符合的。圖7 波形沒有失真6.4 反饋放大電路的頻帶擴展原理圖如圖8所示圖8反饋放大電路的頻帶擴展如圖8所示，開關打向下面時

12、，沒有交流負反饋，打開波特儀顯示面板，按下仿真按鈕，看到波特儀顯示的幅頻特性曲線如圖9所示。圖9 無反饋的幅頻特性曲線開關打到上面時，加入交流負反饋，看到波特儀顯示的幅頻特性如圖10所示。圖10 有反饋的幅頻特性曲線6.5電流并聯負反饋放大電路的模擬仿真與計算電路圖11所示 圖11 電流并聯負反饋放大電路6.5.1開環與閉環測試改變S狀態，可以測得開環輸入電流Ii、開環輸出電流Iif、反饋電流If以及閉環輸出電流Iof，具體仿真結果如表1。表1 開環與閉環測試結果Ii/A Io/mA Iif/A If/A Iof/mA49.02 2.128 49.52 25.76 1.044對上面數據進行計算

13、： 開環電流增益：Aii=Io/Ii=2.128mA/49.02A=43.41； 電路反饋系數：Fii=If/Iof=25.76A/1.044mA=0.02467； 閉環電流增益：Aiif=Iof/Iif=1.044mA/49.52A=21.08； 反饋深度：1+ Aii Fii=1+43.41*0.02467=2.071； 負反饋放大電路增益：Aii/(1+ Aii Fii)=43.41/2.071=20.96；由上面計算可得Af=A/1+AF（在誤差允許的范圍內）滿足開環增益與閉環增益的基本關系式。6.5.2輸入電阻和輸出電阻1)、輸入電阻由表1數據計算可得，開環時Ri=(Is-Ii)Rs

14、/Ii ,閉環時Rif=(Is-Iif)Rs/Iif ,結果見表2.可以得知并聯負反饋輸入電阻滿足如下關系式Rif=Ri/1+AF 表2 輸入電阻、輸出電阻計算 Ri/ Rfi/ Ri/(1+AuiFiu) Ro/k Rof/k Ro/(1+fiiAsui)999.6 484.7 482.7 5.816 13.00 13.022)輸出電阻斷開負載電阻Rl（Rl）,得開環、閉環狀態下的開路電壓Uot=14.63V、Uoft=14.63V，兩者相同。從電路圖上不難理解，斷開負載后其輸出電壓就是運放的輸出。而輸出短路電流（Rl0）在開環和閉環條件下分別為Ion=2.496mA和Iofn=1.125m

15、A，利用公示Ro=Uot/Ion可以分別求得Ro、Rof。另外可以求得負載短路時相應的源電流增益Asii為Asii=Ion/Is=2.496mA/50A=49.92有（1+Fii*Aii）=2.222，求得Ro（1+Fii*Aii），結果見表2，滿足關系式Rof=（1+FiiAii）。6.5.3理論計算1）反饋放大器對圖十所示反饋放大器列寫節點方程有（1/Rs+1/R1+1/Rf）Uif (1/Rf)Ua=Is 另外根據電路可以寫出輸入、輸出電流表達式Iif=（IsRs-Ui）/Rs,Iof=Ua-(-R2/R1)Uif/R3+Rl 經過計算得Ii=0.mAIof=1.MaAii=Iof/Ii

16、f=21.其大小與仿真結果非常接近，說明了兩者的一致性。表3 理論與仿真結果比較Aii Aiif理論計算43.0121.09仿真結果43.01 21.082）基本放大器對于基本放大器，列寫方程（1/R4+1/R1=1/Rf+Rl）Ui=Ii 代入數據計算可得Ii=49.02A，Io=2.128mA，從而得到Aii=43.01，Aiif=20.99，滿足負反饋放大電路基本關系式。6.6電壓并聯負反饋放大電路的模擬仿真與計算電路圖12所示圖12 電壓并聯負反饋放大電路6.6.1 靜態工作點對于基本放大器，將單端輸入差分放大電路輸入端短路，不考慮Rb1電阻壓降，可得T1、T2管靜態工作點Ie1、Ie

17、2為Ie1=Ie2=1/2*(-0.7+12)V/15K=0.3767mA6.6.2開環增益在Multisim中設置晶體管的值為100，則有rbe=（1+）VT/IE1=6.971k,而rbe=rbb+ rbe=（0.3+6.791）=7.271k。由電路圖12可知，運算放大器的電壓增益Av1=（-R2/R1）.而單端輸入、單端同相輸出時差分放大電路電壓增益Av2為Av2=1/2*Rc/Rb1+rbe 因為AV=AV1Av2所以運放-差分放大器電壓增益為Av=1/2*Rc/Rb1+rbe *(R2/R1) 結合圖十一數據的開環電壓增益為Ars=104.236.6.3閉環增益Af=A/1+kfA

18、,Kf=1/Rf 得Af=51.04.經過與理論值（Af=48.01）計算比較，誤差5.94%，驗證了開、閉環互阻增益的基本關系式。6.6.4輸出電阻根據電路分析可知，可以通過斷開負載，利用Ro=（Ro/V0-1）RL得到相應輸出電阻，根據等效小信號模型電路分析Rof=1.544k，開環下的輸出電阻可以根據圖十一計算得到，Ro=Rc/Rf=9.09 k,則電壓負反饋時輸出電阻Rof=1.540 k，與實際輸出電阻1.544 k非常接近，驗證了開閉環輸出電阻的關系。6.6.5輸入電阻輸入電阻RL=VI/II,有圖十一可知理想運放放大器反相輸入端為虛地，有VI/II=R1，即開環下輸入電阻Ri=R1，閉環時Rif=R1，與開環狀態下相同。這是由于輸入電阻R1部分不在反饋環內所致。7設計總結通過本次試驗我們熟悉了電壓及電流并聯負反饋的基本原理，并且通過對放大電路的放大倍數，輸入輸出電阻以及通頻帶和頻率失真等幾個基本的性能指標進行了研究分