Multisim模拟电路仿真实例.ppt
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Multisim模拟电路仿真实例.ppt
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二、Multisim11应用实例,1在模拟电子技术中的应用2在数字电子技术中的应用,图5-1例5.1原理图,例5.1共射晶体管放大电路,如图5-1所示,要求:
1)判断输出波形是否失真?
2)如何改善波形失真?
3)测试其fL和fH。
5.1在模拟电子技术中的应用,5.1.1放大电路设计与分析,图5-2瞬态分析结果,输出波形已经失真,图5-3加入反馈电阻R6,2)如何改善波形失真?
?
图5-4参数扫描设置对话框,如何确定反馈电阻R6的阻值?
可对R6进行参数扫描分析,图5-5参数扫描结果,R6=400,比较输出波形,选择R6为400欧,3)如何测试fL和fH?
加上电阻R6前后分别进行交流分析,测试节点为2,其他设置默认,可分别得幅频和相频特性曲线如图;,可对比加电阻R6前后的幅频和相频特性曲线,看出其通频带的变化;,图5-6未加R6时的幅频、相频特性曲线,fL为1.34kHz,fH为1.14MHz,图5-7加上R6后的幅频、相频特性曲线,fL为16Hz,fH为18MHz,加上负反馈电阻R6后,不仅消除了波形失真,同时明显展宽了频带。
图5-8多级交流放大器,使用集成运算放大器LM124AJ组成具有深度负反馈的交流放大器,如图5-8所示。
分析其幅频特性和放大能力,指出fL和fH。
例5.2,该电路属于LM124AJ的典型应用,第一级LM124AJ的Gain=1+R2/R110,第二级LM124AJ的Gain=1+R4/R6=101,因此该电路的中频电压放大倍数约为1000。
其设计指标为:
中频电压放大倍数A=1000,电路理论分析:
输入电阻Ri=20k,取标称值,C1=C2=1、C3=5.7,通频带f=fH-fL,设其中:
fL20Hz,fH10kHz据此可估算出电路中C1、C2、C3的取值,图5-9例5.2示波器窗口,启动仿真:
得输入输出的信号,可估算出放大倍数约为1000倍,图5-10例5.2交流频率分析,进行交流频率分析,可得其fL的值约为13Hz、fH的值约为19KHz,例5.3如图5.11是一个运放构成的差动放大器,分析其功能。
图5-11例5.3差动放大电路,理论分析:
仿真分析:
输出波形,幅值为2V,例5.4用集成运放设计一个实现Vo=0.2Vi的电路。
分析:
按照设计要求,Vo=0.2Vi,因此可采用两级反相比例运放电路,第一级实现Auf1=-0.2,第二级实现Auf2=-1,从而实现Auf=0.2。
设计电路如图5-13所示。
5.1.2模拟信号运算电路分析,图5-13例5.4电路原理图,由电路可估算:
图5-14例5.4仿真结果,通过瞬态分析仿真,得到输出波形如图5-14所示。
通过测试可以发现Vo=0.2Vi。
输出波形,图5-17例5.6电路原理图,例5.6如图5-17,是一个方波和锯齿波产生电路。
测试其周期,如果使其周期可调,该如何处理?
5.1.3信号产生和处理电路分析,在该电路中,运放U1和电阻R1、R3、R5等构成了一个滞回比较器;,分析:
其中R3、R5将Vo1反馈到运放U1的同相输入端,与零电位比较,实现状态的转换。
同时R3还将Vo反馈到运放U1的同相输入端,作为滞回比较器的输入,构成闭环。
滞回比较器,UREF为参考电压;输出电压uO为+UZ或-UZ;uI为输入电压。
当u+=u-时,输出电压的状态发生跳变。
比较器有两个不同的门限电平,故传输特性呈滞回形状。
UT-,UT+,若uO=UZ,当uI逐渐减小时,使uO由UZ跳变为UZ所需的门限电平UT-,回差(门限宽度)UT:
若uO=UZ,当uI逐渐增大时,使uO由+UZ跳变为-UZ所需的门限电平UT+,作用:
产生矩形波、三角波和锯齿波,或用于波形变换。
抗干扰能力强。
运放U2和电阻R4、电容C1等构成反相积分电路,通过对Vo1的积分运算,输出三角波。
其周期T为:
T=4R1*R3*C/R40.4ms,分析:
改变它,可调整输出信号频率,图5-18例5.6结果(左图为Vo1,右图为Vo),检查电路无误后,启动仿真,双击示波器,打开其显示窗口。
结果如图5-18所示。
仿真分析:
输出波形测得周期为4ms,如果将电阻R3换成一个变阻器,则可调整其周期!
矩形波发生电路仿真分析举例,三角波发生电路仿真分析举例,仿真分析结果,首先根据该滤波电路截止频率为100Hz,可选取低通滤波器的RC的值;,例5.8设计一个通带截止频率为100Hz的二阶低通有源滤波电路。
分析:
若选取R16k,则可算出C0.1uF,图5-22例5.8电路,然后,加上运放,组成有源二阶低通滤波器电路,如图:
根据运放电路的参数,则可算出:
运行仿真分析:
得输入信号V1和输出信号V0的波形图,说明输入信号通过了该滤波器,并被放大;,并从中可以测试到Vo=1.6Vi,从波特图仪上可以观察到当20lgAup从4.1dB下降到1dB左右时,其f0约为100Hz,理论值基本相同,达到设计要求。
图5-24波特图仪显示结果,若将信号源的频率分别修改为200Hz和1MHz,再次启动仿真,其输出电压有何变化?
200Hz,1KHz,适当修改参数R1、R2、R3、R4和C1、C2,观察通带电压放大倍数和通带截止频率的变化?
增大C1、C2或R3、R4,截止频率减小,增大R1输出波形幅度增大,如果R1太大,输出会?
比较有源低通滤波器和无源低通滤波器的带负载?
1.输出功率要足够大,2.效率要高,Po为信号输出功率,PE是直流电源向电路提供的功率。
3.非线性失真要小,为使输出功率大,功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。
由于三极管是非线性器件,在大信号工作状态下,器件本身的非线性问题十分突出,因此,输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。
5.1.4功率放大器分析,特点,功率放大电路有三种工作状态,
(1)甲类工作状态,静态工作点Q大致在负载线的中点。
三极管的工作角度为360度。
这种工作状态下,放大电路的最高效率为50%。
(2)甲乙类工作状态,(3)乙类工作状态,静态工作点Q沿负载线下移,静态管耗减小,但产生了失真。
三极管的导通角度大于180度小于360度。
静态工作点下移到IC0处,管耗更小,但输出波形只剩半波了。
图5-25乙类互补对称功放电路,例5.9乙类互补对称功放电路如图5-25所示。
要求观察其输出波形,并判断其最大电压输出范围。
功放电路仿真分析,工作原理?
输出波形,从中可以发现输出信号的波形有明显的交越失真。
当输入信号较小时,达不到三极管的开启电压,三极管不导电。
因此在正、负半周交替过零处会出现非线性失真,即交越失真。
其失真原因,运行仿真:
输入波形,其失真范围如何呢?
下面进行直流扫描分析,以便确定其交越失真的范围。
直流扫描分析:
Simulate/Analysis/DCSweep,在Outputvariables标签中,选定节点1作为测试节点,其他项默认。
设置StartValue和Stopvalue的值分别为-5V和5V,设置Increment为0.1V,图5-27例5.9直流扫描分析结果,可以发现其失真范围为-775.0000mV666.6667mV。
图5-28例5.9最大输出电压测试结果,如何判断其最大电压输出范围?
打开直流扫描分析设置窗口,设置其Startvalue和Stopvalue的值分别为-20V和20V,然后进行直流扫描分析,结果如图5-28所示;,其最大电压输出范围为-11.5000V12.5000V。
图5-29改进后的电路甲乙类互补对称功放电路,例5.10针对上例中乙类互补对称功放电路的交越失真问题,如何对电路进行改进?
电路原理分析,图5-30例5.10输出波形,观察输出波形,如图所示,可以发现已经没有交越失真,仍然观察其输出波形,并判断其最大电压输出范围。
仿真分析,Simulate/Analysis/DCSweep,直流扫描设置:
设置Startvalue和Stopvalue的值分别为-10V和10V,设置Increment为0.1V,在Outputvariables标签页,选定节点5作为测试点,其他项默认。
判断其最大电压输出范围:
其最大电压输出范围为-5V5V。
5.1.5.1直流电源的组成,图直流电源的组成,电网电压,电源变压器,整流电路,滤波器,稳压电路,负载,5.1.5直流电源分析,一、单相整流电路,优点:
使用元件少。
缺点:
输出波形脉动大;直流成分小;变压器利用率低。
5.1.5.2整流电路,二、单相全波整流电路,三、单相桥式整流电路,5.1.5.3滤波电路,一、电容滤波电路,适用于负载电流较小的场合。
滤波电容大,效果好。
输出直流电压为:
脉动系数S约为10%20%。
二、RC-型滤波电路,输出直流电压为:
脉动系数S约为:
适用于负载电流较小的场合。
三、电感滤波电路和LC滤波电路,一、电感滤波器,适用于负载电流比较大的场合。
二、LC滤波器,输出直流电压为:
脉动系数S:
适用于各种场合。
图10.3.5,图10.3.6,5.1.5.4串联型直流稳压电路,一、电路组成和工作原理,采样电路:
R1、R2、R3;,放大电路:
A;,基准电压:
由VDZ提供;,调整管:
VT;,稳压过程:
UI或IL,UO,UF,UId,UBE,IC,UCE,UO,二、输出电压的调节范围,由于U+=U-,UF=UZ,所以,当R2的滑动端调至最上端时,UO为最小值,当R2的滑动端调至最下端时,UO为最大值,,则:
串联型直流稳压电路,直流电源分析举例1,例5.11分析下面的直流电源,负载为1k。
图5-33滤波前后的波形,图5-34负载上的电流,仿真分析,图5-34负载上的电压,如何减小纹波系数?
通过参数扫描分析,设定分析时间为0.05s,需要选择一个合适的电容,可见电容取值大于350F时,纹波就已经比较小,设定C的变化范围:
50uF650uF,直流电源分析举例2,串联型直流稳压电源,其电压调节范围?
稳压效果怎样?
例5.12针对与非门电路74LS00D,分析与非门的特性,加深对各参数意义的理解。
5.2在数字电子技术中的应用,5.2.1逻辑门电路基础,74LS00D是一种有四个二输入端与非门的芯片,其外部特性参数有:
输出电平、开门电平、关门电平、扇出系数、平均传输延时和空载功耗等。
图5-37VoH测试电路,创建电路后,启动仿真,进行各种参数测试:
(1)VoH测试,仿真分析:
VoH测试结果,得到VoH为5.0V,大于标准高电平2.4V,并且有100ns的输出延迟。
图5-39VoL测试电路,创建测试电路,如图5-39所示,启动仿真后,测试结果为VoL=0V,小于标准低电平0.4V。
(2)测试输出低电平VoL,图5-40VoL测试结果,图5-41测试Iis电路,图5-42万用表显示窗口,创建电路如图5-41所示。
启动仿真后,万用表读数显示如图5-42所示,其值为0。
即Iis=0A(由于仿真误差,因此Iis的实际值不可能为0),远小于规定的1.6mA。
(3)测试输入短路电流Iis,图5-43测试扇出系数,创建电路如图5-43所示,启动仿真后,毫安表显示最大允许负载电流IOL=5.545mA,而前面测试得到Iis的值为0,可见No=IOL/Iis的值大于8。
(4)测试扇出系数No,测得最大允许负载电流IOL=5.545mA,图5-44半加器电路,例5.13如图5-44所示,是一个74LS00D构成的半加器,分析其功能。
信号发生器XFG3,设定方波频率为20Hz,幅值为5V;信号发生器XFG1,设定方波频率为10Hz,幅值为5V。
节点7输出其本位和,节点4输出其进位,表达式为:
电路中使用两个指示灯和两个三极管分别构成的两个基本放大电路,作为电平指示电路。
修改参数:
电路分析:
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- Multisim 模拟 电路 仿真 实例