multisim对于负反馈放大发电路仿真.docx
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multisim对于负反馈放大发电路仿真
NANCHANGUNIVERSITY
课程设计
(年)
题目:
基于Multisim的反馈电路分析与仿真
学院:
信息工程学院系自动化
专业:
班级:
学号:
学生姓名:
指导教师:
完成日期:
2.常用组态负反馈放大电路的仿真分析
2.1电压串联负反馈电路
集成运放采用741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。
用示波器来观察反馈时的情况。
其中,输入信号V1是一个交流电压源信号。
示波器的A通道接输入信号,B通道接输出信号。
开关打向下边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。
上面A通道的波形是输入波形;下面B通道的电流串联负反馈电路波形为输出波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真
开关打向上边时,加入电压串联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,上面A通道的波形是输入波形,下面B通道的波形是输出波形。
可以看出,此时输出信号波形没有失真。
但输出信号的幅度减小了。
与理论上引入负反馈放大倍数降低了,减少非线性失真是相符合。
2.2电流串联负反馈电路
集成运放采用LM307H,其中,输入信号V1是一个交流电流源信号。
示波器的A通道接输入信号,B通道接输出信号。
开关打向下边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。
下面A通道的波形是输入波形;上面B通道的波形为输出波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真。
开关打向上边时,加入电压串联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,下面A通道的波形是输入波形上面B通道的波形是输出波形。
可以看出,此时输出信号波形没有失真。
但输出信号的幅度减小了。
与理论上引入负反馈放大倍数降低了,减少非线性失真是相符合的。
2.3电压并联负反馈电路
集成运放采用741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。
用示波器来观察反馈时的情况。
其中,输入信号V1是一个交流电压源信号。
示波器的A通道接输出信号,B通道接输入信号。
开关打向下边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。
上面A通道的波形是输出波形;下面B通道的波形为输入波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真。
开关打向上边时,加入电压并联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,上面A通道的波形是输入波形,下面B通道的波形是输出波形。
可以看出,此时输出信号波形没有失真。
但输出信号的幅度减小了。
与理论上引入负反馈放大倍数降低了,减少非线性失真是相符合的。
2.4电流并联负反馈电路
集成运放采用LM307H,其中,输入信号I1是一个交流电流源信号。
示波器的A通道接输入信号,B通道接输出信号。
开关打向左边时,没有负反馈,输入、输出的信号波形如图所示。
上面A通道的波形是输入波形;下面B通道的波形为输出波形,可以看到,此时输出波形已经严重失真。
开关打向右边时,加入电流并联负反馈,输入、输出的信号波形如图所示,上面A通道的波形是输入波形,下面B通道的波形是输出波形。
可以看出,此时输出信号波形没有失真。
但输出信号的幅度减小了。
与理论上引入负反馈放大倍数降低了是相符合的。
3.仿真分析负反馈对放大电路的影响
3.1开环闭环的电压放大倍数比较
图1开环无负载
图2开环有负载
图3闭环无负载
图4闭环有负载
电路如图所示,用虚拟示波器按下表分别测量输入/输出电压的峰-峰值,记入下表中:
RL
Vi
Vo
Au/Auf
开环(J1断开)
RL=无穷大(J2断开)
2.99mV
491mV
164.1
RL=2k(J2闭合)
2.99mV
255mV
85.2
闭环(J1闭合)
RL=无穷大(J2断开)
2.99mV
55mV
18.3
RL=2k(J2闭合)
2.99mV
50mV
16.7
3.2开环闭环的输入输出电阻比较
1)输入电阻Ri
图5开环
图6闭环
在输入端串联一个5.1k的电阻,如图所示,并且连接一个万用表,如图连接。
启动仿真,记录数据,并填下表。
仿真数据VsVi
计算
开环(J1断开)
20mV
15.2mV
Ri=Vi*Rs/(Vs-Vi)=16.6kΩ
闭环(J1闭合)
20mV
15.8mV
Rif=Vi*Rs/(Vs-Vi)=19.2kΩ
2)输出电阻Ro
图7开环有负载测VL
图8开环无负载测Vo
图9闭环有负载测VL
图10闭环无负载测Vo
仿真电路如图所示,先接上负载电阻,测量输出电压VL,再断开负载,测量输出电压VO。
仿真数据VLVo
计算
开环(J1断开)
1.23V
2.36V
R0=(V0-VL)*RL/VL=4.68kΩ
闭环(J1闭合)
265mV
292mV
Rof=(V0-VL)*RL/VL=0.51kΩ
3.3提高放大倍数的稳定性
RL
Vi
Vo
Au/Auf
开环(J1断开)
RL=无穷大(J2断开)
2.99mV
491mV
164.1
RL=2k(J2闭合)
2.99mV
255mV
85.2
闭环(J1闭合)
RL=无穷大(J2断开)
2.99mV
55mV
18.3
RL=2k(J2闭合)
2.99mV
50mV
16.7
从表中数据可以得出:
开环状态下不接负载和接负载放大倍数变化明显,而闭环后负载的变化对放大倍数几乎没有影响,但放大倍数对开环而言明显下降。
可见引入复反馈能够提升放大倍数的稳定性,但以降低放大倍数为代价。
3.4扩展频带
可以看到,加入交流负反馈以后,电路的频带宽度明显增加。
所以负反馈对频带具有明显的扩展作用。
4.利用虚拟仪器表和仿真分析方法对反馈放大电路的分析
4.1傅里叶分析
设置Frequencyresolution为1000Hz,单击Estimate按钮,自动设置Stoppingtimeforsampling。
选择Normalizegraphs,纵坐标刻度为Decibel,选择输出节点作为分析节点。
J1断开和闭合时分别运行傅里叶分析,可得到图11和图12。
并测试出无反馈时:
总谐波失真系数THD:
1.54899%。
引入反馈后:
THD:
0.306912%。
直观准确地反映了引入负反馈后,可以减小非线性失真。
图11开环
图12闭环
4.2负载电阻的参数扫描分析
执行parametersweepanalysis。
设置分析对象为RL,Start为10000,Stop为100000,#of为5(RL阻值分别为10k8,3215k8,55k8,7715k8,100k8),选择Analysisto中的TransientAnalysis,并选择输出节点作为分析节点。
J1断开和闭合时分别运行参数扫描分析,得到图13和图14。
直观的反映出无反馈时(图13):
随着负载电阻RL的变化,输出电压有显著的变化,RL愈大,Au愈大引入反馈后(图14):
输出电压基本不随负载电阻RL的变化而变化,。
说明了引入电压负反馈后,,提高带负载能力。
图13开环
图14闭环
4.3温度扫描分析
执行temperaturesweepanalysis,设置起始值为0Deg,终止值为150Deg,步长为5,选择Analysisto中的TransientAnalysis,选择输出节点作为分析节点,J1断开和闭合时分别运行温度扫描分析,可观测得温度为0℃,3715℃,75℃,11215℃,150℃时的输出电压波形,如图15,图16所示。
直观地反映出无反馈时(如图15):
随着温度的变化,电压放大倍数发生变化,稳定性差。
引入反馈后(如图16):
电压放大倍数基本不随温度的变化而变化。
说明负反馈可以提高放大倍数的稳定性。
图15开环
图16闭环
5.负反馈放大电路的实例仿真分析
1、仿真电路
以交流电压串联负反馈放大电路为例,首先在Multisim10中创建仿真电路。
进入Multisim10仿真环境,从元件库中调用晶体管(2N3904,默认值β=200、UBE=0.75V、Rbb=200、UT=26mv)、电阻、电容、直流电源、开关等元件,从虚拟仪器工具栏中取出四踪示波器,创建仿真电路如图所示。
2、静态工作点与电压放大倍数的理论值计算
(1)开关A闭合,F断开,电路为两级阻容耦合放大电路。
静态工作点的理论计算
Ic1==2.41mA
IB1==12.05uA
UCE1=Ucc-(Rc1+Re11+Re12)*Ic1=4.05V
Ic2==2.15mA
IB2==1.07uA
UCE2=Ucc-Ic2(Rc2+Re2)=5.55v
开环电压放大倍数的理论计算
rbe1=rbb’+β=2.35KΩ
rbe2=rbb’+β=2.61KΩ
RL1=Rc1∥Rb21∥Rb22∥rbe2=1.06KΩ
RL=Rc2∥RL=1KΩ
Av1==3.38
Av2==76.63
Av=Av1*Av2=259.01
(2)开关A闭合,F闭合,电路为两级阻容耦合电压串联发反馈放大电路。
闭环电压放大倍数的理论计算
Fu==0.029
1+AvFu=8.544
Avf==30.31
3、静态工作点的仿真测试
首先,测两级的静态工作点,将信号源断开,用探针、电压表分别测出基极、集电极电流及管压降,其值为IB1=15.0μA,IC1=2.20mA,UCE1=4.711V,IB2=13.0μA,IC2=2.03mA,UCE2=5.906V。
开环和闭环时静态工作点相同。
电路于图所示。
可见,理论值与实验值大致相同。
4、开环性能的仿真测试
(1)开环无负载
开关A断开,F断开,电路于图所示。
启动仿真开关,在示波器Timebase区设置X轴的时基扫爱描时间,在ChannelA、ChannelB和ChannelC区分别设置A、B和C通道
输入信号在Y轴的显示刻度。
仿真结果见图。
(2)开环有负载
开关A闭合,F断开,电路于图所示。
启动仿真开关,在示波器Timebase区设置X轴的时基扫爱描时间,在ChannelA、ChannelB和ChannelC区分别设置A、B和C通道输入信号在Y轴的显示刻度。
仿真结果见图。
由仿真数据通过计算可得
Ri=≈*1K≈16.5KΩ
Ro=(≈(-1)*2K≈1.96KΩ
Avo=≈≈429.8
AvL=≈≈219.3
ΔA/A=(Avo-AvL)/Avo=(429.8-219.3)/429.3≈0.49
BW=fH-fL≈(146.572-895.4*)≈145.68KHZ
5、闭环性能的仿真测试
(1)闭环无负载
断开A,闭合F,同开环性能的仿真测试方法,仿真电路,信号输入、输出电压的仿真测量如图所示
(2)闭环有负载图
断开A,闭合F,同开环性能的仿真测试方法,仿真电路,信号输入、输出电压的仿真测量,交流分析、幅频特性、通频带(BW)的仿真测量如图所示。
由仿真数据通过计算可得
Ri=≈*1K≈22.765KΩ
Ro=(≈(-1
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- 关 键 词:
- multisim 对于 负反馈 放大 电路 仿真