Multisim模拟电路仿真实例

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图5-25 乙类互补对称功放电路
运行仿真: 从中可以发现输出信号的波形有明显的交越失真。
其失真原因
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。
输入波形
输出波形
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。
已经比较小
需要选择一个合适的电容
直流电源分析举例2
其电压调节范围?
串联型直流稳压电源
稳压效果怎样?
5.2 在数字电子技术中的应 用
5.2.1 逻辑门电路基础
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。
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。
频率减小
比较有源低通滤波器和无源低通滤波器的带负载?
5.1.4 功率放大器分析
特点
1. 输出功率要足够大 2. 效率要高
Po IoUo
Po 100 %
PE
Po为信号输出功率, PE是直流电源向电路提供的功率。
3.
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。
UT
RF R2 RF
U REF
R2 R2 RF
UZ
回差(门限宽度)UT :
UT
UT
UT
2R2 R2 RF
U
Z
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。
分析: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/R4=0.4ms
功率放大电路有三种工作状态 (1) 甲类工作状态
iC
iC
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。
O
tO
Q uCE
(1) 甲类工作状态
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
iC
iC
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
5.1.5.1 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
图 直流电源的组成
5.1.5.2 整流电路
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。
2U2 sint
2U 2 RL 2U 2
2U 2
二、单相全波整流电路
+
全波整流电路
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。
u
RF R2 RF
U REF
R2 R2 RF
uO
UT-
比较器有两个不同的门限电平,
2U 2 2 2U2
三、 单相桥式整流电路
2U 2
2U 2 RL
2U 2 RL
2U 2
2U 2
5.1.5.3 滤波电路
一、电容滤波电路
滤波电容大,效果好。
适用于负载电流较小的场合。
当 RLC
(3
~
5)
T 2
输出直流电压为: UO(AV) 1.2U 2
脉动系数 S 约为 10% ~ 20%。
二、 RC - 型滤波电路
脉动系数 S :
S
1
2 LC
S
适用于各种场合。
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 ; 基准电压:由 VDZ 提供; 稳压过程:
放大电路:A; 调整管:VT;
UI 或 IL UO UF UId UBE IC
UO
UCE↑
二、输出电压的调节范围
输出波形
图5-14 例5.4仿真结果
5.1.3 信号产生和处理电路分析
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?
图5-17 例5.6电路原理图
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;
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。
图5-2 瞬态分析结果
输出波形 已经失真
2)如何改善波形失真? ??
图5-3 加入反馈电阻R6
如何确定反馈电阻R6的阻值? 可对R6进行参数扫描分析
图5-4 参数扫描设置对话框
图5-5 参数扫描结果
比较输出波 形,选择 R6为400欧
R6=400
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,
由于 U+ = U ,UF = UZ, 所以
UZ
UF
R2 R3 R1 R2 R3
UO
则:
UO
R1 R2 R3 R2 R3
UZ
串联型直流稳压电路
当 R2 的滑动端调至最上端时,UO 为最小值
wk.baidu.com
U Omin
R1 R2 R3 R2 R3
UZ
当 R2 的滑动端调至最下端 时,UO 为最大值,
故传输特性呈滞回形状。
uO
+UZ
UT+
O
uI
-UZ
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+
UT
RF R2 RF
U REF
R2 R2 RF
UZ
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
度。
Q
iC
iC
O
tO
(3) 乙类工作状态
O
tO
uCE
Q uCE
(2) 甲乙类工作状态
(3) 乙类工作状态
静态工作点下移到 IC 0 处 , 管耗更小,但输出波形只剩半波 了。
功放电路仿真分析
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。
工作原理?
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
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 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。
图5-1 例5.1原理图
输出直流电压为:
U O(AV)
RL R RL
UO (AV)
脉动系数 S 约为:
S
1
S
C2 (R // RL )
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
二、LC 滤波器
图 10.3.5
适用于负载电流比较 大的场合。
图 10.3.6
输出直流电压为:
UO(AV) UO (AV) 0.9U 2
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。
图5-13 例5.4电路原理图 由电路可估算:
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。
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5-29改进后的电路 甲乙类互补对称功放电路
仿真分析
仍然观察其输出波形,并判断其最大电压输出范围。
观察输出波形,如图所示,可以发现 已经没有交越失真
图5-30 例5.10输出波形
判断其最大电压输出范围:
Simulate/Analysis/DCSweep,直流扫描设置:设置Start value和Stop value 的值分别为-10V和10V,设置Increment为0.1V,在Output variables标签页, 选定节点5作为测试点,其他项默认。
其最大电压输出范围为 -5V~+5V。
5.1.5 直流电源分析
中频电压放大倍数A=1000
输入电阻Ri=20k
通频带△f=fH-fL,设其中:fL≤20Hz,fH≥10kHz 据此可估算出电路中C1、C2、C3的取值
取标称值,C1=C2=1 、C3=5.7
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5-9 例5.2示波器窗口
进行交流频率分析
仿真分析:
创建电路后,启动仿真, 进行各种参数测试:
(1) VoH测试
图5-37 VoH测试电路
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。
(2) 测试输出低电平VoL
例5.2 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。 图5-8 多级交流放大器
电路理论分析:
该电路属于LM124AJ的典型应用,第一级 LM124AJ的Gain=1+R2/R1≈10,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:
图5-10 例5.2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:
V0
R2 R1
(V
2
V 1)
2k 1k
(1.5
0.5)
2.0
输出波形, 幅值为2V
5.1.2 模拟信号运算电路 分析
图5-27 例5.9直流扫描分析结果
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Start value和Stop value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 -11.5000V~12.5000V。
图5-28 例5.9最大输出电压测试结果
直流扫描分析: Simulate/Analysis/DC Sweep 设置StartValue和Stop value的值分别为-5V和5V 设置Increment为0.1V 在Output variables标签中,选定节点1作为测试节点,其他项默认。
可以发现其失真范围为 -775.0000mV~666.6667mV。
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。
仿真分析结果
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:
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;
f0
1
2 RC
若选取R=16k,则可算出C=0.1uF
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:
图5-22 例5.8电路
Aup
1
R2 R1
1
50 82
1.6
20lg Aup 4.1dB
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20lg︱Aup︱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。
U Omax
R1
R2 R3
R3 UZ
直流电源分析举例1
例5.11分析下面的直流电源,负载为1kΩ。
仿真分析
图5-34 负载上的电流
图5-33 滤波前后的波形
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
设定C的变化范围: 50uF——650uF
可见电容取值大于 350μF时,纹波就
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?
增如大果RR11输太出大波, 形输幅出度会增?大
增大C1、C2或 R3、R4,截止
改变它,可调整输出 信号频率
仿真分析检: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。 输出波形 测得周期为 4ms
图5-18 例5.6结果(左图为Vo1,右图为Vo)
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
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