Multisim 在模拟电子技术中的应用-4
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1.二极管限幅电路 (1)创建电路
R1 1k
DIODE_VIRTUAL V1 D1 6V 50 Hz V2 0Deg 3V
A B _ + _
XSC1
Ext Trig + _ +
DIODE_VIRTUAL
D2 V3 3V
图5-1 二极管限幅电路
(2)结果分析
输入波形（A通道） 输出波形（B通道）
电流表，如图5-38所示。
VCC 12V Rc1 3k Rb1 270k Rc2 2.7k C3
XMM1
XMM2
C1 10uF
Q1 Q2 1uF BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
Rf 10k Re1 500 Re2 1.2k C2 1uF
V1 10mV 10kHz 0Deg
2. 电压放大倍数
⑴电压放大倍数测量
图5-13所示。从测量结果看，在图示的测试标尺1处，输入信 号幅值为-5.441mV，输出信号幅值为104.148 mV。输出电压 没有失真，电压放大倍数Au = Uo/Ui = -104.148/5.441 = -19.14. 图5-14
输出波形（B通道）
输入波形（A通道）
⑶调整R2、R3的数值，或改变信号的幅值及频率，重复⑵， 可得到同样的仿真结果。当然读者也可创建反相比例运算电路，
进行同样的仿真分析。
5.5.2 加法运算电路 ⑴选择实际集成运放3554AM、电阻、交流信号源和直流信 号源、四通道示波器等，创建反相比例加法运算电路， 如图5-43所示。
XSC1
VEE -15V R3 R1 10k
VCC 12V
A B _ + _ Ext Trig + _ +
XMM1
Rb1 270k
Rc1 3k
Rc2 2.7k
C3
C1 10uF
Q1 Q2 1uF BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
V1 10mV 10kHz 0Deg
XMM2
Rf 10k Re1 500 Re2 1.2k C2 1uF
的线性求和运算关系；在一定范围内改变信号的幅值及频
率，可得到同样的仿真结果；在一定范围内改变负载电阻 R5，仿真结果显示不影响输出输入关系。
5.5.3 电压跟随器和比较器电路 ⑴电压跟随器：选择集成运放、直流电源、交流信号源、 示波器等，创建电压跟随器电路，如图5-45所示。
VCC 12V
6 2
XSC1
V1 10mV 2kHz 0Deg
图5-17 放大电路的输出电阻测量
4. 温度对静态工作点的影响
图5-18温度扫描分析参数设置界面
图5-19 静态工作点温度扫描分析结果
图5-20 瞬态分析温度扫描分析结果
5.4 负反馈放大电路的仿真分析
交流负反馈对放大电路性能的改善主要表现在： ①稳定放大倍数； ②改变输入电阻和输出电阻；
输入信号V1（A通道） 输入信号V2（B通道）
输出信号（C通道 ）
图5-44 反相比例加法运算电路的输入输出波形
图5-43所示反相比例加法运算电路的输出输入关系为：
R3 R3 u o v1 v 2 v1 v 2 R R2 1
⑶调整R1、R2、R3的数值，重复②可以得到不同比例关系
XSC1
G T
VCC
2 6
A
B
C
D
15V
U1
1
V1 10 V 100 Hz 0Deg VCC 15V
⑶电压放大失真分析
输出波形（B通道）
输入波形（A通道）
图5-15 输出电压波形顶部失真
3. 输入输出电阻测量 ⑴输入电阻测量
VCC 12V XMM1
Rb1 27k C1 10uF Rc 5.1k C2 Q2 10uF
2N1711
XMM2
Rs 1.0k
V1 10mV 2kHz 0Deg
Rb2 5.1k
Key = A 5k
1
Ext Trig + _ A + _ + B _
U1 3554AM R1
V1 5V 100 Hz 0Deg
5
VSS
7
50%
-12V
图5-45 电压跟随器仿真电路
⑵电压比较器：选择比较器（比如LM139AD）、直流电源、
交流信号源、示波器等，创建单限比较器电路，如图5-46所示。
Re1 100
Re2 1.0k
RL 5.1k C3 10uF
图5-16 放大电路的输入电阻测量
⑵输出电阻测量
VCC 12V
Rb1 27k Rc 5.1k C2 Q2 10uF 2N1711 10uF Rs 1.0k Rb2 5.1k
XMM1
XMM2
C1
Re1 100
Re2 1.0k C3 10uF
RL 3k
图5-37 测量串联反馈电路的输入电阻
②断开反馈电阻Rf，重复①操作，得电流值为：2.174μA，可
计算出无串联反馈时的输入电阻为：Ri=4.6k
可见，引入串联负反馈可以增大交流输入电阻。
④将图5-31电压串联负反馈放大电路的输入端对地短接，去
掉负载电阻RL，在输出端接一交流信号源，并接上电压表、
C1 7
1
C3 Rb1 2 4 270k Q1 Q2 1uF BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
3
10uF V1 30mV 10kHz 0Deg
6
Rf
5 Re2 1.2k C2 1uF
RL 3k
10k Re1 500 0
图5-31 电压串联负反馈放大电路
⑴Q点分析
⑴选择实际集成运放3554AM、电阻、交流信号源、双通道 示波器等，创建同相比例运算电路，如图5-39所示。
XSC1
VCC 15V V1 R1
2 6
Ext Trig + _
U2
+
A _ +
B _
1k 2V 100 Hz 0Deg R2 1k
3554AM
5 7
1
VSS -15V R3 2k
R4 1k
VEE -12V
图5-27 双入双出差分放大电路
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-28 双入双出差分放大电路的输入输出波形
5.3.2 共模抑制特性分析
在图5-27中，将V2信号源方向反过来，即加上共模信号 vIC=v1,运行并双击示波器图标XSC2，调整A、B通道显示
比例,有5-29所示波形。
2 R2
1k
7
V2 5mV 1kHz 0Deg
3
R5 10k
VEE -12V
0
VEE
图5-24 双入单出差分放大电路
⑵ Q点分析
图5-25 差分放大电路的静态工作点
2. 差模放大倍数分析
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-26 差分放大电路的输入输出波形
电路改画为双入双出方式，创建如图5-27所示仿真电路。 运行并双击示波器，调整各通道显示比例可得图5-28所 示波形图。
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-29 差分放大电路输入共模信号时双端输出波形
当加共模输入信号，而从单端输出时，可得图5-30所示的输 入输出波形。
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-30 差分放大电路输入共模信号时单端输出波形
5.5运算放大电路的仿真分析 5.5.1比例运算电路
1 同相比例运算电路
图5-39 同相比例运算电路
⑵单击运行按钮，并双击示波器图标XSC1，可得如图5-40 所示的输入输出波形。
输出波形（A通道）
输入波形（B通道）
图5-40 同相比例运算电路的输入输出波形
图5-39所示同相比例运算电路的输出输入关系为：
uo R3 3 1 ui R2
图5-4 二极管开关电路的电压波形
5.2单管放大电路的仿真分析
5.2.1单管放大电路仿真分析
XSC1 VCC 12V VCC
Rb1 27k Rc 5.1k
A B _ + _ Ext T rig + _ +
0
3
C1 10uF Q2
C2 10uF
5
Rs 1.0k
2N1711
2
Rb2 5.1k
4
图5-38测量电压负反馈电路的输出电阻
可计算出电压负反馈放大电路的输出电阻为：10mV/51.47 μA=194Ω。 ⑤断开反馈电阻Rf，重复④操作，得电流值为：3.704μA， 可计算出无电压负反馈时输出电阻为 :10mV/3.704μA=2.7kΩ。
可见，引入电压负反馈的确可以减小输出电阻。
5.3 差分放大电路的仿真分析
③扩展频带，改善放大电路频率特性；
④减小非线性失真等。
本节利用Multisim的仿真分析方法对负反馈放大电路的主要性 能进行仿真分析。
5.4.1 负反馈放大电路动态特性分析 创建电路
XSC1
VCC 12V VCC Rc1 3k Rc2 2.7k
+ A _ + B _ Ext T rig + _
图5-32 电压串联负反馈放大电路的静态工作点
⑵负反馈放大电路放大倍数分析
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-33 电压串联负反馈放大电路的输入输出波形
5.4.2 负反馈对放大性能的影响 ⑴ 负反馈对放大倍数的影响
图5-34 有负反馈时的频率特性
图5-35 无负反馈时的频率特性
⑵负反馈对放大波形失真的影响 在图5-31中，断开反馈电阻Rf，运行可得无负反馈时输入输出 电压波形，如图5-36所示。
5.3.1差模放大性能仿真分析 1.静态工作点分析
⑴ 创建电路
VCC 12V
XSC2
Ext T rig + _ A B _ + _ +
VCC
R3 10k R4 10k R6 10k
5 6
R1 1k V1 5mV 1kHz 0Deg
0 4
Q2
1
Q1 BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
RL 5.1k C3 10uF
1 V1 10mV 2kHz 0Deg
8 Re1 100 10
Re2 1.0k
0
图5-11 单管放大电路
1. 静态工作点分析 ⑴创建电路 ⑵静态工作点分析
图5-12 单管放大电路的静态工作点
⑶输入输出波形
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-13 单管放大电路的输入输出波形
7
G T A B C D
10k U1
1
V1 来自百度文库V 100 Hz 0Deg R2 10k V2 3V
5
3554AM
6 2
R4 3.3k
R5 10k Vcc 15V
图5-43 反相比例加法运算电路
⑵单击运行按钮，并双击示波器图标XSC1，可得电路5-43 对应的输入输出波形，如图5-44所示。
10mV时的输入输出波形
30mV时的输入输出波形
图5-36 无反馈时放大电路的输入输出电压波形
可见，引入负反馈时，输出波形基本不失真，而同样电 路，同样输入信号下，在不引入负反馈时，输出波形出现正 负半波明显不对称，即出现了明显的非线性失真（上部的波
形），放大倍数明显增大。也就是说，不加负反馈时放
图5-2 二极管限幅电路的电压波形
2. 二极管开关电路
(1)创建电路
XSC1
G T A B C D
0
VCC
5V VCC
R1
3
1k
D1
2 200 Hz 5V 0
1
V1
V2
100 Hz 5V
1N1200C
D2
1N1200C
图5-3 二极管开关电路
(2)结果分析
电压源V1波形
电压源V2波形
输出（结点1）波形
大倍数较大，但可能出现较大的波形失真，而加上负反馈后，
放大倍数虽然减小，但可大大改善波形失真。
⑶负反馈对输入输出电阻的影响
交流负反馈的四种反馈组态中，串联负反 馈可以增大输入电阻，并联负反馈则可以减小输入电阻。
①在图5-31电压串联负反馈放大电路的输入端串接一交流电 表，如图5-37所示。
XSC1
第5章 Multisim 在模拟电子技术中的应用
本章按照模拟电子技术的主要内容,分别讨论 半导体器件、基本放大电路、差动放大电路、负 反馈放大电路、运算放大器应用电路、放大电路 的频率响应、振荡电路、滤波电路和稳压电源电 路的仿真方法和仿真过程。
5.1半导体器件的特性仿真分析
5.1.1半导体二极管特性与应用
图5-14 （Re1=0时）输入输出电压波形
2. 电压放大倍数
⑵电阻Re1对放大倍数影响 在测试标尺1处，输出信号最大幅值为369.423mV，测试标尺 2处输入信号最大幅值为-4.753mV。交流电压放大倍数约等于 -77.7，附加相移大约20.1μs。当Re1=300Ω时，交流电压放 大倍数大约只有-7.53左右。可见，射极偏置电阻Re1对放大 倍数的影响较大。
XSC2
VCC 12V
A B _ + _ Ext T rig + _ +
R3 10k R6 10k R1 1k V1 5mV 1kHz 0Deg Q1 BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL R5 10k
R4 10k
Q2
R2 1k V2 5mV 1kHz 0Deg
R1 1k
DIODE_VIRTUAL V1 D1 6V 50 Hz V2 0Deg 3V
A B _ + _
XSC1
Ext Trig + _ +
DIODE_VIRTUAL
D2 V3 3V
图5-1 二极管限幅电路
(2)结果分析
输入波形（A通道） 输出波形（B通道）
电流表，如图5-38所示。
VCC 12V Rc1 3k Rb1 270k Rc2 2.7k C3
XMM1
XMM2
C1 10uF
Q1 Q2 1uF BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
Rf 10k Re1 500 Re2 1.2k C2 1uF
V1 10mV 10kHz 0Deg
2. 电压放大倍数
⑴电压放大倍数测量
图5-13所示。从测量结果看，在图示的测试标尺1处，输入信 号幅值为-5.441mV，输出信号幅值为104.148 mV。输出电压 没有失真，电压放大倍数Au = Uo/Ui = -104.148/5.441 = -19.14. 图5-14
输出波形（B通道）
输入波形（A通道）
⑶调整R2、R3的数值，或改变信号的幅值及频率，重复⑵， 可得到同样的仿真结果。当然读者也可创建反相比例运算电路，
进行同样的仿真分析。
5.5.2 加法运算电路 ⑴选择实际集成运放3554AM、电阻、交流信号源和直流信 号源、四通道示波器等，创建反相比例加法运算电路， 如图5-43所示。
XSC1
VEE -15V R3 R1 10k
VCC 12V
A B _ + _ Ext Trig + _ +
XMM1
Rb1 270k
Rc1 3k
Rc2 2.7k
C3
C1 10uF
Q1 Q2 1uF BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
V1 10mV 10kHz 0Deg
XMM2
Rf 10k Re1 500 Re2 1.2k C2 1uF
的线性求和运算关系；在一定范围内改变信号的幅值及频
率，可得到同样的仿真结果；在一定范围内改变负载电阻 R5，仿真结果显示不影响输出输入关系。
5.5.3 电压跟随器和比较器电路 ⑴电压跟随器：选择集成运放、直流电源、交流信号源、 示波器等，创建电压跟随器电路，如图5-45所示。
VCC 12V
6 2
XSC1
V1 10mV 2kHz 0Deg
图5-17 放大电路的输出电阻测量
4. 温度对静态工作点的影响
图5-18温度扫描分析参数设置界面
图5-19 静态工作点温度扫描分析结果
图5-20 瞬态分析温度扫描分析结果
5.4 负反馈放大电路的仿真分析
交流负反馈对放大电路性能的改善主要表现在： ①稳定放大倍数； ②改变输入电阻和输出电阻；
输入信号V1（A通道） 输入信号V2（B通道）
输出信号（C通道 ）
图5-44 反相比例加法运算电路的输入输出波形
图5-43所示反相比例加法运算电路的输出输入关系为：
R3 R3 u o v1 v 2 v1 v 2 R R2 1
⑶调整R1、R2、R3的数值，重复②可以得到不同比例关系
XSC1
G T
VCC
2 6
A
B
C
D
15V
U1
1
V1 10 V 100 Hz 0Deg VCC 15V
⑶电压放大失真分析
输出波形（B通道）
输入波形（A通道）
图5-15 输出电压波形顶部失真
3. 输入输出电阻测量 ⑴输入电阻测量
VCC 12V XMM1
Rb1 27k C1 10uF Rc 5.1k C2 Q2 10uF
2N1711
XMM2
Rs 1.0k
V1 10mV 2kHz 0Deg
Rb2 5.1k
Key = A 5k
1
Ext Trig + _ A + _ + B _
U1 3554AM R1
V1 5V 100 Hz 0Deg
5
VSS
7
50%
-12V
图5-45 电压跟随器仿真电路
⑵电压比较器：选择比较器（比如LM139AD）、直流电源、
交流信号源、示波器等，创建单限比较器电路，如图5-46所示。
Re1 100
Re2 1.0k
RL 5.1k C3 10uF
图5-16 放大电路的输入电阻测量
⑵输出电阻测量
VCC 12V
Rb1 27k Rc 5.1k C2 Q2 10uF 2N1711 10uF Rs 1.0k Rb2 5.1k
XMM1
XMM2
C1
Re1 100
Re2 1.0k C3 10uF
RL 3k
图5-37 测量串联反馈电路的输入电阻
②断开反馈电阻Rf，重复①操作，得电流值为：2.174μA，可
计算出无串联反馈时的输入电阻为：Ri=4.6k
可见，引入串联负反馈可以增大交流输入电阻。
④将图5-31电压串联负反馈放大电路的输入端对地短接，去
掉负载电阻RL，在输出端接一交流信号源，并接上电压表、
C1 7
1
C3 Rb1 2 4 270k Q1 Q2 1uF BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
3
10uF V1 30mV 10kHz 0Deg
6
Rf
5 Re2 1.2k C2 1uF
RL 3k
10k Re1 500 0
图5-31 电压串联负反馈放大电路
⑴Q点分析
⑴选择实际集成运放3554AM、电阻、交流信号源、双通道 示波器等，创建同相比例运算电路，如图5-39所示。
XSC1
VCC 15V V1 R1
2 6
Ext Trig + _
U2
+
A _ +
B _
1k 2V 100 Hz 0Deg R2 1k
3554AM
5 7
1
VSS -15V R3 2k
R4 1k
VEE -12V
图5-27 双入双出差分放大电路
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-28 双入双出差分放大电路的输入输出波形
5.3.2 共模抑制特性分析
在图5-27中，将V2信号源方向反过来，即加上共模信号 vIC=v1,运行并双击示波器图标XSC2，调整A、B通道显示
比例,有5-29所示波形。
2 R2
1k
7
V2 5mV 1kHz 0Deg
3
R5 10k
VEE -12V
0
VEE
图5-24 双入单出差分放大电路
⑵ Q点分析
图5-25 差分放大电路的静态工作点
2. 差模放大倍数分析
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-26 差分放大电路的输入输出波形
电路改画为双入双出方式，创建如图5-27所示仿真电路。 运行并双击示波器，调整各通道显示比例可得图5-28所 示波形图。
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-29 差分放大电路输入共模信号时双端输出波形
当加共模输入信号，而从单端输出时，可得图5-30所示的输 入输出波形。
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-30 差分放大电路输入共模信号时单端输出波形
5.5运算放大电路的仿真分析 5.5.1比例运算电路
1 同相比例运算电路
图5-39 同相比例运算电路
⑵单击运行按钮，并双击示波器图标XSC1，可得如图5-40 所示的输入输出波形。
输出波形（A通道）
输入波形（B通道）
图5-40 同相比例运算电路的输入输出波形
图5-39所示同相比例运算电路的输出输入关系为：
uo R3 3 1 ui R2
图5-4 二极管开关电路的电压波形
5.2单管放大电路的仿真分析
5.2.1单管放大电路仿真分析
XSC1 VCC 12V VCC
Rb1 27k Rc 5.1k
A B _ + _ Ext T rig + _ +
0
3
C1 10uF Q2
C2 10uF
5
Rs 1.0k
2N1711
2
Rb2 5.1k
4
图5-38测量电压负反馈电路的输出电阻
可计算出电压负反馈放大电路的输出电阻为：10mV/51.47 μA=194Ω。 ⑤断开反馈电阻Rf，重复④操作，得电流值为：3.704μA， 可计算出无电压负反馈时输出电阻为 :10mV/3.704μA=2.7kΩ。
可见，引入电压负反馈的确可以减小输出电阻。
5.3 差分放大电路的仿真分析
③扩展频带，改善放大电路频率特性；
④减小非线性失真等。
本节利用Multisim的仿真分析方法对负反馈放大电路的主要性 能进行仿真分析。
5.4.1 负反馈放大电路动态特性分析 创建电路
XSC1
VCC 12V VCC Rc1 3k Rc2 2.7k
+ A _ + B _ Ext T rig + _
图5-32 电压串联负反馈放大电路的静态工作点
⑵负反馈放大电路放大倍数分析
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-33 电压串联负反馈放大电路的输入输出波形
5.4.2 负反馈对放大性能的影响 ⑴ 负反馈对放大倍数的影响
图5-34 有负反馈时的频率特性
图5-35 无负反馈时的频率特性
⑵负反馈对放大波形失真的影响 在图5-31中，断开反馈电阻Rf，运行可得无负反馈时输入输出 电压波形，如图5-36所示。
5.3.1差模放大性能仿真分析 1.静态工作点分析
⑴ 创建电路
VCC 12V
XSC2
Ext T rig + _ A B _ + _ +
VCC
R3 10k R4 10k R6 10k
5 6
R1 1k V1 5mV 1kHz 0Deg
0 4
Q2
1
Q1 BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL
RL 5.1k C3 10uF
1 V1 10mV 2kHz 0Deg
8 Re1 100 10
Re2 1.0k
0
图5-11 单管放大电路
1. 静态工作点分析 ⑴创建电路 ⑵静态工作点分析
图5-12 单管放大电路的静态工作点
⑶输入输出波形
输入波形（A通道）
输出波形（B通道）
图5-13 单管放大电路的输入输出波形
7
G T A B C D
10k U1
1
V1 来自百度文库V 100 Hz 0Deg R2 10k V2 3V
5
3554AM
6 2
R4 3.3k
R5 10k Vcc 15V
图5-43 反相比例加法运算电路
⑵单击运行按钮，并双击示波器图标XSC1，可得电路5-43 对应的输入输出波形，如图5-44所示。
10mV时的输入输出波形
30mV时的输入输出波形
图5-36 无反馈时放大电路的输入输出电压波形
可见，引入负反馈时，输出波形基本不失真，而同样电 路，同样输入信号下，在不引入负反馈时，输出波形出现正 负半波明显不对称，即出现了明显的非线性失真（上部的波
形），放大倍数明显增大。也就是说，不加负反馈时放
图5-2 二极管限幅电路的电压波形
2. 二极管开关电路
(1)创建电路
XSC1
G T A B C D
0
VCC
5V VCC
R1
3
1k
D1
2 200 Hz 5V 0
1
V1
V2
100 Hz 5V
1N1200C
D2
1N1200C
图5-3 二极管开关电路
(2)结果分析
电压源V1波形
电压源V2波形
输出（结点1）波形
大倍数较大，但可能出现较大的波形失真，而加上负反馈后，
放大倍数虽然减小，但可大大改善波形失真。
⑶负反馈对输入输出电阻的影响
交流负反馈的四种反馈组态中，串联负反 馈可以增大输入电阻，并联负反馈则可以减小输入电阻。
①在图5-31电压串联负反馈放大电路的输入端串接一交流电 表，如图5-37所示。
XSC1
第5章 Multisim 在模拟电子技术中的应用
本章按照模拟电子技术的主要内容,分别讨论 半导体器件、基本放大电路、差动放大电路、负 反馈放大电路、运算放大器应用电路、放大电路 的频率响应、振荡电路、滤波电路和稳压电源电 路的仿真方法和仿真过程。
5.1半导体器件的特性仿真分析
5.1.1半导体二极管特性与应用
图5-14 （Re1=0时）输入输出电压波形
2. 电压放大倍数
⑵电阻Re1对放大倍数影响 在测试标尺1处，输出信号最大幅值为369.423mV，测试标尺 2处输入信号最大幅值为-4.753mV。交流电压放大倍数约等于 -77.7，附加相移大约20.1μs。当Re1=300Ω时，交流电压放 大倍数大约只有-7.53左右。可见，射极偏置电阻Re1对放大 倍数的影响较大。
XSC2
VCC 12V
A B _ + _ Ext T rig + _ +
R3 10k R6 10k R1 1k V1 5mV 1kHz 0Deg Q1 BJT_NPN_VIRTUAL BJT_NPN_VIRTUAL R5 10k
R4 10k
Q2
R2 1k V2 5mV 1kHz 0Deg