核电子设计实验报告
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4、Multisim 的使用步骤
（1）用虚拟器件在工作区建立电路； （2）选定元件的模式、参数值和标号； （3）连接信号源等虚拟仪器； （4）选择分析功能和参数； （5）激活电路进行仿真； （6）保存电路图和仿真结果。
5、电路原理图设计
（1）、根据所学的线性放大器的内容进行电路设计，清除各部分电路的工作原理， 以及各参数的大致范围。 （2）、用 Multisim 画出已经设计好的线性放大器的电路的原理图。 （3）、运行仿真程序，检查是否有错误，如果有错误进行错误排查。 （4）、设计电路图
以子电路的形式将整个电路模块化，大致结构如上图。跟部分电路结构以 及原理已经在原理中介绍，再次不在赘述。下面给出所设计程序的仿真结果，并 进行简单分析。
XFG1 0
XSC2
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC3
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
如图 1 所示，该电路由电位器 RW1 来调节极-零电阻的阻值，通过调节，使 得下式中的 τ1 等于输入信号的时间常数
J11
R30 8
outopuuttpu3t3
3.C3k1Ω5 KeyJ1=0A
7
3nF C13
Key = A J14
6
1nF input3input3C14
Key = A J15
5
2nF Key = A R29
XFG1 0
XSC2
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC3
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
1 X1
inputi1nput1 output1 output2
2Biblioteka Baidu
X3
X2
inputi3nput3 output3 output3 inputi2nput2 output2 output2
3
2 1
51Ω 1kΩ 0
100nF3.9kΩ
0 100Ω
8
output1
4
1kΩ
output1
100pF
60
5
100Ω 3.9kΩ
7
100Ω VEE
-12V
100nF 0
图 1 阻抗匹配电路
2、极零相消电路
在几级相串联的系统中，将前级传 递函数的极（零）点和后级的零（极） 点相消，从而改善输出 波形的方法称 为极-零相消。
图 3 极性转换电路
4、可调放大节
放大器的放大倍数取决于输入信号幅度的大小和后续分析测量设备所要求 的大小。本电路才用了三级放大节，最大可以将信号放大 500 倍，可以保证对微 弱信号的有效放大；如果输入信号幅度较高可以通过放大倍数调节开关来调整放 大倍数，使线性放大器有一个合适的放大倍数。 放大节的电路如下图所示：
3
X4 inputi4nput4 output4 output44
5
X5 inputi5nput5 output5 outp6ut5
输入阻抗匹配子电路
极零相消子电路
三级放大子电路
两次积分滤波子电路 第三级积分子电路
XSC4
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
X6
inputi6nput6 output6 output6 output7
五、 设计原理
线性放大器主要由极性转换电路、极零相消电路、积分滤波成形电路、基 线恢复电路组成，线性放大器的主要任务是放大有用信号，降低信号噪声，提高 信号的噪声比，使信号成形，适合于后续电路分析。
由于线放的电路模块较多，为了方便调试与理解各个模块的作用，本次模拟
仿真采用了几个子电路完成。电路结构以及各个模块工作原理如下：
（2）、极零相消后谱形及相关参数
（3）、经过三级放大后谱形及相关参数 幅度：约为 30V
从放大结果来看采用的放大器的放大能力大概为 300 倍左右，这足以满足小 信号的放大。放大器的放大倍数可以通过改变各个放大节中的微动开关调节，因 此对于信号幅度较大的输入信号也能保证拥有合适的放大倍数。 （4）、经过三次积分电路滤波后谱形
0
3
2
1
200Ω 200Ω 400Ω 2.4kΩ
0
6
200Ω
200Ω
5
9
400Ω
input2
VCC VCC
17 0
i4np1u2tV2 3
7 1 1500nF
6
2
1kΩ
VCC1
48
-12V VCC1
100nF 0
8 100pF 0
16
VDD
0
12V 7 1 5100nF 7
3
6
2
48
VEE 10
100nF
在开关闭合钱 output6 中输出的波形形状以及幅度并没有太大的变化。
输入阻抗匹配子电路
极零相消子电路
三级放大子电路
两次积分滤波子电路 第三级积分子电路
XSC4
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
X6
inputi6nput6 output6 output6 output7
output7
基线恢复子电路 7
七、 实验结果 1、仿真结果及分析
（1）、输入信号：1kHZ 方波 幅度：100mv
二、 设计目的
通过 Multisim 的电路设计，对《核电子学与核辐射仪器》所学内容有更进 一步的理解，加深印象，使所学知识得以巩固和提高，全面掌握核电子学各模块 电路的设计，实现设计、模拟仿真的技术环节，提高分析问题解决问题的能力； 通过自主学习解决问题，激发学生对本专业的学习兴趣，培养学生进行科学研究 的基本能力，为其今后发展奠定基础。
核仪器课程设计
题 目：某种通用谱仪放大器电路的设计及仿真
学生姓名： x x x 班 级: xxxxxx 学 号： 09xxxxxx 指导教师： x x x 日 期： 2012 . 06 . 24
一、 课程设计时间及地点
时间：2012 年 6 月 11 日-2012 年 6 月 28 日 地点： 核电子实验室（信工楼 105）
S 1 H (S ) 1
1 S
2
极性转换电路主要用于改变输入信号的极性。当前置放大器输出信号为负 脉冲，如果想要将其转换为正脉冲可使其 通过负反馈放大器的反相端，如果不想改 变输入信号的极性可让其通过放大器的 同相端。本次采用的电路，极性转换电路 在第三级放大借前对极性进行转换，部分 将在放大电路中详细介绍。
_
0
1
X1
inputi1nput1 output1 output2
2
X3
X2
inputi3nput3 output3 output3 inputi2nput2 output2 output2
3
X4 inputi4nput4 output4 output44
5
X5 inputi5nput5 output5 outp6ut5
三、 设计要求
1、掌握 Multisim 软件的使用方法。 2、能够用 Multisim 软件对线性放大器进行仿真。 3、对仿真结果进行分析，理解线性放大器的工作原理。 4、培养学生自学能力，通过自己设计电路，让学生更好地理解线性放大器的工 作原理。
四、 设计任务
首先熟悉 Multisim 软件的基本功能，掌握该软件的使用方法，然后独立完 成用 Multisim 软件对线性放大器进行仿真，给出仿真结果，能够在软件的示波 器上显示出仿真图形。
C5、C6为电源滤波电容; R1-9 与C4 组成的RC 电路用于清除高频干扰; D1、D2 两
个稳压管用来限制输出脉冲的幅度, 以保证下一级放大电路正常工作( 不会被
过大的脉冲信号破坏) 。第一级放大单元的放大倍数最大为16 倍, 计算如下:
A1 =(R1- 10 + R1- 11 + R1- 12 + R1- 13)/(R1- 10)
=2
5、积分电路
积分电路为多级积分成形， 其作用是将信号成形为准高斯 波形。实验电路板上有 3 级积分 电路。图 5 所示为 2 级有源积分 滤波电路，其后再接一级无源积 分滤波电路。经过 3 次积分后可 输出准高斯波形脉冲信号。
图 5 有源积分滤波电路
6、基线恢复电路
图 6 所示为一无源 CDD 基线恢复电路。当输入脉冲计数率很高的时候，由 于耦合电容的充放电使得输出信号的基线产生偏移。为了使输出信号的基线恢复 到原来的位置，引入了基线恢复电路，通过它可使输出信号的基线恢复到原来的 位置上。
幅度：50V 左右
从图中可以看出谱形十分接近高斯函数波形，这样就能很好的满足后续电
路的分析要求，达到谱仪放大器放大和滤波的作用。需要说明的是我们采用的积 分电路实际上是有一定的放大能力的，所以最终的谱形相对于放大节输出的谱形 是的幅度有一定的放大。 （5）、经过基线恢复的谱形
这部分包括几个结果分别是在基线恢复电路中开关 K8 开闭两种状态下的 output6 和 output7 两个输出端口共四种输出结果：
R25 R26 R27 J116kΩJ12122kΩ36kΩ3 J13
2kΩ Key=A
0%
0
4 Key =KAey = A
Key = A
τi，从而消除输出信号的下冲。至于，微
分电路的成形时间可通过改变 C1 和 R1 来调节。
极零相消电路实际上是微分电路，因此在滤波成形电路中起到微分电路的作
用。
3、极性转换电路
2、Multisim 仿真软件的基本界面
3、Multisim 软件功能
Multisim 是一种虚拟的电子工作平台，在电子技术界广为应用，是目前世 界上最先进的计算机仿真设计软件。其特点是：图形界面操作易学易用，快捷方 便，真实准确，使用 Multisim 可实现大部分硬件电路实验的功能。
电子工作平台的设计实验工作区犹如一块“面包板”，在上面可建立各种电 路进行仿真实验。电子工作平台的器件库可为用户提供多种常用的模拟和数字器 件，设计和实验时可任意调用。虚拟器件在仿真时可设定为理想和实际模式，有 的虚拟器件还可直观显示。电子工作平台还具有强大的分析功能，可进行直流工 作点分析，暂态和稳态分析，高版本的 Multisi 还可进行傅里叶变换分析、噪 声及失真度分析等。在 Multisim 电子平台上操作，就像在电子实验室用真实的 电子器件进行电子实验一样清除、明白。
相端输入, 输出信号极性相反。如果探测器输出的信号为负, 而后级电路所需信
号极性为正, 可以通过短路块的选择, 接A3 的反相输入端, 即可将负极性信号
变成正极性信号。第三级放大倍数为:
A 1 =(R1- 30 + R 1- 21 + R 1- 32)/(R1- 21 + R1- 32)
=(2k + 1k + 1k)/(1k + 1k)
图 6 基线恢复电路
六、 实验步骤 1、软件安装
解 压 文 件 包 ， 然 后 进 行 Multisim9.0 软 件 的 安 装 。 运 行 “Multisim\INSTAL\setup.exe”安装文件，安装时序列号输入的是：T31T38768； 点击下一步：选择“I Will check for updates and messages manually”；点 击下一步：重启计算机安装完成后，再安装升级文件 “Multisim\UPDATE\setup.exe”装完后，再将“Multisiam\CRACK”目录下所有 文件拷贝到“Multisim9”的安装目录下覆盖原文件。第一次启动需要激活，激 活 码 ： 042865 激 活 后 就 可 以 正 常 运 行 。 如 需 要 中 文 的 话 可 以 安 装 汉 化 包 “Electronics Workbench9.0155 汉化.exe”这个文件。
=(200+ 200+ 400+ 2. 4k)/200
= 16
( 1)
在放大器的反馈回路中接了三个微动开关, 通过选择不同的反馈电阻, 来
调整放大倍数。第二级放大单元与第一级放大单元完全相同。对于第三级放大单
元, 在LM318 的反馈回路中接入了由C18、D5、R1-31 组成的消振电路, 并在输
入端设置了选择短路块。输入信号由同相端输入, 输出信号极性保持不变; 由反
output7
基线恢复子电路 7
1、阻抗匹配电路
程序针对实验用的程序进行了稍微改动。首先在输入端加入了由两级单管射 击跟随器（T1、T2）。设计跟随器具有放大倍数稳定（放大倍数约为 1）、输入阻
抗高输出阻抗低等特点。他在电路中主要起输入、输出阻抗匹配的作用。
12V VDD
input1
input1
50%
-12V 0
18pF 11 3.9kΩ
2.4kΩ
15
1kΩ 0
12 2kΩ
1kΩ
12V
14
3
2kΩ
2
13
VDD 0 7 11005nF
output2
6
output2
48
VEE
5pF 100kΩ 100nF
0
-12V
图 4 三级放大节电路
第一级放大单元由运算放大器( LM318) [ 2] 、电阻、电容、稳压管组成:
（1）用虚拟器件在工作区建立电路； （2）选定元件的模式、参数值和标号； （3）连接信号源等虚拟仪器； （4）选择分析功能和参数； （5）激活电路进行仿真； （6）保存电路图和仿真结果。
5、电路原理图设计
（1）、根据所学的线性放大器的内容进行电路设计，清除各部分电路的工作原理， 以及各参数的大致范围。 （2）、用 Multisim 画出已经设计好的线性放大器的电路的原理图。 （3）、运行仿真程序，检查是否有错误，如果有错误进行错误排查。 （4）、设计电路图
以子电路的形式将整个电路模块化，大致结构如上图。跟部分电路结构以 及原理已经在原理中介绍，再次不在赘述。下面给出所设计程序的仿真结果，并 进行简单分析。
XFG1 0
XSC2
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC3
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
如图 1 所示，该电路由电位器 RW1 来调节极-零电阻的阻值，通过调节，使 得下式中的 τ1 等于输入信号的时间常数
J11
R30 8
outopuuttpu3t3
3.C3k1Ω5 KeyJ1=0A
7
3nF C13
Key = A J14
6
1nF input3input3C14
Key = A J15
5
2nF Key = A R29
XFG1 0
XSC2
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC3
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
1 X1
inputi1nput1 output1 output2
2Biblioteka Baidu
X3
X2
inputi3nput3 output3 output3 inputi2nput2 output2 output2
3
2 1
51Ω 1kΩ 0
100nF3.9kΩ
0 100Ω
8
output1
4
1kΩ
output1
100pF
60
5
100Ω 3.9kΩ
7
100Ω VEE
-12V
100nF 0
图 1 阻抗匹配电路
2、极零相消电路
在几级相串联的系统中，将前级传 递函数的极（零）点和后级的零（极） 点相消，从而改善输出 波形的方法称 为极-零相消。
图 3 极性转换电路
4、可调放大节
放大器的放大倍数取决于输入信号幅度的大小和后续分析测量设备所要求 的大小。本电路才用了三级放大节，最大可以将信号放大 500 倍，可以保证对微 弱信号的有效放大；如果输入信号幅度较高可以通过放大倍数调节开关来调整放 大倍数，使线性放大器有一个合适的放大倍数。 放大节的电路如下图所示：
3
X4 inputi4nput4 output4 output44
5
X5 inputi5nput5 output5 outp6ut5
输入阻抗匹配子电路
极零相消子电路
三级放大子电路
两次积分滤波子电路 第三级积分子电路
XSC4
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
X6
inputi6nput6 output6 output6 output7
五、 设计原理
线性放大器主要由极性转换电路、极零相消电路、积分滤波成形电路、基 线恢复电路组成，线性放大器的主要任务是放大有用信号，降低信号噪声，提高 信号的噪声比，使信号成形，适合于后续电路分析。
由于线放的电路模块较多，为了方便调试与理解各个模块的作用，本次模拟
仿真采用了几个子电路完成。电路结构以及各个模块工作原理如下：
（2）、极零相消后谱形及相关参数
（3）、经过三级放大后谱形及相关参数 幅度：约为 30V
从放大结果来看采用的放大器的放大能力大概为 300 倍左右，这足以满足小 信号的放大。放大器的放大倍数可以通过改变各个放大节中的微动开关调节，因 此对于信号幅度较大的输入信号也能保证拥有合适的放大倍数。 （4）、经过三次积分电路滤波后谱形
0
3
2
1
200Ω 200Ω 400Ω 2.4kΩ
0
6
200Ω
200Ω
5
9
400Ω
input2
VCC VCC
17 0
i4np1u2tV2 3
7 1 1500nF
6
2
1kΩ
VCC1
48
-12V VCC1
100nF 0
8 100pF 0
16
VDD
0
12V 7 1 5100nF 7
3
6
2
48
VEE 10
100nF
在开关闭合钱 output6 中输出的波形形状以及幅度并没有太大的变化。
输入阻抗匹配子电路
极零相消子电路
三级放大子电路
两次积分滤波子电路 第三级积分子电路
XSC4
A +_
B +_
Ext Trig +
_
0
X6
inputi6nput6 output6 output6 output7
output7
基线恢复子电路 7
七、 实验结果 1、仿真结果及分析
（1）、输入信号：1kHZ 方波 幅度：100mv
二、 设计目的
通过 Multisim 的电路设计，对《核电子学与核辐射仪器》所学内容有更进 一步的理解，加深印象，使所学知识得以巩固和提高，全面掌握核电子学各模块 电路的设计，实现设计、模拟仿真的技术环节，提高分析问题解决问题的能力； 通过自主学习解决问题，激发学生对本专业的学习兴趣，培养学生进行科学研究 的基本能力，为其今后发展奠定基础。
核仪器课程设计
题 目：某种通用谱仪放大器电路的设计及仿真
学生姓名： x x x 班 级: xxxxxx 学 号： 09xxxxxx 指导教师： x x x 日 期： 2012 . 06 . 24
一、 课程设计时间及地点
时间：2012 年 6 月 11 日-2012 年 6 月 28 日 地点： 核电子实验室（信工楼 105）
S 1 H (S ) 1
1 S
2
极性转换电路主要用于改变输入信号的极性。当前置放大器输出信号为负 脉冲，如果想要将其转换为正脉冲可使其 通过负反馈放大器的反相端，如果不想改 变输入信号的极性可让其通过放大器的 同相端。本次采用的电路，极性转换电路 在第三级放大借前对极性进行转换，部分 将在放大电路中详细介绍。
_
0
1
X1
inputi1nput1 output1 output2
2
X3
X2
inputi3nput3 output3 output3 inputi2nput2 output2 output2
3
X4 inputi4nput4 output4 output44
5
X5 inputi5nput5 output5 outp6ut5
三、 设计要求
1、掌握 Multisim 软件的使用方法。 2、能够用 Multisim 软件对线性放大器进行仿真。 3、对仿真结果进行分析，理解线性放大器的工作原理。 4、培养学生自学能力，通过自己设计电路，让学生更好地理解线性放大器的工 作原理。
四、 设计任务
首先熟悉 Multisim 软件的基本功能，掌握该软件的使用方法，然后独立完 成用 Multisim 软件对线性放大器进行仿真，给出仿真结果，能够在软件的示波 器上显示出仿真图形。
C5、C6为电源滤波电容; R1-9 与C4 组成的RC 电路用于清除高频干扰; D1、D2 两
个稳压管用来限制输出脉冲的幅度, 以保证下一级放大电路正常工作( 不会被
过大的脉冲信号破坏) 。第一级放大单元的放大倍数最大为16 倍, 计算如下:
A1 =(R1- 10 + R1- 11 + R1- 12 + R1- 13)/(R1- 10)
=2
5、积分电路
积分电路为多级积分成形， 其作用是将信号成形为准高斯 波形。实验电路板上有 3 级积分 电路。图 5 所示为 2 级有源积分 滤波电路，其后再接一级无源积 分滤波电路。经过 3 次积分后可 输出准高斯波形脉冲信号。
图 5 有源积分滤波电路
6、基线恢复电路
图 6 所示为一无源 CDD 基线恢复电路。当输入脉冲计数率很高的时候，由 于耦合电容的充放电使得输出信号的基线产生偏移。为了使输出信号的基线恢复 到原来的位置，引入了基线恢复电路，通过它可使输出信号的基线恢复到原来的 位置上。
幅度：50V 左右
从图中可以看出谱形十分接近高斯函数波形，这样就能很好的满足后续电
路的分析要求，达到谱仪放大器放大和滤波的作用。需要说明的是我们采用的积 分电路实际上是有一定的放大能力的，所以最终的谱形相对于放大节输出的谱形 是的幅度有一定的放大。 （5）、经过基线恢复的谱形
这部分包括几个结果分别是在基线恢复电路中开关 K8 开闭两种状态下的 output6 和 output7 两个输出端口共四种输出结果：
R25 R26 R27 J116kΩJ12122kΩ36kΩ3 J13
2kΩ Key=A
0%
0
4 Key =KAey = A
Key = A
τi，从而消除输出信号的下冲。至于，微
分电路的成形时间可通过改变 C1 和 R1 来调节。
极零相消电路实际上是微分电路，因此在滤波成形电路中起到微分电路的作
用。
3、极性转换电路
2、Multisim 仿真软件的基本界面
3、Multisim 软件功能
Multisim 是一种虚拟的电子工作平台，在电子技术界广为应用，是目前世 界上最先进的计算机仿真设计软件。其特点是：图形界面操作易学易用，快捷方 便，真实准确，使用 Multisim 可实现大部分硬件电路实验的功能。
电子工作平台的设计实验工作区犹如一块“面包板”，在上面可建立各种电 路进行仿真实验。电子工作平台的器件库可为用户提供多种常用的模拟和数字器 件，设计和实验时可任意调用。虚拟器件在仿真时可设定为理想和实际模式，有 的虚拟器件还可直观显示。电子工作平台还具有强大的分析功能，可进行直流工 作点分析，暂态和稳态分析，高版本的 Multisi 还可进行傅里叶变换分析、噪 声及失真度分析等。在 Multisim 电子平台上操作，就像在电子实验室用真实的 电子器件进行电子实验一样清除、明白。
相端输入, 输出信号极性相反。如果探测器输出的信号为负, 而后级电路所需信
号极性为正, 可以通过短路块的选择, 接A3 的反相输入端, 即可将负极性信号
变成正极性信号。第三级放大倍数为:
A 1 =(R1- 30 + R 1- 21 + R 1- 32)/(R1- 21 + R1- 32)
=(2k + 1k + 1k)/(1k + 1k)
图 6 基线恢复电路
六、 实验步骤 1、软件安装
解 压 文 件 包 ， 然 后 进 行 Multisim9.0 软 件 的 安 装 。 运 行 “Multisim\INSTAL\setup.exe”安装文件，安装时序列号输入的是：T31T38768； 点击下一步：选择“I Will check for updates and messages manually”；点 击下一步：重启计算机安装完成后，再安装升级文件 “Multisim\UPDATE\setup.exe”装完后，再将“Multisiam\CRACK”目录下所有 文件拷贝到“Multisim9”的安装目录下覆盖原文件。第一次启动需要激活，激 活 码 ： 042865 激 活 后 就 可 以 正 常 运 行 。 如 需 要 中 文 的 话 可 以 安 装 汉 化 包 “Electronics Workbench9.0155 汉化.exe”这个文件。
=(200+ 200+ 400+ 2. 4k)/200
= 16
( 1)
在放大器的反馈回路中接了三个微动开关, 通过选择不同的反馈电阻, 来
调整放大倍数。第二级放大单元与第一级放大单元完全相同。对于第三级放大单
元, 在LM318 的反馈回路中接入了由C18、D5、R1-31 组成的消振电路, 并在输
入端设置了选择短路块。输入信号由同相端输入, 输出信号极性保持不变; 由反
output7
基线恢复子电路 7
1、阻抗匹配电路
程序针对实验用的程序进行了稍微改动。首先在输入端加入了由两级单管射 击跟随器（T1、T2）。设计跟随器具有放大倍数稳定（放大倍数约为 1）、输入阻
抗高输出阻抗低等特点。他在电路中主要起输入、输出阻抗匹配的作用。
12V VDD
input1
input1
50%
-12V 0
18pF 11 3.9kΩ
2.4kΩ
15
1kΩ 0
12 2kΩ
1kΩ
12V
14
3
2kΩ
2
13
VDD 0 7 11005nF
output2
6
output2
48
VEE
5pF 100kΩ 100nF
0
-12V
图 4 三级放大节电路
第一级放大单元由运算放大器( LM318) [ 2] 、电阻、电容、稳压管组成: