multisim仿真分析

1、第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 7.1 三極管輸出特性曲線測(cè)試三極管輸出特性曲線測(cè)試7.2 單級(jí)共射放大電路單級(jí)共射放大電路7.3 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路7.4 共射放大電路頻率特性共射放大電路頻率特性7.5 負(fù)反饋放大電路負(fù)反饋放大電路7.6 非正弦波產(chǎn)生電路非正弦波產(chǎn)生電路7.7 整流與濾波整流與濾波7.8 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 習(xí)題習(xí)題 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 7.1 三極管輸出特性曲線測(cè)試三極管輸出特性曲線測(cè)試 三極管輸出特性曲線是指以三極管的集電極、發(fā)射極之間電壓uce作為坐標(biāo)橫軸，以三

2、極管集電極電流ic作為坐標(biāo)縱軸，改變基極電流ib的大小，測(cè)量ic 與uce之間的關(guān)系曲線。在模擬電路中，經(jīng)常需要測(cè)量放大電路的主要器件三極管的輸出特性曲線。對(duì)此，可以采用傳統(tǒng)的逐點(diǎn)測(cè)量法測(cè)量，電路如圖7-1所示。圖中，2N2712是一個(gè)NPN型三極管，XMM1、XMM2和XMM3是數(shù)字萬用表，分別用來測(cè)量基極電流、集電極電流以及集電極和發(fā)射極之間的電壓。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 圖7-1 逐點(diǎn)測(cè)量法電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 逐點(diǎn)測(cè)量法測(cè)量時(shí)的步驟如下：(1) 調(diào)整電壓源V1，使ib=1 mA。(2) 改變電壓源V2，使V2分別取0 V，1 V

3、，2 V，12 V，分別從電流表XMM2和電壓表XMM3上讀取數(shù)據(jù)，將以上測(cè)得數(shù)據(jù)在以u(píng)ce為橫軸，ic為縱軸的坐標(biāo)上逐點(diǎn)描出來，得到一條曲線。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (3) 改變電壓源V1，使基極電流ib分別取2 mA、3 mA、4 mA、5 mA，重復(fù)(2)，即可得到一組曲線，即三極管輸出特性曲線。由測(cè)試過程可以看出，逐點(diǎn)測(cè)量法復(fù)雜而繁瑣。我們不妨利用Multisim仿真分析法DC Sweep Analysis來測(cè)量三極管輸出特性曲線。方法如下：(1) 在Multisim電路窗口創(chuàng)建圖7-2所示測(cè)試電路。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 I11 A

4、V112 VQ12N2712圖7-2 三極管輸出特性曲線測(cè)試電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (2) 啟動(dòng)Simulate菜單中Analysis下的DC Sweep Analysis命令，打開DC Sweep Analysis對(duì)話框。有關(guān)參數(shù)設(shè)置(如何設(shè)置參數(shù)，請(qǐng)參閱5.2.1節(jié))如下：Source 1中，Source：vv1(因?yàn)関v1表示集電極和發(fā)射極之間的電壓，即uce，在三極管特性曲線中以此作為坐標(biāo)橫軸，故選擇vv1為Source1)；Start value：0 V；Stop value：8 V；Increment ：0.01 V(該值越小，顯示的曲線越平滑)。第7

5、章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 Source 2中，Source：iib(iib表示三極管基極電流，改變基極電流才能測(cè)試一組輸出特性曲線，故選擇iib為Source 2)；Start value：0 V；Stop value：0.0005 mA；Increment：0.0001 mA(該值越小，顯示的曲線越平滑)。Output variables：vvce#branch，這是流過電壓源V1的電流，即集電極電流-ic。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (3) 點(diǎn)擊圖5-13對(duì)話框上的Simulate按鈕，得到如圖7-3所示的曲線。 圖7-3 輸出曲線圖 第7章 Mul

6、tisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 由于圖7-3中輸出曲線以集電極電流-ic表示，不符合習(xí)慣，故啟動(dòng)Simulate菜單中的Postprocessor命令，將圖7-3中的曲線變 換 成 習(xí) 慣 表 示 法 ( 以 ic表 示 坐 標(biāo) 縱 軸 ) 。 在 彈 出 的Postprocessor對(duì)話框中，進(jìn)行如下設(shè)置(有關(guān)Postprocessor的參數(shù)設(shè)置請(qǐng)參閱5.6節(jié))：(1) 分別點(diǎn)擊 New Page和New Graph按鈕，建立新頁“三極管輸出特性曲線”和新曲線圖。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (2) 選擇Analysis Results欄內(nèi)的“三極管輸出特性測(cè)試”項(xiàng)下的

7、DC transfer characteristic(dc01)，然后選中Analysis Variables欄中的vvce#branch變量，點(diǎn)擊Copy Variable To Trace按鈕，再點(diǎn)擊Add Trace按鈕，這樣，一根dc01.vvce#branch曲線便出現(xiàn)在Traces to plot下部的欄中。(3) 重復(fù)上述步驟，直至dc06.vvce#branch。這是一簇曲線，后處理器每次只能處理一根曲線。(4) 點(diǎn)擊Draw按鈕，即可得到圖7-4所示的常見形式的三極管輸出特性曲線。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 圖7-4 三極管輸出特性曲線 第7章 Mult

8、isim在模擬電子線路中的應(yīng)用 7.2 單級(jí)共射放大電路單級(jí)共射放大電路 1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置首先創(chuàng)建圖7-5所示電路，運(yùn)行仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，可看到圖7-6(a)所示的輸出波形。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uFR510 kohmABTGXSC112 VVCCQ12N2712V110 mV7.07 mV_rms1000 Hz0 Deg437圖7-5 單級(jí)共射放大電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (a) 圖7-6 共射放大

9、電路輸出 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (b) 圖7-6 共射放大電路輸出 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 然后，雙擊電阻R3圖標(biāo)，改變?cè)?shù)至R3=27 kohm，可看到輸出波形如圖7-6(b)所示。很顯然，由于R3增大，三極管基極偏壓增大，致使基極電流、集電極電流增大，工作點(diǎn)上移，輸出波形出現(xiàn)了飽和失真。在電路窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中點(diǎn)擊show命令，選擇show node names。啟動(dòng)Simulate菜單中Analysis下的DC Operating Point命令，在彈出的對(duì)話框中的Output variables 頁將節(jié)點(diǎn)3，4，7

10、作為仿真分析節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊Simulat按鈕，可獲得仿真結(jié)果如下：V3=1.81598 V，V4=4.8422 V，V7=1.20401 V。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 2. 輸入信號(hào)的變化對(duì)放大電路輸出的影響輸入信號(hào)的變化對(duì)放大電路輸出的影響當(dāng)圖7-5所示電路的輸入信號(hào)幅值為5 mV時(shí)，測(cè)得輸出波形如圖7-7(a)所示。改變輸入信號(hào)幅值，使其分別為10 mV、15 mV、20 mV，輸出將出現(xiàn)不同程度的非線性失真，即輸出波形為上寬下窄。當(dāng)輸入信號(hào)幅值為21 mV時(shí)，輸出嚴(yán)重失真，如圖7-7(b)所示。由此說明，由于三極管的非線性，圖7-5所示共射放大電路僅適合于小信號(hào)放大，

11、當(dāng)輸入信號(hào)太大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非線性失真。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 圖7-7 改變輸入時(shí)的輸出波形 (a) 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (b) 圖7-7 改變輸入時(shí)的輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 3. 測(cè)量放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻測(cè)量放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的重要性能參數(shù)，下面利用Multisim儀器庫中的數(shù)字萬用表對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量。1) 測(cè)試放大倍數(shù)在圖7-5所示電路中，雙擊示波器圖標(biāo)，從示波器上觀測(cè)到輸入、輸出電壓值，計(jì)算電壓放大倍數(shù)Av = Vo/Vi。 第7

12、章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 2) 測(cè)量輸入電阻在輸入回路中接入電壓表和電流表(設(shè)置為交流AC)，如圖7-8所示。運(yùn)行仿真開關(guān)，分別從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則Rif = Ui /Ii，測(cè)得頻率為1 kHz時(shí)的輸入電阻。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uFR510 kohm12 VVCCQ12N2712V15 mV3.54 mV_rms1000 Hz0 DegXMM1XMM2R61 kohm圖7-8 輸入電阻測(cè)試電路 第7章 Multi

13、sim在模擬電子線路中的應(yīng)用 3) 測(cè)量輸出電阻根據(jù)輸出電阻計(jì)算方法，將負(fù)載開路，信號(hào)源短路，在輸出回路中接入電壓表和電流表(設(shè)置為交流AC)，如圖7-9所示，從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則Rof = Uo/Io，測(cè)得頻率為1 kHz時(shí)的輸出電阻。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uF12 VVCCQ12N2712XMM1XMM2V11 V0.71 V_rms1000 Hz0 Deg圖7-9 輸出電阻測(cè)試電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)

14、用 7.3 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 差動(dòng)放大電路是由兩個(gè)電路參數(shù)完全相同的單管放大電路，通過發(fā)射極耦合在一起的對(duì)稱式放大電路，具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。圖7-10為一個(gè)典型的恒流源差放電路，其中，三極管Q1、Q2構(gòu)成差放的兩個(gè)輸入管，Q1、Q2的集電極Vc1、Vc2構(gòu)成差放電路的兩個(gè)輸出端；三極管Q3、Q4構(gòu)成恒流源電路。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 ABTGQ12N2712Q22N2712Q32N2712Q42N2712R120 kohmR21 kohmR320 kohmR41 kohmR510 kohmR610 kohmV112 VXSC1C120 uFV3100

15、mV70.71 mV_rms1000 Hz0 DegR8500 ohmR10500 ohmV212 V圖7-10 恒流源差放電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 靜態(tài)時(shí)，Vi=0，由于電路對(duì)稱，雙端輸出電壓為0。差模輸入時(shí)，Vi1 = -Vi2，Vid =Vi1-Vi2。若采用雙端輸出，則負(fù)載R1的中點(diǎn)電位相當(dāng)于交流零電位，差模放大倍數(shù)Avd與單級(jí)放大倍數(shù)Avd1、Avd2相同，即Avd= Avd1=-Avd2；若采用單端輸出，則Avd= Avd1/2。共模輸入時(shí)，Vic =Vi1 =Vi2，Vc1 =Vc2，雙端輸出時(shí)輸出電壓為0，共模放大倍數(shù)Avc=0，共模抑制比KCMR=

16、。本節(jié)將通過示波器來驗(yàn)證差放電路的特性，并用參數(shù)掃描分析法分析差放電路不對(duì)稱時(shí)對(duì)輸出的影響。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 1. 測(cè)試差模放大特性測(cè)試差模放大特性在Multisim電路窗口連接圖7-10所示電路，其中，Vi1=V3、Vi2=0，這是一組任意輸入信號(hào)，但我們可以將這組任意信號(hào)分解為一對(duì)差模信號(hào)和一對(duì)共模信號(hào)。雙擊示波器圖標(biāo)，從示波器觀測(cè)到單端輸出時(shí)的輸出波形如圖7-11(a)所示。由示波器可測(cè)得輸入電壓Vi=10 mV時(shí)，輸出電壓Vo=-45.6 mV，由此可計(jì)算出單端輸出時(shí)差模電壓放大倍數(shù)Avd=Vo/Vi。因?yàn)锳vd1，故差放電路對(duì)差模信號(hào)具有放大特性。 第

17、7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (a) 圖7-11 差放電路輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 (b) 圖7-11 差放電路輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 2. 測(cè)試共模抑制特性測(cè)試共模抑制特性在Multisim電路窗口連接圖7-12所示電路，其中三極管Q1、Q2的兩輸入端并接在一起，為共模輸入信號(hào)。雙擊示波器圖標(biāo)，從示波器觀測(cè)到單端輸出時(shí)的輸出波形如圖7-11(b)所示。由示波器可測(cè)得輸入電壓Vi=10 mV時(shí)，輸出電壓Vo=-0.975 mV。由此可計(jì)算出單端輸出時(shí)共模電壓放大倍數(shù)Avc=Vo/Vi。因?yàn)锳vc1，故Av3。R3

18、、R4組成負(fù)反饋，其電壓放大倍數(shù)Av=(R4+R3)/R4。所以，要求R32R4。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 R1R2R3R4C2C11 uF123U1圖7-41 RC振蕩電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 正弦波振蕩電路有很多形式，本節(jié)以RC振蕩電路為例分析振蕩電路中各元件對(duì)輸出波形的影響。首先創(chuàng)建圖7-42所示電路。圖7-42中R1、C1、R2、C2構(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，R3、R4為集成運(yùn)放提供負(fù)反饋，D1、D2起穩(wěn)幅的作用。雙擊示波器圖標(biāo)，合理設(shè)置參數(shù)，測(cè)得輸出波形如圖7-43所示，移動(dòng)示波器指針，可測(cè)得輸出頻率。 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 ABTGXSC1R11 kohmR21 kohm15 kohmR46 kohmC21uFC11 uF12345U13554AMV112 VD1D2V212 VR3圖7-42 正弦波振蕩電路 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 圖7-43 振蕩器輸出波形 第7章 Multisim在模擬電子線路中的應(yīng)用 改變圖7-42中電阻R3，使R3分別取10 kohm和30 kohm，觀測(cè)輸出波形。當(dāng)R3=10 kohm時(shí)，由于R32R4，電路不能起振；而當(dāng)R3=30 k