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1、第 13 章 Multisim 模擬電路仿真本章 Multisim10 電路仿真軟件，講解使用Multisim 進(jìn)行模擬電路仿真的基本方法。目錄1. Multisim 軟件入門2. 二極管電路3. 基本放大電路4. 差分放大電路5. 負(fù)反饋放大電路6. 集成運(yùn)放信號運(yùn)算和處理電路7. 互補(bǔ)對稱（ OCL ）功率放大電路8. 信號產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換電路9. 可調(diào)式三端集成直流穩(wěn)壓電源電路13.1 Multisim用戶界面及基本操作13.1.1 Multisim 用戶界面在眾多的EDA 仿真軟件中， Multisim 軟件界面友好、 功能強(qiáng)大、 易學(xué)易用， 受到電類設(shè)計(jì)開發(fā)人員的青睞。 Multisim

2、用軟件方法虛擬電子元器件及儀器儀表，將元器件和儀器集合為一體，是原理圖設(shè)計(jì)、電路測試的虛擬仿真軟件。Multisim來源于加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technologies ，簡稱 IIT 公司）推出的以Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，原名EWB 。IIT 公司于 1988 年推出一個(gè)用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的EDA 工具軟件Electronics Work Bench（電子工作臺(tái)，簡稱EWB ），以界面形象直觀、操作方便、分析功能強(qiáng)大、易學(xué)易用而得到迅速推廣使用。1996 年 IIT 推出了 EWB5.0 版本，在 EWB5.x 版本之后，從EWB6.0 版

3、本開始， IIT 對 EWB 進(jìn)行了較大變動(dòng)，名稱改為Multisim （多功能仿真軟件） 。IIT 后被美國國家儀器（NI ， National Instruments ）公司收購，軟件更名為NI Multisim ，Multisim經(jīng)歷了多個(gè)版本的升級，已經(jīng)有Multisim2001 、 Multisim7 、 Multisim8 、Multisim9、Multisim10等版本，9 版本之后增加了單片機(jī)和LabVIEW虛擬儀器的仿真和應(yīng)用。下面以 Multisim10 為例介紹其基本操作。 圖 13.1-1 是 Multisim10 的用戶界面， 包括菜單欄、 標(biāo)準(zhǔn)工具欄、主工具欄、虛擬

4、儀器工具欄、元器件工具欄、仿真按鈕、狀態(tài)欄、電路圖編輯區(qū)等組成部分。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.1-1 Multisim10 用戶界面菜單欄與 Windows 應(yīng)用程序相似，如圖13.1-2 所示。圖 13.1-2 Multisim 菜單欄其中， Options 菜單下的 Global Preferences 和 Sheet Properties 可進(jìn)行個(gè)性化界面設(shè)置， Multisim10 提供兩套電氣元器件符號標(biāo)準(zhǔn)：ANSI ：美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)，美國標(biāo)準(zhǔn)，默認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)，本章采用默認(rèn)設(shè)置； DIN ：德國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)，與中國符號標(biāo)準(zhǔn)一致。工具欄是標(biāo)準(zhǔn)的Windows

5、應(yīng)用程序風(fēng)格。標(biāo)準(zhǔn)工具欄：視圖工具欄：圖 13.1-3 是主工具欄及按鈕名稱， 圖 13.1-4 是元器件工具欄及按鈕名稱， 圖 13.1-5 是虛擬儀器工具欄及儀器名稱。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.1-3 Multisim 主工具欄圖 13.1-4 Multisim 元器件工具欄圖 13.1-5 Multisim 虛擬儀器工具欄項(xiàng)目管理器位于 Multisim10 工作界面的左半部分， 電路以分層的形式展示， 主要用于層次電路的顯示， 3 個(gè)標(biāo)簽為：Hierarchy ：對不同電路的分層顯示，單擊“新建”按鈕將生成Circuit2 電路；Visibility ：設(shè)置是否顯示電路

6、的各種參數(shù)標(biāo)識，如集成電路的引腳名； Project View ：顯示同一電路的不同頁。13.1.2 Multisim 仿真基本操作Multisim10 仿真的基本步驟為：1. 建立電路文件2. 放置元器件和儀表3. 元器件編輯4. 連線和進(jìn)一步調(diào)整專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。5. 電路仿真6. 輸出分析結(jié)果具體方式如下：1. 建立電路文件具體建立電路文件的方法有：打開 Multisim10 時(shí)自動(dòng)打開空白電路文件Circuit1 ，保存時(shí)可以重新命名菜單 File/New工具欄 New 按鈕快捷鍵 Ctrl+N2. 放置元器件和儀表Multisim10的元件數(shù)據(jù)庫有：主元件庫（Maste

7、r Database），用戶元件庫（ User Database），合作元件庫（ Corporate Database），后兩個(gè)庫由用戶或合作人創(chuàng)建，新安裝的Multisim10 中這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫是空的。放置元器件的方法有：菜單 Place Component元件工具欄： Place/Component在繪圖區(qū)右擊，利用彈出菜單放置快捷鍵 Ctrl+W放置儀表可以點(diǎn)擊虛擬儀器工具欄相應(yīng)按鈕，或者使用菜單方式。以晶體管單管共射放大電路放置+12V 電源為例，點(diǎn)擊元器件工具欄放置電源按鈕（Place Source），得到如圖13.1-6 所示界面。圖 13.1-6 放置電源修改電壓值為 12V ，如

8、圖 13.1-7 所示。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.1-7 修改電壓源的電壓值同理，放置接地端和電阻，如圖13.1-8 所示。圖 13.1-8 放置接地端（左圖）和電阻（右圖）圖 13.1-9 為放置了元器件和儀器儀表的效果圖，其中左下角是函數(shù)信號發(fā)生器，右上角是雙通道示波器。圖 13.1-9 放置元器件和儀器儀表專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。3. 元器件編輯（ 1）元器件參數(shù)設(shè)置雙擊元器件，彈出相關(guān)對話框，選項(xiàng)卡包括：Label：標(biāo)簽， Refdes 編號，由系統(tǒng)自動(dòng)分配，可以修改，但須保證編號唯一性 Display ：顯示Value：數(shù)值Fault：故障設(shè)置，Leakage

9、 漏電； Short 短路； Open 開路； None 無故障（默認(rèn)）Pins：引腳，各引腳編號、類型、電氣狀態(tài)（ 2）元器件向?qū)В?Component Wizard ）對特殊要求，可以用元器件向?qū)Ь庉嬜约旱脑骷?，一般是在已有元器件基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯和修改。方法是：菜單 Tools/ Component Wizard ，按照規(guī)定步驟編輯， 用元器件向?qū)Ь庉嬌傻脑骷胖迷?User Database（用戶數(shù)據(jù)庫）中。4. 連線和進(jìn)一步調(diào)整連線：（ 1）自動(dòng)連線：單擊起始引腳，鼠標(biāo)指針變?yōu)椤笆弊中?，移?dòng)鼠標(biāo)至目標(biāo)引腳或?qū)Ь€，單擊，則連線完成，當(dāng)導(dǎo)線連接后呈現(xiàn)丁字交叉時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)在交叉點(diǎn)放節(jié)點(diǎn)

10、（Junction）；（ 2）手動(dòng)連線：單擊起始引腳，鼠標(biāo)指針變?yōu)椤笆弊中魏?，在需要拐彎處單擊，可以固定連線的拐彎點(diǎn)，從而設(shè)定連線路徑；（ 3）關(guān)于交叉點(diǎn)， Multisim10 默認(rèn)丁字交叉為導(dǎo)通，十字交叉為不導(dǎo)通，對于十字交叉而希望導(dǎo)通的情況，可以分段連線，即先連接起點(diǎn)到交叉點(diǎn)，然后連接交叉點(diǎn)到終點(diǎn)；也可以在已有連線上增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)（ Junction ），從該節(jié)點(diǎn)引出新的連線，添加節(jié)點(diǎn)可以使用菜單Place/Junction，或者使用快捷鍵Ctrl+J 。進(jìn)一步調(diào)整：（ 1）調(diào)整位置：單擊選定元件，移動(dòng)至合適位置；（ 2）改變標(biāo)號：雙擊進(jìn)入屬性對話框更改；（ 3）顯示節(jié)點(diǎn)編號以方便仿真結(jié)

11、果輸出： 菜單 Options/Sheet Properties/Circuit/Net Names ，選擇 Show All ；（ 4）導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)刪除：右擊 /Delete，或者點(diǎn)擊選中，按鍵盤 Delete 鍵。圖 13.1-10 是連線和調(diào)整后的電路圖，圖13.1-11 是顯示節(jié)點(diǎn)編號后的電路圖。圖 13.1-10 連線和調(diào)整后的電路圖專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。（ a）顯示節(jié)點(diǎn)編號對話框（ b）顯示節(jié)點(diǎn)編號后的電路圖圖 13.1-11 電路圖的節(jié)點(diǎn)編號顯示5. 電路仿真基本方法：按下仿真開關(guān)，電路開始工作， Multisim 界面的狀態(tài)欄右端出現(xiàn)仿真狀態(tài)指示；雙擊虛擬儀器，進(jìn)行儀器

12、設(shè)置，獲得仿真結(jié)果圖 13.1-12 是示波器界面，雙擊示波器，進(jìn)行儀器設(shè)置，可以點(diǎn)擊Reverse 按鈕將其背景反色，使用兩個(gè)測量標(biāo)尺，顯示區(qū)給出對應(yīng)時(shí)間及該時(shí)間的電壓波形幅值，也可以用測量標(biāo)尺測量信號周期。圖 13.1-12 示波器界面（右圖為點(diǎn)擊Reverse 按鈕將背景反色）6. 輸出分析結(jié)果使用菜單命令Simulate/Analyses ，以上述單管共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)分析為例，步驟如下：菜單 Simulate/Analyses/DC Operating Point選擇輸出節(jié)點(diǎn)1、 4、 5，點(diǎn)擊 ADD 、 Simulate專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.1-13靜態(tài)

13、工作點(diǎn)分析13.2二極管及三極管電路13.2.1 二極管參數(shù)測試仿真實(shí)驗(yàn)半導(dǎo)體二極管是由PN 結(jié)構(gòu)成的一種非線性元件。典型的二極管伏安特性曲線可分為4 個(gè)區(qū)：死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反向截止區(qū)、反向擊穿區(qū)，二極管具有單向?qū)щ娦?、穩(wěn)壓特性，利用這些特性可以構(gòu)成整流、限幅、鉗位、穩(wěn)壓等功能電路。半導(dǎo)體二極管正向特性參數(shù)測試電路如圖13.2-1 所示。表 13.2-1 是正向測試的數(shù)據(jù)，從仿真數(shù)據(jù)可以看出：二極管電阻值rd 不是固定值，當(dāng)二極管兩端正向電壓小，處于“死區(qū)”，正向電阻很大、正向電流很小，當(dāng)二極管兩端正向電壓超過死區(qū)電壓，正向電流急劇增加，正向電阻也迅速減小，處于“正向?qū)▍^(qū)”。圖 13.2-

14、1 二極管正向特性測試電路表 13.2-1 二極管正向特性仿真測試數(shù)據(jù)Rw10%20%30%50%70%90%Vd/mV299496544583613660Id/mA0.0040.2480.6841.5292.8607.286專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。rd=Vd/Id （歐姆）74750200079538121490.58半導(dǎo)體二極管反向特性參數(shù)測試電路如圖13.2-2 所示。圖 13.2-2 二極管反向特性測試電路表 13.2-2 是反向測試的數(shù)據(jù)，從仿真數(shù)據(jù)可以看出：二極管反向電阻較大，而正向電阻小，故具有單向特性。反向電壓超過一定數(shù)值（ V BR ），進(jìn)入“反向擊穿區(qū)” ，反向電壓

15、的微小增大會(huì)導(dǎo)致反向電流急劇增加。表 13.2-2 二極管反向特性仿真測試數(shù)據(jù)Rw10%30%50%80%90%100%Vd/mV100003000049993799828018080327Id/mA00.0040.0070.04335197rd=Vd/Id （歐姆）7.5E67.1E61.8E62290.9407.813.2.2 二極管電路分析仿真實(shí)驗(yàn)二極管是非線性器件，引入線性電路模型可使分析更簡單。有兩種線性模型：（ 1）大信號狀態(tài)下的理想二極管模型，理想二極管相當(dāng)于一個(gè)理想開關(guān)；（ 2）正向壓降與外加電壓相比不可忽略，且正向電阻與外接電阻相比可以忽略時(shí)的恒壓源模型，即一個(gè)恒壓源與一個(gè)理

16、想二極管串聯(lián)。圖 13.2-3 是二極管實(shí)驗(yàn)電路，由圖中的電壓表可以讀出：二極管導(dǎo)通電壓Von = 0.617V; 輸出電壓Vo = -2.617V 。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.2-3 二極管實(shí)驗(yàn)電路（二極管為IN4148 ）利用二極管的單向?qū)щ娦?、正向?qū)ê笃鋲航祷竞愣ǖ奶匦?，可?shí)現(xiàn)對輸入信號的限幅，圖 13.2-4（ a）是二極管雙向限幅實(shí)驗(yàn)電路。V1 和 V2 是兩個(gè)電壓源，根據(jù)電路圖，上限幅值為：V1+V on，下限幅值為：V2 Von。在 Vi 的正半周，當(dāng)輸入信號幅值小于（V1+V on）時(shí)， D1 、D2 均截止，故 Vo = Vi ；當(dāng) Vi 大于（ V1+V

17、 on）時(shí)， D1 導(dǎo)通、 D2 截止， Vo = V1+V on 4.65V ；在 Vi 的負(fù)半周，當(dāng) |Vi| （ V2+V on）時(shí)， D2 導(dǎo)通、 D1 截止， Vo = -（ V2+V on） -2.65V 。圖 13.2-4（ b）是二極管雙向限幅實(shí)驗(yàn)電路的仿真結(jié)果，輸出電壓波形與理論分析基本一致。（ a）二極管雙向限幅仿真電路（ b）輸出電壓波形圖 13.2-4 二極管雙向限幅實(shí)驗(yàn)電路13.2.3 三極管特性測試選擇虛擬晶體管特性測試儀（IV-Analysis ） XIV1 ，雙擊該圖標(biāo)，彈出測試儀界面，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，如圖 13.2-5 所示，點(diǎn)擊Sim_Param 按鈕，設(shè)置集

18、射極電壓Vce 的起始范圍、基極電流I b 的起始范圍，以及基極電流增加步數(shù) Num_Steps（對應(yīng)特性曲線的根數(shù)） ，單擊仿真按鈕， 得到一簇三極管輸出特性曲線。右擊其中的一條曲線，選擇 show select marts，則選中了某一條特性曲線，移動(dòng)測試標(biāo)尺，則在儀器界面下部可以顯示對應(yīng)的基極電流I b 、集射極電壓 Vce 、集電極電流I c 。根據(jù)測得的I b 和 I c 值，可以計(jì)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。算出該工作點(diǎn)處的直流電流放大倍數(shù)，根據(jù)測得的I b 和I c ，可以計(jì)算出交流電流放大倍數(shù)。圖 13.2-5 用晶體管特性測試儀測量三極管特性13.3單管基本放大電路13.

19、3.1 共射放大電路仿真實(shí)驗(yàn)放大是對模擬信號最基本的處理，圖13.3-1 是單管共射放大電路（NPN 型三極管）的仿真電路圖。圖 13.3-1 單管共射放大電路（ NPN 型三極管）進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析，采用菜單命令Simulate/Analysis/DC Operating Point ，在對話框中設(shè)置分析節(jié)點(diǎn)及電壓或電流變量，如圖13.3-2 所示。圖 13.3-3 是直流工作點(diǎn)分析結(jié)果。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.3-2 直流工作點(diǎn)分析對話框圖 13.3-3 直流工作點(diǎn)分析結(jié)果當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)合適，并且加入合適幅值的正弦信號時(shí)，可以得到基本無失真的輸出，如圖13.3-4所示。專業(yè)

20、文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.3-4 單管共射放大電路輸入輸出波形但是，持續(xù)增大輸入信號， 由于超出了晶體管工作的線性工作區(qū)， 將導(dǎo)致輸出波形失真， 如圖 13.3-5 （ a）所示，圖 13.3-5（ b）是進(jìn)行傅里葉頻譜分析的結(jié)果，可見輸出波形含有高次諧波分量。（a）輸出波形失真（ b）傅里葉頻譜分析結(jié)果圖 13.3-5 增大輸入后的失真輸出波形及其頻譜分析結(jié)果靜態(tài)工作點(diǎn)過低或者過高也會(huì)導(dǎo)致輸出波形失真，如圖13.3-6 所示，由于基極電阻Rb 過小，導(dǎo)致基極電流過大，靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)，集電極電流也因此變大，輸出電壓VoVcci c Rc ，大的集電極電流導(dǎo)致整個(gè)電路的輸出電壓

21、變小，因此從輸出波形上看，輸出波形的下半周趨于被削平了，屬于飽和失真。圖 13.3-6 減小 Rb 后的失真輸出波形13.3.2 場效應(yīng)管放大電路仿真實(shí)驗(yàn)1. 場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。 效 管的 移特性指漏-源 v DS 固定 ， - 源 vGS 漏極 流i D 的控制特性，即i D f (vGS ) |vDS Cons tan t ，按照 13.3-7 搭建 N 溝道增 型 效 管 移特性 路，單擊 Multisim10菜 “ Simulate/Analyses/DC Sweep ” 直流 描分析功能，在 出的 框“Analysis Parameters”中 置所要

22、 描的直流 源vGS ，并 置起始和 止 、步 ，在“Output ” 卡中 點(diǎn)2 的電壓 V2 分析 點(diǎn)， 由于源極 阻 R S 1，所以 V2 的數(shù) 等于源極 流， 也等于漏極 流 i D 。由 13.3-7（ b）可知， N 溝道增 型 效 管2N7002 的開啟 VGS（th） 2V 。（ a）仿真 路（b） 移特性仿真 果圖 13.3-7 效 管 移特性直流 描分析2. 效 管共源放大 路圖 13.3-8 是 效 管共源放大 路仿真 路 ， 整 阻Rg1 和 Rg 2 構(gòu)成的分 網(wǎng) 可以改 vGSQ ，從而改 放大倍數(shù)。此外，改 阻Rd 、 Rs 也可改 出 。（ a）仿真 路（ b

23、） 入和 出 波形圖 13.3-8 效 管共源放大 路仿真專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。13.4放大電路指標(biāo)測量13.4.1 輸入電阻測量萬用表可以測量交直流電壓、交直流電流、電阻、電路中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的分貝損耗，不需用戶設(shè)置量程，參數(shù)默認(rèn)為理想?yún)?shù)（比如電流表內(nèi)阻為0 ），用戶可以修改參數(shù)。點(diǎn)擊虛擬儀器萬用表（ Multimeter ），接入放大電路的輸入回路，本例中將萬用表設(shè)置為交流，測得的是有效值（RMS 值）。由于交流輸入電阻要在合適的靜態(tài)工作點(diǎn)上測量，所以直流電源要保留。由圖13.4-1 可見，測得輸入回路的輸入電壓有效值為3.536mV ，電流為2.806 A ，輸入電阻vi3.5

24、36Ri1.260k 。i i2.806在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的實(shí)物電路的輸入電阻測量要采用間接測量方法，這是因?yàn)閷?shí)際的電壓表、電流表都不是理想儀器，電流表內(nèi)阻不是0，而電壓表內(nèi)阻不是無窮大。（ a） 輸入電阻測量電路（ b）電壓、電流測量結(jié)果圖 13.4-1 放大電路輸入電阻測量電路圖13.4.2 輸出電阻的測量采用外加激勵(lì)法，將信號源短路，負(fù)載開路，在輸出端接電壓源，并測量電壓、電流，如圖13.4-2所示。由圖13.4-2 可見，測得輸出回路的激勵(lì)電壓有效值為707.106mV ，電流為517.861 A ，輸出電阻專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。vo707.106Ro1.365k。i o517.

25、861（a）輸出電阻測量（ b）電壓、電流測量結(jié)果圖 13.4-2 放大電路輸出電阻測量電路圖13.4.3 幅頻特性的測量可以用示波器測量放大電路的增益，以電阻分壓式共射放大電路為例，圖13.4-3（ a）是測量電壓放大倍數(shù)的電路圖，圖13.4-3（ b）是示波器輸出波形。移動(dòng)測試標(biāo)尺可以讀出輸入輸出波形幅值，進(jìn)而計(jì)算出電壓放大倍數(shù)，但是，可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)尺處于不同位置計(jì)算出的結(jié)果不同，僅可作為估計(jì)值，此外，輸出波形與輸入波形相比，存在一定相移，不是理想的反相，即發(fā)生了相移，相移大小與頻率有關(guān)，這就是該放大電路的相頻特性。除了用示波器進(jìn)行放大倍數(shù)測量的方法。還有兩種方法：掃描分析法和波特儀測量法。

26、專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。（ a）（b）圖 13.4-3 分壓式共射放大電路放大倍數(shù)的測量1. 掃描分析法由菜單 Simulate/Analyses/ACAnalysis ，彈出 AC Analysis （交流分析）對話框，如圖13.4-4 所示，選項(xiàng)卡 Frequency Parameters中設(shè)置 Start frequency（起始頻率，本例設(shè)為1Hz ）、Stop frequency（終止頻率，本例設(shè)為 10GHz ）、Sweep type（掃描方式，本例設(shè)為 Decade，十倍頻掃描）、Number of points per decade（每十倍頻的采樣點(diǎn)數(shù)，默認(rèn)為10）、V

27、ertical scale（縱坐標(biāo)刻度，默認(rèn)是Logarithmic ，即對數(shù)形式，本例選擇 Linear ，即線性坐標(biāo)，更便于讀出其電壓放大倍數(shù)）。在 Output 選項(xiàng)卡中選擇節(jié)點(diǎn)5 的電壓 V5 為分析變量，按下Simulate（仿真）按鈕，得到圖13.4-4（ b）所示的頻譜圖，包括幅頻特性和相頻特性兩個(gè)圖。在幅頻特性波形圖的左側(cè)，有個(gè)紅色的三角塊指示，表明當(dāng)前激活圖形是幅頻特性，為了詳細(xì)獲取數(shù)值信息，按下工具欄的 Show/Hide Cursors 按鈕，則顯示出測量標(biāo)尺和數(shù)據(jù)窗口，移動(dòng)測試標(biāo)尺，則可以讀取詳細(xì)數(shù)值，如圖（ c）和（ d）所示。同理，可激活相頻特性圖形，進(jìn)行相應(yīng)測量。

28、（ a）AC Analysis 對話框（ b）被分析節(jié)點(diǎn)的幅頻和相頻特性專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。（ c） 用測試標(biāo)尺讀取詳細(xì)數(shù)值（d）頻響數(shù)據(jù)圖 13.4-4 掃描分析法進(jìn)行放大電路幅頻特性測量2. 波特儀測量法波特儀（ Bode Plotter）也稱為掃頻儀，用于測量電路的頻響（幅頻特性、相頻特性），將波特儀連接至輸入端和被測節(jié)點(diǎn)，如圖13.4-5（ a）所示，雙擊波特儀，獲得頻響特性，圖13.4-5（ b）是幅頻響應(yīng)，圖 13.4-5（ c）是相頻響應(yīng)。（ a）波特儀測試頻響電路圖（ b）幅頻特性測試結(jié)果專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。（ c）相頻特性測試結(jié)果圖 13.4-5 掃描

29、分析法進(jìn)行放大電路幅頻特性測量波特儀的面板設(shè)置：（ 1）Mode ：模式選擇，點(diǎn)擊Magnitude 獲得幅頻響應(yīng)曲線，選擇Phase獲得相頻響應(yīng)曲線；（ 2）水平和垂直坐標(biāo)：點(diǎn)擊Log 選擇對數(shù)刻度，點(diǎn)擊Lin 選擇線性刻度；（ 3）起始范圍： F 文本框內(nèi)填寫終了值及單位，I 文本框內(nèi)填寫起始值及單位。13.5差動(dòng)放大電路13.5.1 差動(dòng)放大電路仿真電路直接耦合是多級放大的重要級間連接方式，對直流信號、變化緩慢的信號只能用直接耦合，但隨之而來的是零點(diǎn)漂移問題，影響電路的穩(wěn)定，解決這個(gè)問題的一個(gè)辦法是采用差動(dòng)放大電路，在電子設(shè)備中常用差動(dòng)放大電路放大差摸信號，抑制溫度變化、電源電壓波動(dòng)等引

30、起的共模信號。圖 13.5-1 是差動(dòng)放大電路仿真電路，是由兩個(gè)相同的共射放大電路組成的，當(dāng)開關(guān)J1 撥向左側(cè)時(shí)，構(gòu)成了一個(gè)典型的差動(dòng)放大電路，調(diào)零電位器Rw 用來調(diào)節(jié) Q1 、 Q2 管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使得輸入信號為0 時(shí)，雙端輸出電壓（即電阻RL 上的電壓）為 0。當(dāng)開關(guān) J1 撥向右側(cè)時(shí)，構(gòu)成了一個(gè)具有恒流源的差動(dòng)放大電路，用恒流源代替射極電阻Re，可以進(jìn)一步提高抑制共模信號的能力。差動(dòng)放大電路的輸入信號既可以是交流信號，也可以是直流信號。圖13.5-1 中，輸入信號由函數(shù)發(fā)生器提供，函數(shù)發(fā)生器（ Function Generator）可以產(chǎn)生正弦波、三角波、矩形波電壓信號，可設(shè)置的參數(shù)有

31、：頻率、幅值、占空比、直流偏置，頻率范圍很寬（0.001pHz1000THz ）。差動(dòng)放大電路需要一正一負(fù)兩個(gè)電壓源，實(shí)際中不存在負(fù)的電壓源，將正極接地，則電壓源的負(fù)極可以提供負(fù)的電壓，因此，按照圖中的接法可以提供正負(fù)電壓源。差動(dòng)放大電路有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，因此電路組態(tài)有雙入雙出、雙入單出、單入雙出、單入單出 4 種，凡是雙端輸出，差摸電壓放大倍數(shù)與單管情況下相同，凡是單端輸出，差摸電壓放大倍數(shù)為單管情況下的一半。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.5-1 差動(dòng)放大電路仿真電路13.5.2 差動(dòng)放大電路的調(diào)零調(diào)零是指差動(dòng)放大器輸入端不接入信號，調(diào)整電路參數(shù)使兩個(gè)輸出端達(dá)到等電位。圖

32、 13.5-2 中是調(diào)整電位器 Rw，使節(jié)點(diǎn) 3 和節(jié)點(diǎn) 4 的電壓相同，這時(shí)可認(rèn)為左右兩側(cè)的電路已經(jīng)對稱，調(diào)零工作完成。圖中的電壓讀數(shù)也是兩個(gè)三極管的集電極靜態(tài)工作電壓。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.5-2 差動(dòng)放大電路的調(diào)零13.5.3 差動(dòng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)采用菜單命令Simulate/Analysis/DC Operating Point，選擇節(jié)點(diǎn)仿真可以獲得靜態(tài)工作點(diǎn)指標(biāo)，下面采用另一種方法，將電流表和電壓表接入仿真電路，獲得更直觀的靜態(tài)工作點(diǎn)測量結(jié)果，如圖13.5-3 所示。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.5-3 差動(dòng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)測量13.5.4 差

33、模增益和共模增益測量1. 差模電壓增益雙端輸入雙端輸出情況下的差摸電壓放大倍數(shù)是輸出端電壓差除以輸入端電壓差。為獲得較大電壓增益，將仿真電路的參數(shù)進(jìn)行一些調(diào)整，測量電路如圖13.5-4 所示。函數(shù)發(fā)生器設(shè)置為輸出正弦波，頻率1kHz ，幅值 5mV ，“ +”端和“ -”端接入差動(dòng)放大電路的兩個(gè)輸入端， COM 端接地。用電壓表測量輸入端的電壓差，注意雙擊電壓表，將測量模式（Mode）改為交流（ AC ）模式。由圖中測量數(shù)據(jù)，輸入端電壓差為7.071mV ，輸出端電壓差為308.991mV ，雙入雙出模式時(shí)的差摸308.991mV43.7 。電壓增益為 Aud7.071mV316.654mV當(dāng)

34、開關(guān) J1 撥向右側(cè)時(shí)，以恒流源代替射極電阻， 則差摸電壓增益增加到44.8 。Aud7.071mV仿真可發(fā)現(xiàn)，負(fù)載電阻RL 對增益值影響很大，此外，調(diào)零電阻Rw、基極電阻Rb1、 Rb2、集電極電阻 Rc1、 Rc2 均有影響。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.5-4 雙入雙出差動(dòng)放大電路的差摸增益測量2. 共模電壓增益將兩輸入端短接，COM 端接地，構(gòu)成共模輸入方式，如圖13.5-5 所示。調(diào)整輸入信號頻率為1kHz ，幅值為1mV ，在負(fù)載電阻兩端接萬用表，測得輸出電壓為6pV 左右，“皮”的數(shù)量級為10-12，幾乎為零?？梢?，差動(dòng)放大電路對共模信號有很強(qiáng)的抑制效果。專業(yè)文檔供參

35、考，如有幫助請下載。圖 13.5-5 雙入雙出差動(dòng)放大電路的共摸增益測量13.6集成運(yùn)放電路由分立元件構(gòu)成的電路具有電子設(shè)計(jì)上靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是功耗大、穩(wěn)定性差、可靠性差，此外，設(shè)計(jì)本身較復(fù)雜。集成電路采用微電子技術(shù)構(gòu)成具有特定功能的電路系統(tǒng)模塊，與分立元件構(gòu)成的電路相比，性能有了很大提高，電子設(shè)計(jì)也更為簡單。集成運(yùn)算放大器是高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗、直接耦合的線性放大集成電路，功耗低、穩(wěn)定性好、可靠性高。可以通過外圍元器件的連接構(gòu)成放大器、信號發(fā)生電路、運(yùn)算電路、濾波器等電路。以集成運(yùn)放 A741 為例，圖13.6-1 是 A741 的管腳示意圖及實(shí)物照片。圖 13.6-1 集成

36、運(yùn)放 A741 管腳示意圖及實(shí)物照片專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。13.6.1 比例放大電路用 A741 組成同相比例放大電路，仿真電路圖如圖13.6-2 所示。根據(jù)同相比例電路的增益公式，圖 13.6-2 的電壓增益應(yīng)為： Avf 1Rf3。R1（ a）同相比例放大電路（ b）輸入、輸出電壓波形圖 13.6-2 集成運(yùn)放 A741 構(gòu)成的同相比例放大電路從波形上看，輸入、輸出同相位，用測試標(biāo)尺測量幅值，可發(fā)現(xiàn)輸出與輸入的比例為3，在一定范圍內(nèi)調(diào)整負(fù)載電阻，波形基本不變，說明該電路帶負(fù)載能力強(qiáng)。同理，可以進(jìn)行反相比例放大電路的仿專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。R f真，圖 13.6-3 是集

37、成運(yùn)放 A741 構(gòu)成的反相比例放大電路，其電壓增益應(yīng)為：Avf2 ，這與R1示波器讀數(shù)一致。圖 13.6-3 集成運(yùn)放 A741 構(gòu)成的反相比例放大電路及波形由仿真可見，由運(yùn)算放大器構(gòu)成比例放大電路的電路結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)容易、性能穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強(qiáng)。13.6.2 有源濾波電路根據(jù)濾波電路中有無有源元件可將濾波器電路分為無源濾波器和有源濾波器，無源濾波器由無源元器件（電阻、電容、電感）構(gòu)成電路網(wǎng)絡(luò)，但其濾波特性隨著負(fù)載的變化而變化，負(fù)載效應(yīng)明顯，不能滿足很多應(yīng)用場合的要求，有源濾波器則通過運(yùn)放電路提高輸入阻抗，降低輸出阻抗而大大減少了負(fù)載效應(yīng)。簡單的有源濾波器是在無源濾波器輸出端接一個(gè)由運(yùn)放電路

38、構(gòu)成的電壓跟隨器或同相比例放大器，使得濾波的同時(shí)可以放大信號，并且提高帶負(fù)載能力。圖 13.6-4 是簡單的二階低通有源濾波電路，運(yùn)放U1 和電阻Rf 、R3 構(gòu)成同相比例放大電路，放大倍數(shù)為 Au 1Rf2 ，電阻R1、電容 C1、電阻 R2、電容 C2 組成的 RC 網(wǎng)絡(luò)是二階低通濾波電路，R1其特征頻率為f011338.79 Hz 。信號源是幅值為1V 的交流電壓源。2 RC 247 10310 10 9用菜單命令 Simulate/Analyses/AC Analysis 對其進(jìn)行交流分析， 頻率范圍設(shè)置為1Hz1MHz ，掃描類型 Sweep type 選擇 Decade，縱坐標(biāo) Vertical Scale 選擇 Linear ，Output 選項(xiàng)卡中選擇節(jié)點(diǎn)4 作為分析節(jié)點(diǎn)，單擊 Simulate 按鈕，可得到其頻率特性，如圖13.6-5 所示。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 13.6-4 簡單二階低通有源濾波電路由頻率特性可以看出：最大輸出為1.9996V ，截止頻率為對應(yīng)1.999621.414 V （即增益下降3dB）的頻率，約為125.4003Hz （標(biāo)尺 2 處），而在特征頻率處（標(biāo)尺1 處， 338.2989Hz），幅值已下降至 672.8329mV ，可見，實(shí)際的截止頻率遠(yuǎn)小于特征