對于負反饋放大發(fā)電路仿真課程設計

1、.電子技術課程設計 NANCHANG UNIVERSITY 課程設計（ 年） 題目：基于Multisim的反饋電路分析與仿真學 院： 信息工程學院 系 自動化 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 完成日期： 2.常用組態(tài)負反饋放大電路的仿真分析2.1 電壓串聯(lián)負反饋電路集成運放采用 741,并用一個開關來控制電路有無負反饋的存在。用示波器來觀察反饋時的情況。其中 ,輸入信號V1是一個交流電壓源信號。示波器的 A通道接輸入信號 ,B通道接輸出信號。開關打向下邊時 ,沒有負反饋 ,輸入、 輸出的信號波形如圖所示。上面 A通道的波形是輸入波形;下面 B通道的電流串聯(lián)負反饋電路波形為

2、輸出波形 ,可以看到 ,此時輸出波形已經嚴重失真開關打向上邊時 ,加入電壓串聯(lián)負反饋 ,輸入、 輸出的信號波形如圖所示 ,上面 A通道的波形是輸入波形 ,下面 B通道的波形是輸出波形。可以看出 ,此時輸出信號波形沒有失真。但輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負反饋放大倍數(shù)降低了 ,減少非線性失真是相符合。2.2電流串聯(lián)負反饋電路集成運放采用 LM307H,其中,輸入信號 V1是一個交流電流源信號。示波器的 A通道接輸入信號,B通道接輸出信號。開關打向下邊時 ,沒有負反饋 ,輸入、 輸出的信號波形如圖所示。下面 A通道的波形是輸入波形;上面 B通道的波形為輸出波形 ,可以看到 ,此時輸出波形已經

3、嚴重失真。開關打向上邊時 ,加入電壓串聯(lián)負反饋 ,輸入、 輸出的信號波形如圖所示 ,下面 A通道的波形是輸入波形上面 B通道的波形是輸出波形。可以看出 ,此時輸出信號波形沒有失真。但輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負反饋放大倍數(shù)降低了 ,減少非線性失真是相符合的。2.3電壓并聯(lián)負反饋電路集成運放采用 741,并用一個開關來控制電路有無負反饋的存在。用示波器來觀察反饋時的情況。其中 ,輸入信號V1是一個交流電壓源信號。示波器的 A通道接輸出信號 ,B通道接輸入信號。開關打向下邊時 ,沒有負反饋 ,輸入、 輸出的信號波形如圖 所示。上面 A通道的波形是輸出波形;下面 B通道的波形為輸入波形 ,可

4、以看到 ,此時輸出波形已經嚴重失真。開關打向上邊時 ,加入電壓并聯(lián)負反饋 ,輸入、 輸出的信號波形如圖 所示 ,上面 A通道的波形是輸入波形 ,下面 B通道的波形是輸出波形。可以看出 ,此時輸出信號波形沒有失真。但輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負反饋放大倍數(shù)降低了 ,減少非線性失真是相符合的。2.4電流并聯(lián)負反饋電路集成運放采用 LM307H,其中 ,輸入信號 I 1是一個交流電流源信號。示波器的 A通道接輸入信號 ,B通道接輸出信號。開關打向左邊時 ,沒有負反饋 ,輸入、輸出的信號波形如圖所示。上面 A通道的波形是輸入波形;下面 B通道的波形為輸出波形 ,可以看到 ,此時輸出波形已經嚴重

5、失真。開關打向右邊時 ,加入電流并聯(lián)負反饋 ,輸入、 輸出的信號波形如圖所示 ,上面 A通道的波形是輸入波形 ,下面 B通道的波形是輸出波形?？梢钥闯?,此時輸出信號波形沒有失真。但輸出信號的幅度減小了。與理論上引入負反饋放大倍數(shù)降低了是相符合的。3.仿真分析負反饋對放大電路的影響3.1開環(huán)閉環(huán)的電壓放大倍數(shù)比較圖1 開環(huán)無負載圖2 開環(huán)有負載圖3閉環(huán)無負載圖4 閉環(huán)有負載電路如圖所示，用虛擬示波器按下表分別測量輸入/輸出電壓的峰-峰值，記入下表中：RLViVoAu/Auf開環(huán)（J1斷開）RL=無窮大（J2斷開）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2閉合）2.99mV255mV85.

6、2閉環(huán)（J1閉合）RL=無窮大（J2斷開）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2閉合）2.99mV50mV16.73.2開環(huán)閉環(huán)的輸入輸出電阻比較1）輸入電阻Ri圖5 開環(huán)圖6 閉環(huán)在輸入端串聯(lián)一個5.1k的電阻，如圖所示，并且連接一個萬用表，如圖連接。啟動仿真，記錄數(shù)據(jù)，并填下表。仿真數(shù)據(jù) Vs Vi計算開環(huán)（J1斷開）20mV15.2mVRi=Vi*Rs/（Vs-Vi）=16.6k閉環(huán)（J1閉合）20mV15.8mVRif=Vi*Rs/（Vs-Vi）=19.2k2）輸出電阻Ro圖7 開環(huán)有負載測VL圖8 開環(huán)無負載測Vo圖9 閉環(huán)有負載測VL圖10 閉環(huán)無負載測Vo仿真電路如圖所示，

7、先接上負載電阻，測量輸出電壓VL，再斷開負載，測量輸出電壓VO。仿真數(shù)據(jù) VL Vo計算開環(huán)（J1斷開）1.23V2.36VR0=（V0-VL）*RL/VL=4.68k閉環(huán)（J1閉合）265mV292mVRof= （V0-VL）*RL/VL=0.51k3.3提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性RLViVoAu/Auf開環(huán)（J1斷開）RL=無窮大（J2斷開）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2閉合）2.99mV255mV85.2閉環(huán)（J1閉合）RL=無窮大（J2斷開）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2閉合）2.99mV50mV16.7從表中數(shù)據(jù)可以得出：開環(huán)狀態(tài)下不接負載和接負載放大倍數(shù)變

8、化明顯，而閉環(huán)后負載的變化對放大倍數(shù)幾乎沒有影響，但放大倍數(shù)對開環(huán)而言明顯下降?？梢娨霃头答伳軌蛱嵘糯蟊稊?shù)的穩(wěn)定性，但以降低放大倍數(shù)為代價。3.4擴展頻帶可以看到 ,加入交流負反饋以后 ,電路的頻帶寬度明顯增加。所以負反饋對頻帶具有明顯的擴展作用。4.利用虛擬儀器表和仿真分析方法對反饋放大電路的分析 4.1傅里葉分析設置 Frequency resolution 為1 000 Hz, 單擊Estimate 按鈕, 自動設置Stopping time for sampling。選擇Normalize graphs, 縱坐標刻度為Decibel,選擇輸出節(jié)點作為分析節(jié)點。J 1 斷開和閉合時分

9、別運行傅里葉分析, 可得到圖11 和圖12。并測試出無反饋時: 總諧波失真系數(shù) THD: 1.54899%。引入反饋后: THD:0.306912%。直觀準確地反映了引入負反饋后, 可以減小非線性失真。圖11 開環(huán)圖12 閉環(huán)4.2負載電阻的參數(shù)掃描分析執(zhí)行parameter sweep analysis。設置分析對象為R L ,Star t 為10 000, Stop 為100 000, # of 為5 (R L 阻值分別為 10 k8 , 3215 k8 , 55 k8 , 7715 k8 , 100 k8 ) , 選擇Analysis to 中的Transient Analysis, 并

10、選擇輸出節(jié)點作為分析節(jié)點。J1 斷開和閉合時分別運行參數(shù)掃描分析, 得到圖13和圖14。直觀的反映出無反饋時 (圖13) : 隨著負載電阻R L 的變化, 輸出電壓有顯著的變化, R L 愈大, A u 愈大引入反饋后 (圖14) : 輸出電壓基本不隨負載電阻R L 的變化而變化,。說明了引入電壓負反饋后, , 提高帶負載能力。圖13 開環(huán)圖14 閉環(huán)4.3溫度掃描分析執(zhí)行temperature sweep analysis, 設置起始值為0 Deg, 終止值為150 Deg, 步長為5, 選擇Analysis to 中的Transient Analysis, 選擇輸出節(jié)點作為分析節(jié)點,J 1

11、 斷開和閉合時分別運行溫度掃描分析, 可觀測得溫度為0 , 3715 , 75 , 11215 , 150 時的輸出電壓波形,如圖15, 圖16 所示。直觀地反映出無反饋時(如圖15) : 隨著溫度的變化, 電壓放大倍數(shù)發(fā)生變化, 穩(wěn)定性差。引入反饋后(如圖16) : 電壓放大倍數(shù)基本不隨溫度的變化而變化。說明負反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。圖15 開環(huán)圖16 閉環(huán)5.負反饋放大電路的實例仿真分析1 、仿真電路以交流電壓串聯(lián)負反饋放大電路為例，首先在Multisim 10中創(chuàng)建仿真電路。進入Multisim 10仿真環(huán)境，從元件庫中調用晶體管(2N3904，默認值=200、UBE=0.75 V

12、、Rbb=200、UT=26mv)、電阻、電容、直流電源、開關等元件，從虛擬儀器工具欄中取出四蹤示波器，創(chuàng)建仿真電路如圖所示。2、靜態(tài)工作點與電壓放大倍數(shù)的理論值計算（1）開關A閉合，F(xiàn)斷開，電路為兩級阻容耦合放大電路。靜態(tài)工作點的理論計算Ic1=Rb12Rb11+Rb12UCC-UBERe11+Re12=2.41mAIB1=Ic1=12.05uAUCE1=Ucc-(Rc1+Re11+Re12)*Ic1=4.05VIc2=Rb22Rb21+Rb22UCC-UBE Re2=2.15mAIB2=Ic2=1.07uAUCE2=Ucc-Ic2(Rc2+Re2)=5.55v開環(huán)電壓放大倍數(shù)的理論計算rb

13、e1= rbb+UTIc1=2.35Krbe2= rbb+UTIc2=2.61KRL1=Rc1Rb21Rb22rbe2=1.06KRL=Rc2RL=1KAv1=RL1rbe1+1+Re12=3.38Av2=RLrbe2=76.63Av=Av1*Av2=259.01（2）開關A閉合，F(xiàn)閉合，電路為兩級阻容耦合電壓串聯(lián)發(fā)反饋放大電路。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的理論計算Fu=Re12Rf+Re12=0.0291+AvFu=8.544Avf=Av1+AvFu=30.313、靜態(tài)工作點的仿真測試首先，測兩級的靜態(tài)工作點，將信號源斷開，用探針、電壓表分別測出基極、集電極電流及管壓降，其值為IB1=15.0A，IC

14、1=2.20 mA，UCE1=4.711V，IB2=13.0A，IC2=2.03mA，UCE2=5.906V。開環(huán)和閉環(huán)時靜態(tài)工作點相同。電路于圖所示。可見，理論值與實驗值大致相同。4、開環(huán)性能的仿真測試（1）開環(huán)無負載開關A斷開，F(xiàn)斷開，電路于圖所示。啟動仿真開關，在示波器Timebase區(qū)設置X軸的時基掃愛描時間，在Channel A、ChannelB和Channel C區(qū)分別設置A、B和C通道輸入信號在Y軸的顯示刻度。仿真結果見圖。（2）開環(huán)有負載開關A閉合，F(xiàn)斷開，電路于圖所示。啟動仿真開關，在示波器Timebase區(qū)設置X軸的時基掃愛描時間，在Channel A、ChannelB和C

15、hannel C區(qū)分別設置A、B和C通道輸入信號在Y軸的顯示刻度。仿真結果見圖。由仿真數(shù)據(jù)通過計算可得Ri=VipVsp-VipRs2.6572.818-2.657*1K16.5KRo=(VopVoLp-1)RL(1142576.777-1)*2K1.96KAvo=VopVip11422.657429.8AvL=VoLpVip582.4132.656219.3A/A=(Avo-AvL)/Avo=(429.8-219.3)/429.30.49BW=fH-fL(146.572-895.4*10-3) 145.68KHZ5、閉環(huán)性能的仿真測試（1）閉環(huán)無負載斷開A，閉合F，同開環(huán)性能的仿真測試方法，

16、仿真電路，信號輸入、輸出電壓的仿真測量如圖所示（2）閉環(huán)有負載圖斷開A，閉合F，同開環(huán)性能的仿真測試方法，仿真電路，信號輸入、輸出電壓的仿真測量，交流分析、幅頻特性、通頻帶（BW）的仿真測量如圖所示。由仿真數(shù)據(jù)通過計算可得Ri=VipVsp-VipRs2.7092.828-2.709*1K22.765KRo=(VopVoLp-1)RL(85.74980.276-1)*2K0.136KAvo=VopVip85.7492.70931.65AvL=VoLpVip80.2762.70929.63A/A=(Avo-AvL)/Avo=(31.65-29.63)/31.650.064BW=fH-fL(3.7

17、005-26.3429*10-6) 3.7005MHZ6.仿真結果分析在放大電路中引入負反饋可以改善放大電路某些方面的性能。通過下列表格和以上仿真圖可得：1：引入電壓串聯(lián)負反饋后，電路的輸入電阻增大了。與無級間反饋時的輸入電阻Ri相比，增加的不多，這是由于閉環(huán)時，圖6（a）所示電路總的輸入電阻為Rif = R'if / Rb11 / Rb12,引入電壓串聯(lián)負反饋只是增大了反饋環(huán)路內的輸入電阻R'if, 而Rb11 / Rb12不在反饋環(huán)路內，不受影響，因此總的輸入電阻Rif增加的不多。2：引入電壓串聯(lián)負反饋后，、輸出電阻減小了。3：引入負反饋后，下限頻率降低了、上限頻率升高了，

18、因此總的通頻帶展寬了。4：引入負反饋后，電壓放大倍數(shù)的變化量減小了，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了，帶負載的能力加強了。5：引入負反饋后，放大電路內部產生的非線性失真明顯的減小了。6：引入負反饋后，電路的放大倍數(shù)下降了?？偟膩碚f，采用負反饋是以降低放大倍數(shù)為代價的，目的是為了改善放大電路的工作性能，穩(wěn)定放大倍數(shù)、改變輸入和輸出電阻、減少非線性失真、擴展通頻帶等。6.心得體會 通過這幾天的課程設計，我覺得學到了很多。不僅僅是對于模電這門課程所包含的知識有了更好的學習，也是對于自身態(tài)度及學習方法有了更好的理解。這個學期multisim這個軟件有了更多的使用，自從上個學期電路課程初步使用仿真軟件，到這學期通過平時作業(yè)對軟件逐漸熟悉了解。這為在此次課程設計中打了好的基礎。通過multisim這個軟件，可以彌補我們在實際學習生活中因為各種因素無法做到的實驗實踐，這使我們對于專業(yè)課程的學習有了更深層次的提升