畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于multisim10的差分共射負(fù)反饋放大電路相對(duì)穩(wěn)定性的.

1、大學(xué) 2012屆學(xué)士學(xué)位論文 基于Multisim10的差分-共射負(fù)反饋放大電路相對(duì)穩(wěn)定性的探討學(xué)院、專業(yè) 物理與電子信息學(xué)院 電子信息工程 研 究 方 向 電子技術(shù) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 教授 2012年基于Multisim10的差分-共射負(fù)反饋放大電路相對(duì)穩(wěn)定性的探討摘要 差分-共射負(fù)反饋放大電路是電子線路中的重要組成部分，在電子電氣產(chǎn)品中占有十分重要的位置，在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文在探討差分-共射負(fù)反饋放大電路的相對(duì)穩(wěn)定性時(shí)，借助于Multisim10軟件，對(duì)其在不同情況下做了仿真。根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)對(duì)三種相對(duì)穩(wěn)定性公式進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果驗(yàn)證了三種形式公

2、式的正確性，同時(shí)也驗(yàn)證了三種形式的公式適用于不同條件：微分形式僅適用于反饋系數(shù)不變，增益變化極小的條件下；差分形式適用于反饋系數(shù)不變的條件下；反饋系數(shù)改變時(shí)的普遍公式不但在前兩種條件下適用，在反饋系數(shù)和增益同時(shí)改變的條件下也適用。本文同時(shí)根據(jù)多級(jí)放大器的分析方法，對(duì)開(kāi)環(huán)靜態(tài)工作點(diǎn)、開(kāi)閉環(huán)源電壓增益進(jìn)行了理論計(jì)算和仿真，根據(jù)二者的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)得出：在合理的近似處理下，理論計(jì)算和仿真的數(shù)據(jù)基本一致，驗(yàn)證了負(fù)反饋基本的公式。關(guān)鍵詞 Multisim10；相對(duì)穩(wěn)定性；差分-共射The Discuss on Relative Stability of Differential-common Emitte

3、r Negative Feedback Amplification Circuit Based on Multisim10 Abstract Differential-common emitter negative feedback amplification circuit is an important part in electronic circuit and electronic products, it occupies a very important position in many fields. And it has a wide range of applications

4、. In this paper, the simulation was done in different situations about relative stability of differential-common emitter negative feedback amplification circuit with the help of Multisim10 software. According to results of three kinds of relative stability based on the simulation data, it verifies t

5、he correctness of the formula in three kinds and also shows that three kinds of formulas apply in different conditions: differential form only applied to the condition of feedback coefficient unchanged and gain variation is minimum; differential form applied to the condition of the same feedback coe

6、fficient; the general formula not only applied to two conditions above, but also applied to the condition while feedback coefficient and gain changed at the same time. In this paper, according to the analysis method of multistage amplifier, the theoretical calculations and simulations of the open lo

7、op static working point, open and closed loop voltage gain are done. According to the two performance indexes data, it is indicated: under the processing of reasonable approximation, theoretical calculation and simulation data are basically consistent, verify the negative feedback basic equation.Key

8、 words Multisim10; Relative stability; Differential-common emitter 目 錄1 引言 2 Multisim10簡(jiǎn)介及仿真步驟 2.1 Multisim10簡(jiǎn)介 Multisim10仿真過(guò)程3 差分-共射負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)4 差分-共射負(fù)反饋放大電路的理論計(jì)算 4.1 電路開(kāi)環(huán)靜態(tài)工作點(diǎn) 4.2 電路開(kāi)環(huán) 4.3 電路閉環(huán)5 相對(duì)穩(wěn)定性10 5.1 相對(duì)穩(wěn)定性公式10 5.2 相對(duì)穩(wěn)定性的計(jì)算11結(jié)論15參考文獻(xiàn)18致謝181 引言在模擬電子技術(shù)中，負(fù)反饋占有十分重要的地位，并且有廣泛的應(yīng)用。采用負(fù)反饋是以降低增益為代價(jià)的，但收益

9、是十分明顯。它可以改善放大電路的工作性能，如：降低放大器的增益靈敏度，改變輸入電阻輸出電阻，改變放大器的線性和非線性失真，有效擴(kuò)展放大器的通頻帶。所以探究負(fù)反饋放大電路的相對(duì)穩(wěn)定性是十分必要的。隨著計(jì)算機(jī)仿真水平的提高，EDA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，包括我們所熟悉的Protel,EWB,Multisim10等。其中Multisim10軟件是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真軟件之一。Mutisim10直觀的圖形界面使它更加容易上手，操作起來(lái)更加方便，豐富的電子元器件能給使用者更多的選擇，可以根據(jù)軟件提供的豐富的測(cè)量?jī)x器來(lái)測(cè)試自己設(shè)計(jì)的電路的各種數(shù)據(jù)和性能，如果效果不理想，還可以隨時(shí)改動(dòng)元器件或者改動(dòng)電路來(lái)

10、達(dá)到目的，直到有了滿意的結(jié)果。本文在探究差分-共射負(fù)反饋放大電路的相對(duì)穩(wěn)定性時(shí)采用Multisum10來(lái)設(shè)計(jì)電路；并且對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算和實(shí)際仿真，對(duì)相對(duì)穩(wěn)定性的三種公式分別分三種情況進(jìn)行計(jì)算和分析：反饋系數(shù)不變，增益改變；反饋系數(shù)改變，增益不變；反饋系數(shù)和增益都改變。2 Multisim10簡(jiǎn)介及仿真過(guò)程2.1 Multisim10簡(jiǎn)介Multisim10是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim10可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)

11、的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比，具有如下特點(diǎn)：設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)變實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)；可以方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析。實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)中所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低實(shí)驗(yàn)速度快，效率高，設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。圖1 Multisim10界面如圖1所示，Multisim10界面包括標(biāo)題欄、下拉菜單、快捷工具、項(xiàng)目窗口、狀態(tài)欄、儀表快捷欄等組成。其中儀表快捷欄在右側(cè)，包括有萬(wàn)用表、示波器、函數(shù)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器、頻譜分析儀等多種儀表。2.2 Multisim10仿真過(guò)

12、程Multisim10的仿真工作過(guò)程分為以下4個(gè)階段，如圖2所示：（1）輸入 在輸入階段，設(shè)計(jì)者完成電路圖的輸入、指定元件值并選擇分析方法。完成這些工作后，仿真器讀取電路的信息。（2）建立 在建立階段，仿真器建立一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整地描述了所輸入的電路。（3）分析 在分析階段，按選擇的分析方法完成對(duì)輸入電路的分析。這個(gè)階段占用CPU的大部分執(zhí)行時(shí)間，是電路仿真的核心。分析階段按所指定的分析方法用方程表示電路，并求解方程，為輸出階段提供數(shù)據(jù)。（4）輸出 在輸出階段，從示波器等儀器上獲得仿真運(yùn)行的結(jié)果。圖2 Multisim10的仿真過(guò)程3 差分-共射負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì) 如圖3所示的電

13、路，由差分放大電路和共射放大電路構(gòu)成，級(jí)間采用大電容C直接耦合。在輸出端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器并接，反饋信號(hào)取自負(fù)載R上輸出電壓，則為電壓反饋；在輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器串接實(shí)現(xiàn)的是電壓比較的反饋，即為串聯(lián)反饋。根據(jù)瞬時(shí)極性法判斷為負(fù)反饋；則此電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。對(duì)第一級(jí)差分電路而言，其是單端輸入，單端輸出結(jié)構(gòu)，輸出為共射組態(tài)。對(duì)于第二級(jí)共設(shè)放大電路而言，采用了分壓式偏置電路，這有利于提供放大電路所需的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而使這一級(jí)更加穩(wěn)定?？紤]到求電路的閉環(huán)和開(kāi)環(huán)增益，電路中加入了Key選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)key接在A點(diǎn)時(shí)，電路為負(fù)反饋放大電路；當(dāng)開(kāi)關(guān)Key接在B點(diǎn)時(shí)，電路為基本放大器電路。電路

14、的反饋電阻選擇R=20 k,當(dāng)開(kāi)關(guān)Key接在B點(diǎn)時(shí)RRR=R=1 k，則可以認(rèn)為差分放大器輸入端對(duì)稱，對(duì)理論的計(jì)算帶來(lái)了方便。圖3 差分-共射負(fù)反饋放大電路4 差分-共射負(fù)反饋放大電路的理論計(jì)算4.1 電路開(kāi)環(huán)靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)差分電路而言，略去與RR的差別，認(rèn)為差分放大器輸入端對(duì)稱，則Q與Q兩管靜態(tài)工作電流I、I相等。當(dāng)V交流對(duì)地時(shí)，不計(jì)R上有電壓降，有:IEE=-VBEon-VEERe=-0.7V+12V10k=1.13mAIEQ1=IEQ2=12IEE=0.565mAICQ2=IEQ2=0.565mAVCQ1=VCC-RC2ICQ2=12V-12k0.565mA=5.22VVEQ1=-0.7V

15、VBQ1=VBE(on)+VEQ1=0V對(duì)Q共發(fā)射級(jí)分壓式偏置放大電路：VBQ3=VCCRb4Rb4+Rb3=12V10k10k+25k=3.43VVEQ3=VBQ3-VBE(on)=3.43V-0.7V=2.73VIEQ3=VEQ3Re2=2.73V1.5k=1.82mAICQ3=IEQ3=1.82mA通過(guò)求得R上的電壓值V可以求得V：VRc3=ICQ3Rc3=1.82mA2.4k=4.368VVCQ3=VCC-VRc3=12V-4.368V=7.632V利用Multisim10進(jìn)行仿真得出靜態(tài)工作點(diǎn)的準(zhǔn)確結(jié)果，與理論值進(jìn)行比較，具體見(jiàn)表1： 表 1 仿真-理論一覽表VVVVVV仿真/V理論

16、/V0相對(duì)誤差從表1中可以看出仿真值與理論值是有些誤差的。因?yàn)橛?jì)算時(shí)認(rèn)為V,而軟件中的仿真的情況不是理論計(jì)算的近似值V，另外還有略去與RR的差別等近似處理的情況導(dǎo)致誤差。4.2 電路開(kāi)環(huán)如圖3用的是2N2221A型三極管，設(shè)其共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)為：=75，則Q、Q射級(jí)交流電阻為r, r：rbe1=(1+)VTIEQ1=(1+75)26mA0.565mA=3.497 krbe3=(1+)VTIEQ3=(1+75)26mA1.82mA=1.086 k考慮到r一般遠(yuǎn)大于r（一般幾十歐姆），略去其影響，則差分-共射放大電路開(kāi)環(huán)第一級(jí)放大倍數(shù)A：Avv1=-12Rc1/Ri2Rb1+rbe1 (4

17、-1)Ri2=Rb3/Rb4/rbe3+(1+)Re2 差分-共射放大電路開(kāi)環(huán)第二級(jí)放大倍數(shù)A：Avv2=-Rc3/RLRb3/Rb4+(1+)Re2 (4-2)從而得到差分-共射放大電路開(kāi)環(huán)總的放大倍數(shù)A：Avv=Avv1Avv2 =122Rc1/Ri2Rb1+rbe1Rc3/RLRb3/Rb4+rbe3+(1+)Re2 (4-3)相應(yīng)的源電壓增益A為：Avvs=AvvRiRi+RS=122Rc1/Ri2Rb1+rbe1Rc3/RLRb3/Rb4+rbe3+(1+)Re2RiRi+RS (4-4)Ri=Rb1+rbe1代入數(shù)值計(jì)算得出：A。 4.3 電路閉環(huán)如圖3所示差分-共射負(fù)反饋放大電路

18、的反饋系數(shù)為:kfv=Rb2Rb2+Rf=121則反饋深度為:F=1+kfvAvvs=2.8閉環(huán)源電壓增益為：Avvsf=Avvs1+kfvAvvs=13.5利用Multisim10進(jìn)行仿真得出準(zhǔn)確的結(jié)果，與理論值進(jìn)行比較，具體見(jiàn)表2：表 2 仿真結(jié)果與理論計(jì)算的比較AA理論值仿真值相對(duì)誤差5 相對(duì)穩(wěn)定性5.1 相對(duì)穩(wěn)定性公式當(dāng)基本放大器A變化很小時(shí)，相應(yīng)的微分形式為： = （5-1）該公式推到利用了微分性質(zhì)，反映了反饋放大器增益的相對(duì)穩(wěn)定性。當(dāng)條件不滿足時(shí)，文獻(xiàn)給出差分形式： = （5-2）其中為變化后的基本放大器增益，(為變化后的反饋放大器增益)。比較式（5-1）與式（5-2）可知，略去基

19、本放大器增益變化前后差異，兩者相同。然而與式（5-1）一樣，式（5-2）也沒(méi)有涉及反饋系數(shù)F的變化。當(dāng)其變化時(shí)，用表示變化后的反饋系數(shù)，用表示其變化量，有=-=這時(shí)相對(duì)穩(wěn)定性公式應(yīng)為： = （5-3）可以看到，（5-3）與式（5-1）式（5-2）明顯不同，即使基本放大器增益沒(méi)有變化即=0，但反饋系數(shù)的變化也引起反饋放大器增益的變化，即0。5.2 相對(duì)穩(wěn)定性的計(jì)算（1）當(dāng)反饋系數(shù)k不變，A改變時(shí)，分別R=19 k，R=18 k，R=10 k測(cè)得的數(shù)據(jù)如表3所示：表 3 反饋系數(shù)k不變，A改變時(shí)公式計(jì)算和比較R=19 kR=18 kR=10 kAAA/ A式（5-1）計(jì)算式（5-2）計(jì)算式（5-3

20、）計(jì)算式（5-1）計(jì)算誤差式（5-2）計(jì)算誤差式（5-3）計(jì)算誤差從表3可以看出當(dāng)反饋系數(shù)k不變，式（5-2）計(jì)算和式（5-3）計(jì)算結(jié)果是一樣的，這是因?yàn)?0，式（5-2）和式（5-3）是相同的。當(dāng)R變化不大，如R=19 k和R=18 k時(shí)，式（5-1）、式（5-2）和式（5-3）計(jì)算誤差都是非常小的，誤差在可接受范圍內(nèi)。當(dāng)R=10 k時(shí)，相對(duì)總增益來(lái)說(shuō)變化是很大的，式（5-2）和式（5-3）計(jì)算誤差都，這說(shuō)明其已經(jīng)不適用。（2）當(dāng)反饋系數(shù)k改變，即當(dāng)R 改變時(shí)，作近似處理RRR=R=1 k，所以近似認(rèn)為A不變，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表4所示：表 4 反饋系數(shù)k改變，A不變時(shí)公式計(jì)算和比較k=1/30k

21、=1/50AAA/ A表 4 (續(xù))k=1/30k=1/50式（5-1）計(jì)算00式（5-2）計(jì)算00式（5-3）計(jì)算式（5-1）計(jì)算誤差式（5-2）計(jì)算誤差式（5-3）計(jì)算誤差 從表4中可以看出當(dāng)k=1/30 和k=1/50時(shí)，式（5-1）和式（5-2）計(jì)算都為0，這說(shuō)明在=0的誤差。（3）當(dāng)反饋系數(shù)k改變，A改變時(shí)，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表5所示：表 5 反饋系數(shù)k改變，A改變時(shí)公式計(jì)算和比較R=10 k, k=1/30R=8 k, k=1/50AAA/ A式（5-1）計(jì)算式（5-2）計(jì)算式（5-3）計(jì)算式（5-1）計(jì)算誤差式（5-2）計(jì)算誤差式（5-3）計(jì)算誤差從表5中看出當(dāng)反饋系數(shù)k和A同時(shí)改變時(shí)

22、，式（5-1）和式（5-2）計(jì)算與實(shí)際值相差很大，此情況下，這兩個(gè)公式已經(jīng)不再適用，式（5-3）計(jì)算與實(shí)際值。 結(jié) 論（1）靜態(tài)共工作點(diǎn)的直流電壓與仿真測(cè)量的電壓基本一致。閉環(huán)增益和開(kāi)環(huán)增益的結(jié)果也相對(duì)可以接受。通過(guò)理論值和仿真值的比較，驗(yàn)證了公式A= A/(1+ k A)的正確性。（2）反饋系數(shù)k和源電壓增益A的改變都會(huì)對(duì)反饋電路產(chǎn)生影響。（3）從增益相對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果中分析得出：增益相對(duì)穩(wěn)定性的微分形式只是在源電壓增益A變化很小的情況下適用，而差分形式對(duì)源電壓增益A的變化大小沒(méi)有要求，可是在反饋系數(shù)k改變時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大的誤差；但是對(duì)于式（5-3）在反饋系數(shù)k和源電壓增益A都改變時(shí)都適用?？傊甅ultisim10仿真驗(yàn)證了理論的正確性，同時(shí)也說(shuō)明借助Multisim10可以提高電路設(shè)計(jì)效率和質(zhì)