Multisim模拟电路仿真实例56652

二、Multisim11应用实例•1在模拟电子技术中的应用•2在数字电子技术中的应用图5-1例5.1原理图例5.1共射晶体管放大电路，如图5-1所示，要求：1）判断输出波形是否失真？2）如何改善波形失真？3）测试其fL和fH。5.1在模拟电子技术中的应用5.1.1放大电路设计与分析图5-2瞬态分析结果输出波形已经失真图5-3加入反馈电阻R62）如何改善波形失真？??图5-4参数扫描设置对话框如何确定反馈电阻R6的阻值？可对R6进行参数扫描分析图5-5参数扫描结果R6=400比较输出波形，选择R6为400欧3）如何测试fL和fH？加上电阻R6前后分别进行交流分析，测试节点为2，其他设置默认，可分别得幅频和相频特性曲线如图；可对比加电阻R6前后的幅频和相频特性曲线，看出其通频带的变化；图5-6未加R6时的幅频、相频特性曲线fL为1.34kHzfH为1.14MHz图5-7加上R6后的幅频、相频特性曲线fL为16HzfH为18MHz加上负反馈电阻R6后，不仅消除了波形失真，同时明显展宽了频带。图5-8多级交流放大器使用集成运算放大器LM124AJ组成具有深度负反馈的交流放大器，如图5-8所示。分析其幅频特性和放大能力，指出fL和fH。例5.2该电路属于LM124AJ的典型应用，第一级LM124AJ的Gain=1+R2/R1≈10，第二级LM124AJ的Gain=1+R4/R6=101，因此该电路的中频电压放大倍数约为1000。其设计指标为：中频电压放大倍数A=1000电路理论分析：输入电阻Ri=20k取标称值，C1=C2=1、C3=5.7通频带△f=fH-fL，设其中：fL≤20Hz，fH≥10kHz据此可估算出电路中C1、C2、C3的取值图5-9例5.2示波器窗口启动仿真：得输入输出的信号，可估算出放大倍数约为1000倍图5-10例5.2交流频率分析进行交流频率分析可得其fL的值约为13Hz、fH的值约为19KHz•例5.3如图5.11是一个运放构成的差动放大器，分析其功能。图5-11例5.3差动放大电路理论分析：221012()(1.50.5)2.01RkVVVRk仿真分析：输出波形，幅值为2V例5.4用集成运放设计一个实现Vo=0.2Vi的电路。分析：按照设计要求，Vo=0.2Vi，因此可采用两级反相比例运放电路，第一级实现Auf1=-0.2，第二级实现Auf2=-1，从而实现Auf=0.2。设计电路如图5-13所示。5.1.2模拟信号运算电路分析图5-13例5.4电路原理图由电路可估算：图5-14例5.4仿真结果通过瞬态分析仿真，得到输出波形如图5-14所示。通过测试可以发现Vo=0.2Vi。输出波形图5-17例5.6电路原理图例5.6如图5-17，是一个方波和锯齿波产生电路。测试其周期，如果使其周期可调，该如何处理？5.1.3信号产生和处理电路分析在该电路中，运放U1和电阻R1、R3、R5等构成了一个滞回比较器;分析：其中R3、R5将Vo1反馈到运放U1的同相输入端，与零电位比较，实现状态的转换。同时R3还将Vo反馈到运放U1的同相输入端，作为滞回比较器的输入，构成闭环。滞回比较器UREF为参考电压；输出电压uO为+UZ或-UZ；uI为输入电压。当u+=u-时，输出电压的状态发生跳变。OF22REFF2FuRRRURRRu比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。+UZuIuO-UZOUT-UT+若uO=UZ，当uI逐渐减小时，使uO由UZ跳变为UZ所需的门限电平UT-ZF22REFF2FTURRRURRRU回差(门限宽度)UT：ZF22TTT2URRRUUU若uO=UZ，当uI逐渐增大时，使uO由+UZ跳变为-UZ所需的门限电平UT+ZF22REFF2FTURRRURRRU作用：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。抗干扰能力强。运放U2和电阻R4、电容C1等构成反相积分电路，通过对Vo1的积分运算，输出三角波。其周期T为：T=4R1*R3*C/R4＝0.4ms分析：改变它，可调整输出信号频率图5-18例5.6结果(左图为Vo1，右图为Vo)检查电路无误后，启动仿真，双击示波器，打开其显示窗口。结果如图5-18所示。仿真分析：输出波形测得周期为4ms如果将电阻R3换成一个变阻器，则可调整其周期！矩形波发生电路仿真分析举例三角波发生电路仿真分析举例仿真分析结果首先根据该滤波电路截止频率为100Hz，可选取低通滤波器的RC的值；例5.8设计一个通带截止频率为100Hz的二阶低通有源滤波电路。分析：012fRC若选取R＝16k，则可算出C＝0.1uF图5-22例5.8电路然后，加上运放，组成有源二阶低通滤波器电路，如图：根据运放电路的参数，则可算出：2150111.682upRAR20lg4.1upAdB运行仿真分析：得输入信号V1和输出信号V0的波形图说明输入信号通过了该滤波器，并被放大；并从中可以测试到Vo=1.6Vi从波特图仪上可以观察到当20lg︱Aup︱从4.1dB下降到1dB左右时，其f0约为100Hz，理论值基本相同，达到设计要求。图5-24波特图仪显示结果若将信号源的频率分别修改为200Hz和1MHz，再次启动仿真，其输出电压有何变化？200Hz1KHz适当修改参数R1、R2、R3、R4和C1、C2，观察通带电压放大倍数和通带截止频率的变化？增大C1、C2或R3、R4，截止频率减小增大R1输出波形幅度增大如果R1太大，输出会？比较有源低通滤波器和无源低通滤波器的带负载？1.输出功率要足够大oooUIP2.效率要高%100EoPPPo为信号输出功率,PE是直流电源向电路提供的功率。3.为使输出功率大,功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件,在大信号工作状态下,器件本身的非线性问题十分突出,因此,输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。5.1.4功率放大器分析特点功率放大电路有三种工作状态(1)甲类工作状态静态工作点Q大致在负载线的中点。三极管的工作角度为360度。tiCQOOiCuCE(1)甲类工作状态这种工作状态下，放大电路的最高效率为50%。(2)甲乙类工作状态(3)乙类工作状态tiCQOOiCuCE(2)甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE(3)乙类工作状态静态工作点Q沿负载线下移，静态管耗减小，但产生了失真。三极管的导通角度大于180度小于360度。静态工作点下移到IC0处，管耗更小，但输出波形只剩半波了。图5-25乙类互补对称功放电路例5.9乙类互补对称功放电路如图5-25所示。要求观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。功放电路仿真分析工作原理？输出波形从中可以发现输出信号的波形有明显的交越失真。当输入信号较小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，即交越失真。其失真原因运行仿真：输入波形其失真范围如何呢？下面进行直流扫描分析，以便确定其交越失真的范围。直流扫描分析：Simulate/Analysis/DCSweep在Outputvariables标签中，选定节点1作为测试节点，其他项默认。设置StartValue和Stopvalue的值分别为-5V和5V设置Increment为0.1V图5-27例5.9直流扫描分析结果可以发现其失真范围为-775.0000mV~666.6667mV。图5-28例5.9最大输出电压测试结果如何判断其最大电压输出范围？打开直流扫描分析设置窗口，设置其Startvalue和Stopvalue的值分别为-20V和20V，然后进行直流扫描分析，结果如图5-28所示；其最大电压输出范围为-11.5000V~12.5000V。图5-29改进后的电路甲乙类互补对称功放电路例5.10针对上例中乙类互补对称功放电路的交越失真问题，如何对电路进行改进？电路原理分析图5-30例5.10输出波形观察输出波形，如图所示，可以发现已经没有交越失真仍然观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。仿真分析Simulate/Analysis/DCSweep，直流扫描设置：设置Startvalue和Stopvalue的值分别为-10V和10V，设置Increment为0.1V，在Outputvariables标签页，选定节点5作为测试点，其他项默认。判断其最大电压输出范围：其最大电压输出范围为-5V~＋5V。5.1.5.1直流电源的组成图直流电源的组成电网电压电源变压器整流电路滤波器稳压电路负载5.1.5直流电源分析一、单相整流电路tUsin22LRU2222U22U优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。5.1.5.2整流电路二、单相全波整流电路+-全波整流电路22U222U三、单相桥式整流电路22UL22RU22U22UL22RU5.1.5.3滤波电路一、电容滤波电路适用于负载电流较小的场合。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：2O(AV)2.1UU脉动系数S约为10%~20%。2)5~3(LTCR当　　二、RC-型滤波电路输出直流电压为：O(AV)LLO(AV)URRRU脉动系数S约为：SRRCS)//(1L2适用于负载电流较小的场合。三、电感滤波电路和LC滤波电路一、电感滤波器适用于负载电流比较大的场合。二、LC滤波器输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9.0UUU脉动系数S：SLCS21适用于各种场合。图10.3.5图10.3.65.1.5.4串联型直流稳压电路一、电路组成和工作原理采样电路：R1、R2、R3；放大电路：A；基准电压：由VDZ提供；调整管：VT；稳压过程：UI或ILUOUFUIdUBEICUCE↑UO二、输出电压的调节范围由于U+=U-，UF=UZ，所以O32132FZURRRRRUU当R2的滑动端调至最上端时，UO为最小值Z32321OURRRRRUZ32321OminURRRRRU当R2的滑动端调至最下端时，UO为最大值，Z3321OmaxURRRRU则：串联型直流稳压电路直流电源分析举例1例5.11分析下面的直流电源，负载为1kΩ。图5-33滤波前后的波形图5-34负载上的电流仿真分析图5-34负载上的电压如何减小纹波系数？通过参数扫描分析设定分析时间为0.05s需要选择一个合适的电容可见电容取值大于350μF时，纹波就已经比较小设定C的变化范围：50uF——650uF直流电源分析举例2串联型直流稳压电源其电压调节范围？稳压效果怎样？例5.12针对与非门电路74LS00D，分析与非门的特性，加深对各参数意义的理解。5.2在数字电子技术中的应用5.2.1逻辑门电路基础74LS00D是一种有四个二输入端与非门的芯片，其外部特性参数有：输出电平、开门电平、关门电平、扇出系数、平均传输延时和空载功耗等。图5-37VoH测试电路创建电路后，启动仿真，进行各种参数测试：（1）VoH测试仿真分析：VoH测试结果得到VoH为5.0V，大于标准高电平2.4V，并且有100ns的输出延迟。图5-39VoL测试电路创建测试电路，如图5-39所示，启动仿真后，测试结果为VoL=0V，小于标准低电平0.4V。(2)测试输出低电平VoL图5-40VoL测试结果图5-41测试Iis电路图5-42万用表显示窗口创建电路如图5-41所示。启动仿真后，万用表读数显示如图5-42所示，其值为0。即Iis=0A(由于仿真误差，因此Iis的实际值不可能为0)，远小于规定的1.6mA。(3)测试输入短路电流Iis图5-43测试扇出系数创建电路如图5-43所示,启动仿真后,毫安表显示最大允许负载电流IOL=5.545mA，而前面测试得到Iis的值为0，可见No=IOL/Iis的值大于8。(4)测试扇出系数No测得最大允许负载电流IOL=5.545mA图5-44半加器电路例5.13如图5-44