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东 北 石 油 大 学 电工电子仿真实践课程设计 2014 年 7 月 4 日 课 程 电工电子仿真实践课程设计 题 目 互补输出级交越失真消除的研究 院 系 电气信息工程学院电气系 专业班级 电气 123 学生姓名 张豹 学生学号 120603140309 指导教师 刘小斌 李宏玉 电工电子仿真实践课程设计任务书 课程 电工电子仿真实践课程设计 题目 互补输出级交越失真消除方法的研究 专业 电气工程及其自动化 姓名 张豹 学号 120603140309 主要内容: 根据仿真软件 multisim8 的主要功能特点,利用其先进的高频仿真功能对互补输出 级交越失真消除方法进行的仿真研究。 基本要求: 对于电压放大电路的输出级,一般有两个基本要求:一是输出电阻低,二是最大 不失真输出电压尽可能大。分析所学过的各种基本放大电路,共集放大电路满足前一 要求,但它带上负载后静态工作点会产生变化,且输出不失真电压也将减小。在仿真 软件 multisim8 中,可以应用较为理想对称特性的 npn 和 pnp 型管。主要技术指标如 下: 1、工作中心频率; 0 6.5fmhz 2、负载电阻 r=1.0k; 3、vcc=+15v; 4、vee=-15v。 主要参考资料: 1 刘伟,李思强.multisim8 电工电子仿真实践m.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 2007. 2刘骋. 高频电子线路m.西安:西安电子科技大学出版社,2003. 3何中庸.高频电路设计与制作 m.科学出版社,2002. 4谢沅清.模拟电子线路 m.成都电子科大出版社,2001. 5张肃文. 高频电子线路m.北京:高等教育出版社,2007. 完成期限 2014.6.302014.7.4 指导教师 刘小斌 李宏玉 专业负责人 陶国彬 2014 年 7 月 4 日 目 录 1 设计1 2 方案选择与电路原理图的设计1 3 元件选取与电路图的绘制.1 3.1 元件选取1 3.2 电路图的绘制1 4 虚拟仪器设置与仿真分析计算3 4.1 虚拟仪器设置3 4.2 仿真分析计算.3 5 仿真结果.4 6 修改电路参数的仿真计算.4 7 总结.5 参考文献.6 电工电子仿真实践课程设计(报告) 1 1 设计 在仿真实验中,利用具有较为理想对称特性的 npn 型和 pnp 型管,可以看到 只受晶体管输入特性影响(不受其它因素影响)所产生的失真和消除这种失真的 方法。 2 方案选择与电路原理图的设计 消除失真的方法是设置合适的静态工作点。 利用直流电压表测量两个电路中晶体管基极和发射极电位,得到静态工作点; 用示波器分别观察两个电路输入信号波形和输出信号波形,进行动态测试。 3 元件选取与电路图的绘制 3.1 元件选取 1、晶体管采用 npn 型晶体管 2n3904 和 pnp 型晶体管 2n3906。 2、二极管采用 1n4009。 3、电压表及示波器。 3.2 电路图的绘制 1、利用直流电压表测量两个电路中晶体管基极和发射极电位,得到静态工 作点,如图 3.1 所示。各电压表所测量的电压如图中所标注。 2、用示波器分别观察两个电路输入信号波形和输出信号波形,并测试输出 电压的幅值。如图 3.2 所示。channel a 为输入电压波形,channel b 为输出电 压波形。电压波形如图 3.3 所示。 电工电子仿真实践课程设计(报告) 2 图图 3.1 静态测试静态测试 图图 3.2 动态测试动态测试 电工电子仿真实践课程设计(报告) 3 图图 3.3 示波器显示的电压波形示波器显示的电压波形 4 虚拟仪器设置与仿真分析计算虚拟仪器设置与仿真分析计算 4.1 虚拟仪器设置 vcc=+15v; vee=-15v; r=1.0k; 其它如电路图 3-1、3-2、3-3 所示。 4.2 仿真分析计算 静态时,从正电源+vcc 经 r,d 到负电源-vee 形成一个直流电流,必然使 t1 和 t2的两个基极之间产生电压 ub1b2=ud1+ud2 由于二极管的动态电阻很小,可以认为 t1管和 t2管的基极动态电位近似相等, 且约为 ui,即 ub1ub2ui。 电工电子仿真实践课程设计(报告) 4 5 仿真结果仿真结果 仿真结果如表 5-1、5-2 所示。 表 5-1 基本互补电路的测试数据 直流电压表 1 读数 ub1/mv 直流电压表 2 读数 ue1/nv 输入信号 v1 峰值/v 输出信号 峰值/v 0-8.98721.331 表 5-2 消除交越失真的互补输出级的测试数据 直流电压 表 3 读数 ub3/mv 直流电压 表 4 读数 ub4/mv 直流电压 表 5 读数 ue3/mv 输入信号 v2 峰值/v q3基极动 态电位/v q4基极动 态电位/v 输出信号 峰值/v 721.256 -721.32414.7052 1.406 1.406 1.997 6 实验结论实验结论 1、对基本互补电路的测试可得到如下结论: (1)静态时晶体管基极和发射极的直流电压均为0,静态功耗小。 (2)由于输入电压小于 b-e 间的开启电压时两只晶体管均截止,输出信号波 形明显产生了交越失真,且输出电压峰小于输入电压峰值。 2、对消除交越失真的互补输出级的测试可得到如下结论: (1)晶体管级直流电位 ub3 -u b4 =721mv,表明两只管子在静态均处于导通 状态,发射极的直流电位 ue314.7mv,很接近于零,说明管子具有很好的对称 性。ub3-u b4、ue30 的原因仍在于 npn 型晶体管 2n3904 和 pnp 型晶体管 2n3906 的不对称性。 电工电子仿真实践课程设计(报告) 5 (2)输入电压的峰值为2v,有效值约为1.414v。在动态测试中,ub3 =ub4 =1.406vui,说明在动态的近似分析中可将 q3和 q4的基极与输入端可看成为一 个点。 (3)输出电压峰值与输入电压峰值相差无几,且输出信号波形没有产生失真, 说明合理设置静态工作点是消除交越失真的基本方法,且使电路的跟随特性更好。 7 总结总结 本课程设计就互补输出级的测试系统进行原理图设计,使用 multisim8 软件 进行了仿真,验证了设计的合理性和可行性。具体内容包括: 1、设计了互补输出级的测试系统的主电路和控制电路,包括静态测试和动 态测试两部分; 2、根据设计任务指标计算了各部分系统参数,并进行了相应元件选取:晶体 管采用 npn 型晶体管 2n3904 和 pnp 型晶体管 2n3906。二极管采用 1n4009; 3、利用 multisim8 软件进行了仿真,仿真结果表明:合理设置静态工作 点是消除交越失真的基本方法; 4、特过仿真软件,我更加熟悉的掌握了互补输出级的正确接法和输入输出 关系。 参考文献 1 刘伟,李思强.multisim8 电工电子仿真实践m.哈尔滨:黑龙江科学技术出版 社,2007. 2 李建伟.基于 multisim11 的静态工作点稳定电路研究j.长治市:长治学院学 报,2012. 3 李国添.放大电路静态工作点设置目的及方法j.哈尔滨:黑龙江科技信息, 2008. 4 王林川,潘文明,李庆鑫,牟瑞.基于负反馈原理的功放电路交越失真解决方法研 究j.北京:北京电子技术学院,2008. 5 童诗白,华成英模拟电子技术基础m.北京:高等教育出版社,2012. 6 陈洪斌.稳定静态工作点的必要性及方法j.长春市:吉林省教育学院,2006. 东北石油大学课程设计成绩评价表 课程名称电工电子仿真实践课程设计 题目名称互补输出级交越失真消除方法的研究 学生姓名张豹学号120603140309 指导教 师姓名 刘小斌 李宏玉 职称 副教授 副教授 序号评价项目指 标满分评分 1 工作量、工作 态度和出勤率 按期圆满的完成了规定的任务,难易程度和 工作量符合教学要求,工作
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