毕业设计（论文）基于Multisim10的差分共射负反馈放大电路相对稳定性的

1、大学 2012届学士学位论文 基于multisim10的差分-共射负反馈放大电路相对稳定性的探讨学院、专业 物理与电子信息学院 电子信息工程 研 究 方 向 电子技术 学 生 姓 名 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 教授 2012年基于multisim10的差分-共射负反馈放大电路相对稳定性的探讨摘要 差分-共射负反馈放大电路是电子线路中的重要组成部分，在电子电气产品中占有十分重要的位置，在很多领域都有着广泛的应用。本文在探讨差分-共射负反馈放大电路的相对稳定性时，借助于multisim10软件，对其在不同情况下做了仿真。根据仿真的数据对三种相对稳定性公式进行计算分析，结果验证了三种形式公

2、式的正确性，同时也验证了三种形式的公式适用于不同条件：微分形式仅适用于反馈系数不变，增益变化极小的条件下；差分形式适用于反馈系数不变的条件下；反馈系数改变时的普遍公式不但在前两种条件下适用，在反馈系数和增益同时改变的条件下也适用。本文同时根据多级放大器的分析方法，对开环静态工作点、开闭环源电压增益进行了理论计算和仿真，根据二者的性能指标数据得出：在合理的近似处理下，理论计算和仿真的数据基本一致，验证了负反馈基本的公式。关键词 multisim10；相对稳定性；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 录1 引言 2 multisim10简介及仿真步骤 2.1 multisim10简介 2.2 multisim10仿真过程3 差分-共射负反馈放大电路的设计4 差分-共射负反馈放大电路的理论计算 4.1 电路开环静态工作点 4.2 电路开环 4.3 电路闭环5 相对稳定性10 5.1 相对稳定性公式10 5.2 相对稳定性的计算11结论15参考文献18致谢181 引言在模拟电子技术中，负反馈占有十分重要的地位，并且有广泛的应用。采用负反馈是以降低增益为代价的

9、，但收益是十分明显。它可以改善放大电路的工作性能，如：降低放大器的增益灵敏度，改变输入电阻输出电阻，改变放大器的线性和非线性失真，有效扩展放大器的通频带。所以探究负反馈放大电路的相对稳定性是十分必要的。随着计算机仿真水平的提高，eda技术应运而生，包括我们所熟悉的protel,ewb,multisim10等。其中multisim10软件是迄今为止使用最方便、最直观的仿真软件之一。mutisim10直观的图形界面使它更加容易上手，操作起来更加方便，丰富的电子元器件能给使用者更多的选择，可以根据软件提供的丰富的测量仪器来测试自己设计的电路的各种数据和性能，如果效果不理想，还可以随时改动元器件或者改

10、动电路来达到目的，直到有了满意的结果。本文在探究差分-共射负反馈放大电路的相对稳定性时采用multisum10来设计电路；并且对其进行理论计算和实际仿真，对相对稳定性的三种公式分别分三种情况进行计算和分析：反馈系数不变，增益改变；反馈系数改变，增益不变；反馈系数和增益都改变。2 multisim10简介及仿真过程2.1 multisim10简介multisim10是美国国家仪器（ni）有限公司推出的以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。multisim10可以实现计算机仿真设计与

11、虚拟实验，与传统的电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计变实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可以方便地对电路参数进行测试和分析。实验中不消耗实际的元器件，实验中所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低实验速度快，效率高，设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。图1 multisim10界面如图1所示，multisim10界面包括标题栏、下拉菜单、快捷工具、项目窗口、状态栏、仪表快捷栏等组成。其中仪表快捷栏在右侧，包括有万用表、示波器、函数发生器、逻辑转换器、频谱分析仪等多种仪表。2.2 multi

12、sim10仿真过程multisim10的仿真工作过程分为以下4个阶段，如图2所示：（1）输入 在输入阶段，设计者完成电路图的输入、指定元件值并选择分析方法。完成这些工作后，仿真器读取电路的信息。（2）建立 在建立阶段，仿真器建立一组数据结构，这组数据结构完整地描述了所输入的电路。（3）分析 在分析阶段，按选择的分析方法完成对输入电路的分析。这个阶段占用cpu的大部分执行时间，是电路仿真的核心。分析阶段按所指定的分析方法用方程表示电路，并求解方程，为输出阶段提供数据。（4）输出 在输出阶段，从示波器等仪器上获得仿真运行的结果。图2 multisim10的仿真过程3 差分-共射负反馈放大电路的设计

13、 如图3所示的电路，由差分放大电路和共射放大电路构成，级间采用大电容c直接耦合。在输出端，反馈网络与基本放大器并接，反馈信号取自负载r上输出电压，则为电压反馈；在输入端，反馈网络与基本放大器串接实现的是电压比较的反馈，即为串联反馈。根据瞬时极性法判断为负反馈；则此电路为电压串联负反馈。对第一级差分电路而言，其是单端输入，单端输出结构，输出为共射组态。对于第二级共设放大电路而言，采用了分压式偏置电路，这有利于提供放大电路所需的静态工作点，从而使这一级更加稳定。考虑到求电路的闭环和开环增益，电路中加入了key选择开关。当开关key接在a点时，电路为负反馈放大电路；当开关key接在b点时，电路为基本

14、放大器电路。电路的反馈电阻选择r=20 k,当开关key接在b点时rrr=r=1 k，则可以认为差分放大器输入端对称，对理论的计算带来了方便。图3 差分-共射负反馈放大电路4 差分-共射负反馈放大电路的理论计算4.1 电路开环静态工作点对差分电路而言，略去与rr的差别，认为差分放大器输入端对称，则q与q两管静态工作电流i、i相等。当v交流对地时，不计r上有电压降，有:iee=-vbeon-veere=-0.7v+12v10k=1.13maieq1=ieq2=12iee=0.565maicq2=ieq2=0.565mavcq1=vcc-rc2icq2=12v-12k0.565ma=5.22vve

15、q1=-0.7vvbq1=vbe(on)+veq1=0v对q共发射级分压式偏置放大电路：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通过求得r上的电压值v可以求得v：vrc3=icq3rc3=1.82ma2.4k=4.368vvcq3=vcc-vrc3=12v-4.368v=7.632v利用multisim10进行仿真得出静态工作点的准确结果，与理论值进行比较，具体见表1： 表 1 仿真-理论一览表vvvv

16、vv仿真/v-0.0085.300.653.217.902.64理论/v05.22-0.73.437.632.73相对误差1.57.76.93.43.4从表1中可以看出仿真值与理论值是有些误差的。因为计算时认为v=0.7v,而软件中的仿真的情况不是理论计算的近似值v=0.7v，另外还有略去与rr的差别等近似处理的情况导致误差。4.2 电路开环如图3用的是2n2221a型三极管，设其共发射极交流电流放大系数为：=75，则q、q射级交流电阻为r, r：rbe1=(1+)vtieq1=(1+75)26ma0.565ma=3.497 krbe3=(1+)vtieq3=(1+75)26ma1.82ma=

17、1.086 k考虑到r一般远大于r（一般几十欧姆），略去其影响，则差分-共射放大电路开环第一级放大倍数a：avv1=-12rc1/ri2rb1+rbe1 (4-1)ri2=rb3/rb4/rbe3+(1+)re2 差分-共射放大电路开环第二级放大倍数a：avv2=-rc3/rlrb3/rb4+(1+)re2 (4-2)从而得到差分-共射放大电路开环总的放大倍数a：avv=avv1avv2 =122rc1/ri2rb1+rbe1rc3/rlrb3/rb4+rbe3+(1+)re2 (4-3)相应的源电压增益a为：avvs=avvriri+rs=122rc1/ri2rb1+rbe1rc3/rlrb

18、3/rb4+rbe3+(1+)re2riri+rs (4-4)ri=rb1+rbe1代入数值计算得出：a=37.8。 4.3 电路闭环如图3所示差分-共射负反馈放大电路的反馈系数为:kfv=rb2rb2+rf=121则反馈深度为:f=1+kfvavvs=2.8闭环源电压增益为：avvsf=avvs1+kfvavvs=13.5利用multisim10进行仿真得出准确的结果，与理论值进行比较，具体见表2：表 2 仿真结果与理论计算的比较aa理论值37.813.5仿真值38.83413.253相对误差2.71.95 相对稳定性5.1 相对稳定性公式当基本放大器a变化很小时，相应的微分形式为： = （

19、5-1）该公式推到利用了微分性质，反映了反馈放大器增益的相对稳定性。当条件不满足时，文献给出差分形式： = （5-2）其中为变化后的基本放大器增益，(为变化后的反馈放大器增益)。比较式（5-1）与式（5-2）可知，略去基本放大器增益变化前后差异，两者相同。然而与式（5-1）一样，式（5-2）也没有涉及反馈系数f的变化。当其变化时，用表示变化后的反馈系数，用表示其变化量，有=-=这时相对稳定性公式应为： = （5-3）可以看到，（5-3）与式（5-1）式（5-2）明显不同，即使基本放大器增益没有变化即=0，但反馈系数的变化也引起反馈放大器增益的变化，即0。5.2 相对稳定性的计算（1）当反馈系数

20、k不变，a改变时，分别r=19 k，r=18 k，r=10 k测得的数据如表3所示：表 3 反馈系数k不变，a改变时公式计算和比较r=19 kr=18 kr=10 ka38.62138.38635.144a13.22713.19712.766a/ a0.0019618200.0042254580.03674640式（5-1）计算0.0019250350.0040489010.03334840式（5-2）计算0.0019319130.0040794450.03554105式（5-3）计算0.0019319130.0040794450.03554105式（5-1）计算误差1.884.189.25式

21、（5-2）计算误差1.523.263.28式（5-3）计算误差1.523.263.28从表3可以看出当反馈系数k不变，式（5-2）计算和式（5-3）计算结果是一样的，这是因为=0，式（5-2）和式（5-3）是相同的。当r变化不大，如r=19 k和r=18 k时，式（5-1）、式（5-2）和式（5-3）计算误差都是非常小的，误差在可接受范围内。当r=10 k时=3.69，相对总增益来说变化是很大的，式（5-2）和式（5-3）计算误差都为3.28，而式（5-1）计算误差达到9.25，这说明其已经不适用。（2）当反馈系数k改变，即当r 改变时，作近似处理rrr=r=1 k，所以近似认为a不变，测得的

22、数据如表4所示：表 4 反馈系数k改变，a不变时公式计算和比较k=1/30k=1/50a38.83438.834a16.93422.115a/ a0.27774840.6685788表 4 (续)k=1/30k=1/50式（5-1）计算00式（5-2）计算00式（5-3）计算0.29057570.6557287式（5-1）计算误差式（5-2）计算误差式（5-3）计算误差2.921.94 从表4中可以看出当k=1/30 和k=1/50时，式（5-1）和式（5-2）计算都为0，这说明在=0时，式（5-1）和式（5-2）已经不再适用了，而式（5-3）计算的结果跟实际值基本一致，只有2.92和1.94

23、的误差。（3）当反馈系数k改变，a改变时，测得的数据如表5所示：表 5 反馈系数k改变，a改变时公式计算和比较r=10 k, k=1/30r=8 k, k=1/50a35.06733.426a16.29220.192a/ a0.22930660.5188259式（5-1）计算0.034044280.04887483式（5-2）计算0.036332520.05373257式（5-3）计算0.22474410.5175369式（5-1）计算误差式（5-2）计算误差式（5-3）计算误差1.990.25从表5中看出当反馈系数k和a同时改变时，式（5-1）和式（5-2）计算与实际值相差很大，此情况下，这两个公式已经不再适用，式（5-3）计算与实际值相差不大，计算误差分别仅为1.99和0.25。 结 论（1）静态共工作点的直流电压与仿真测量的电压基本一致。闭环增益和开环增益的结果也相对可以接受。通过理论值和仿真值的比较，验证了公式a= a/(1+ k a)的正确性。（2）反馈系数k和源电压增益a的改变都会对反馈电路产生影响。（3）从增益相对稳定性计算结果中分析得出：增益相对稳定性的微分形式只是在源电压增益a变化很小的情况下适用，而差分形式对源电压增益a的变化大小没有要求，可是在反馈系数k改变时会出现很大的误差；但是对于式（5-3）在反馈系数k和源电压增益a都改