Multisim2001在电子电路设计中的应用07Multisim在模拟电子线路中的应用

1、第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 7.1 三极管输出特性曲线测试三极管输出特性曲线测试7.2 单级共射放大电路单级共射放大电路7.3 差动放大电路差动放大电路7.4 共射放大电路频率特性共射放大电路频率特性7.5 负反馈放大电路负反馈放大电路7.6 非正弦波产生电路非正弦波产生电路7.7 整流与滤波整流与滤波7.8 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 习题习题 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 7.1 三极管输出特性曲线测试三极管输出特性曲线测试 三极管输出特性曲线是指以三极管的集电极、发射极之间电压uce作为坐标横轴，以三

2、极管集电极电流ic作为坐标纵轴，改变基极电流ib的大小，测量ic 与uce之间的关系曲线。在模拟电路中，经常需要测量放大电路的主要器件三极管的输出特性曲线。对此，可以采用传统的逐点测量法测量，电路如图7-1所示。图中，2N2712是一个NPN型三极管，XMM1、XMM2和XMM3是数字万用表，分别用来测量基极电流、集电极电流以及集电极和发射极之间的电压。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 图7-1 逐点测量法电路 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 逐点测量法测量时的步骤如下：(1) 调整电压源V1，使ib=1 mA。(2) 改变电压源V2，使V2分别取0 V，1 V

3、，2 V，12 V，分别从电流表XMM2和电压表XMM3上读取数据，将以上测得数据在以uce为横轴，ic为纵轴的坐标上逐点描出来，得到一条曲线。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (3) 改变电压源V1，使基极电流ib分别取2 mA、3 mA、4 mA、5 mA，重复(2)，即可得到一组曲线，即三极管输出特性曲线。由测试过程可以看出，逐点测量法复杂而繁琐。我们不妨利用Multisim仿真分析法DC Sweep Analysis来测量三极管输出特性曲线。方法如下：(1) 在Multisim电路窗口创建图7-2所示测试电路。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 I11 A

4、V112 VQ12N2712图7-2 三极管输出特性曲线测试电路 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (2) 启动Simulate菜单中Analysis下的DC Sweep Analysis命令，打开DC Sweep Analysis对话框。有关参数设置(如何设置参数，请参阅5.2.1节)如下：Source 1中，Source：vv1(因为vv1表示集电极和发射极之间的电压，即uce，在三极管特性曲线中以此作为坐标横轴，故选择vv1为Source1)；Start value：0 V；Stop value：8 V；Increment ：0.01 V(该值越小，显示的曲线越平滑)。第7

5、章 Multisim在模拟电子线路中的应用 Source 2中，Source：iib(iib表示三极管基极电流，改变基极电流才能测试一组输出特性曲线，故选择iib为Source 2)；Start value：0 V；Stop value：0.0005 mA；Increment：0.0001 mA(该值越小，显示的曲线越平滑)。Output variables：vvce#branch，这是流过电压源V1的电流，即集电极电流-ic。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (3) 点击图5-13对话框上的Simulate按钮，得到如图7-3所示的曲线。 图7-3 输出曲线图 第7章 Mul

6、tisim在模拟电子线路中的应用 由于图7-3中输出曲线以集电极电流-ic表示，不符合习惯，故启动Simulate菜单中的Postprocessor命令，将图7-3中的曲线变 换 成 习 惯 表 示 法 ( 以 ic表 示 坐 标 纵 轴 ) 。 在 弹 出 的Postprocessor对话框中，进行如下设置(有关Postprocessor的参数设置请参阅5.6节)：(1) 分别点击 New Page和New Graph按钮，建立新页“三极管输出特性曲线”和新曲线图。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (2) 选择Analysis Results栏内的“三极管输出特性测试”项下的

7、DC transfer characteristic(dc01)，然后选中Analysis Variables栏中的vvce#branch变量，点击Copy Variable To Trace按钮，再点击Add Trace按钮，这样，一根dc01.vvce#branch曲线便出现在Traces to plot下部的栏中。(3) 重复上述步骤，直至dc06.vvce#branch。这是一簇曲线，后处理器每次只能处理一根曲线。(4) 点击Draw按钮，即可得到图7-4所示的常见形式的三极管输出特性曲线。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 图7-4 三极管输出特性曲线 第7章 Mult

8、isim在模拟电子线路中的应用 7.2 单级共射放大电路单级共射放大电路 1. 静态工作点的设置静态工作点的设置首先创建图7-5所示电路，运行仿真开关，双击示波器图标，可看到图7-6(a)所示的输出波形。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uFR510 kohmABTGXSC112 VVCCQ12N2712V110 mV7.07 mV_rms1000 Hz0 Deg437图7-5 单级共射放大电路 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (a) 图7-6 共射放大

9、电路输出 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (b) 图7-6 共射放大电路输出 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 然后，双击电阻R3图标，改变元件参数至R3=27 kohm，可看到输出波形如图7-6(b)所示。很显然，由于R3增大，三极管基极偏压增大，致使基极电流、集电极电流增大，工作点上移，输出波形出现了饱和失真。在电路窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中点击show命令，选择show node names。启动Simulate菜单中Analysis下的DC Operating Point命令，在弹出的对话框中的Output variables 页将节点3，4，7

10、作为仿真分析节点。点击Simulat按钮，可获得仿真结果如下：V3=1.81598 V，V4=4.8422 V，V7=1.20401 V。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 2. 输入信号的变化对放大电路输出的影响输入信号的变化对放大电路输出的影响当图7-5所示电路的输入信号幅值为5 mV时，测得输出波形如图7-7(a)所示。改变输入信号幅值，使其分别为10 mV、15 mV、20 mV，输出将出现不同程度的非线性失真，即输出波形为上宽下窄。当输入信号幅值为21 mV时，输出严重失真，如图7-7(b)所示。由此说明，由于三极管的非线性，图7-5所示共射放大电路仅适合于小信号放大，

11、当输入信号太大时，会出现非线性失真。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 图7-7 改变输入时的输出波形 (a) 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (b) 图7-7 改变输入时的输出波形 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 3. 测量放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻测量放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻放大倍数、输入电阻和输出电阻是放大电路的重要性能参数，下面利用Multisim仪器库中的数字万用表对它们进行测量。1) 测试放大倍数在图7-5所示电路中，双击示波器图标，从示波器上观测到输入、输出电压值，计算电压放大倍数Av = Vo/Vi。 第7

12、章 Multisim在模拟电子线路中的应用 2) 测量输入电阻在输入回路中接入电压表和电流表(设置为交流AC)，如图7-8所示。运行仿真开关，分别从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则Rif = Ui /Ii，测得频率为1 kHz时的输入电阻。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uFR510 kohm12 VVCCQ12N2712V15 mV3.54 mV_rms1000 Hz0 DegXMM1XMM2R61 kohm图7-8 输入电阻测试电路 第7章 Multi

13、sim在模拟电子线路中的应用 3) 测量输出电阻根据输出电阻计算方法，将负载开路，信号源短路，在输出回路中接入电压表和电流表(设置为交流AC)，如图7-9所示，从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则Rof = Uo/Io，测得频率为1 kHz时的输出电阻。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 R1100 kohmR320 kohmR21 kohmR46 kohmC110 uFC210 uFC3100 uF12 VVCCQ12N2712XMM1XMM2V11 V0.71 V_rms1000 Hz0 Deg图7-9 输出电阻测试电路 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应

14、用 7.3 差动放大电路差动放大电路 差动放大电路是由两个电路参数完全相同的单管放大电路，通过发射极耦合在一起的对称式放大电路，具有两个输入端和两个输出端。图7-10为一个典型的恒流源差放电路，其中，三极管Q1、Q2构成差放的两个输入管，Q1、Q2的集电极Vc1、Vc2构成差放电路的两个输出端；三极管Q3、Q4构成恒流源电路。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 ABTGQ12N2712Q22N2712Q32N2712Q42N2712R120 kohmR21 kohmR320 kohmR41 kohmR510 kohmR610 kohmV112 VXSC1C120 uFV3100

15、mV70.71 mV_rms1000 Hz0 DegR8500 ohmR10500 ohmV212 V图7-10 恒流源差放电路 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 静态时，Vi=0，由于电路对称，双端输出电压为0。差模输入时，Vi1 = -Vi2，Vid =Vi1-Vi2。若采用双端输出，则负载R1的中点电位相当于交流零电位，差模放大倍数Avd与单级放大倍数Avd1、Avd2相同，即Avd= Avd1=-Avd2；若采用单端输出，则Avd= Avd1/2。共模输入时，Vic =Vi1 =Vi2，Vc1 =Vc2，双端输出时输出电压为0，共模放大倍数Avc=0，共模抑制比KCMR=

16、。本节将通过示波器来验证差放电路的特性，并用参数扫描分析法分析差放电路不对称时对输出的影响。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 1. 测试差模放大特性测试差模放大特性在Multisim电路窗口连接图7-10所示电路，其中，Vi1=V3、Vi2=0，这是一组任意输入信号，但我们可以将这组任意信号分解为一对差模信号和一对共模信号。双击示波器图标，从示波器观测到单端输出时的输出波形如图7-11(a)所示。由示波器可测得输入电压Vi=10 mV时，输出电压Vo=-45.6 mV，由此可计算出单端输出时差模电压放大倍数Avd=Vo/Vi。因为Avd1，故差放电路对差模信号具有放大特性。 第

17、7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (a) 图7-11 差放电路输出波形 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 (b) 图7-11 差放电路输出波形 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 2. 测试共模抑制特性测试共模抑制特性在Multisim电路窗口连接图7-12所示电路，其中三极管Q1、Q2的两输入端并接在一起，为共模输入信号。双击示波器图标，从示波器观测到单端输出时的输出波形如图7-11(b)所示。由示波器可测得输入电压Vi=10 mV时，输出电压Vo=-0.975 mV。由此可计算出单端输出时共模电压放大倍数Avc=Vo/Vi。因为Avc1，故Av3。R3

18、、R4组成负反馈，其电压放大倍数Av=(R4+R3)/R4。所以，要求R32R4。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 R1R2R3R4C2C11 uF123U1图7-41 RC振荡电路 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 正弦波振荡电路有很多形式，本节以RC振荡电路为例分析振荡电路中各元件对输出波形的影响。首先创建图7-42所示电路。图7-42中R1、C1、R2、C2构成正反馈选频网络，R3、R4为集成运放提供负反馈，D1、D2起稳幅的作用。双击示波器图标，合理设置参数，测得输出波形如图7-43所示，移动示波器指针，可测得输出频率。 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 ABTGXSC1R11 kohmR21 kohm15 kohmR46 kohmC21uFC11 uF12345U13554AMV112 VD1D2V212 VR3图7-42 正弦波振荡电路 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 图7-43 振荡器输出波形 第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用 改变图7-42中电阻R3，使R3分别取10 kohm和30 kohm，观测输出波形。当R3=10 kohm时，由于R32R4，电路不能起振；而当R3=30 k