模拟电路的EWB仿真举例

1、#7、模拟电路的EWB仿真举例7.1 晶体管基本放大电路共射极、共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础，通过EWB对其进行仿真分析，进一步熟悉三种电路在静态工作点、电压放大倍数、频率特性以及输入、输出电阻等方面各自的不同特点。7.1.1 共射极基本放大电路按图7.11搭接共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项(Circuit/SchematicOption)中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等。12 VR1500图7.1 1共射极基本放大电路1 .静态工作点分析选择分析菜单中的直流工作点分析选项(Analysis/DCOperating

2、Point)(当然，也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量)，电路静态分析结果如图7.12所示，分析结果表明晶体管Q1工作在放大状态。Node/EranchVoicaae/Currsnt10.63306Z124566.461OPENrJODEGFunctionGen.0632S3QL#collector64551Vitftotantri-0由图7.14可以明显看出，当R为100KQ时，静态工作点升高，输出电压已产生明显的饱和失真。当Ri增加到500kQ时，电路工作正常。当Ri增加到900kQ时，由于静态工作点下降较多，导致电压放大倍数下降，输出电压波形幅度大大减小。若要观察到明显的截止失真，可

3、在加大Ri阻值时增大输入信号Vi的幅度。4 .频率响应分析选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/ACFrequencyAnalysis）,在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为1Hz,终止频率为1GHz,扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点5做输出节点。分析结果如图7.15和图7.16所示。图7.1-5显示了共射极基本放大电路的幅频响应和相频响应，按下ToggleGrid”按钮，在幅频特性平面内产生栅格，便于读数。再按下ToggleCursors”按扭，在幅频特性平面内出现两个可移动的数据指针，将指针1移至下限频率处，将指针2移到上限频率处（移动指针时，观察图7.16

4、中的数据y1和y2,使其约为电路输出中频电压幅值的70%）,从而获得与两指针位置相关的共射极基本放大电路频率特性数据如图7.1-6所示。分析图7.15和图7.16可知：当共射极基本放大电路输入信号电压Vi为幅值5mV的变频电压时，电路输出中频电压幅值约为0.5V,中频电压放大倍数约为-100倍，下限频率（X为14.22Hz,上限频率（X2）为25.12MHz,放大器的通频带约为25.12MHz。：alysieGraphsn|国显目|固名|电|AC AnalysisX114.2191yi3S6.02S2 mx225 . 11B9 Hy2358.7454 mdx25 -11S9 H2.7172 m

5、i/ax39.S107 n1/ciy368.0211min x1.0000xnax x10.0000 Gmin y173 B 2900 umax y49白.18E8 m图7.15共射极基本放大电路的频率响应图7.16频率特性相关数据由理论分析可知，上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定，输出电阻由集电极电阻R3限定。读者可参照一般实验方法测得该电路的输入、输出电阻，再与理论计算值加以比较，这里不再一一赘述。7.1.2 共集电极基本放大电路（射极输出器）图7.17为一共集电极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi（幅值为1V,频率为10kHz）,采用与

6、共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果如图7.18所示，用示波器测得电路的输出、输入电压波形如图7.19所示，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数如图7.110所示。E3O Q SAT l+20 MR口RI20 kQV0/R3 ZkQVctr二12 Node：/BranchVoltage/Cuerent5.7S9Bs5.159901001112OPEMNODEFurLCtionGen.0s.vassHector11-995VFunctinGenerat;orm.0V_FunetlonGeneirator_p-.0Vcc#fciranch-0.002869图

7、7.18共集电极基本放大电路静态工作点分析结果图7.19共集电极基本放大电路的输出、输入电压波形分析图7.18相关数据，晶体管工作在放大状态，静态设置合理。在图7.19中Va为输入电压，Vb为输出电压，根据指针处测得电压数据可求得电压放大倍数接近0.99。在图7.17电路中，将放大电路的负载电阻R3接入与断开时用数字多用表测得输出电压有效值分别为699.3mV和703.2mV,根据两电压差可求得电路的输出电阻为11.15。体现了射极跟随器的特点。由图7.110所示共集电极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率(X2)为4.50GHz,下限频率凶)为2.73Hz,通频带约为4.50GH

8、z。7口度旧|&I回甚唐|望J威旦地二|ACAnalysisI1 JOOle-KI06 1 e-HJOS Le-HJJOFrequency (Hz)X 1Z -.7257yl717.1767 mxZ4 - 4965 G717,2479 mdMq.4965 GdY71.172 U1/dx2-22.366 p14.0500 Kmin x1.0ODOittax xID -. Gin i n y269.2 1504 m9B9.3 627 Ktii图7.110共集电极基本放大电路的频率响应7.1.3 共基极基本放大电路图7.111为一共基极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号V（幅值

9、为5mV,频率为10kHz）,采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果如图7.112所示，用示波器测得电路的输出、输入电压波形如图7.113所示，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数如图7.114所示。C3河 50图7.111共基极基本放大电路图7.112共基极基本放大电路的静态分析图7.113共基极基本放大电路的输入、输出电压波形在图7.113中Va为输入电压，Vb为输出电压，根据指针处测得电压数据可求得电压放大倍数约为78倍，且输出电压与输入电压同相位，体现了共基极电路的特点。由图7.114所示的共基极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频

10、率(X2)为27.94MHz,下限频率(X1)为261.01Hz,通频带约为27.94MHz。max kmin y max yyix2die日？1/dx1/ymm x261,0157282.524727+9420281.752927*9417-771*736735.78BS-1.29SS10.0000lOOO,OOOO2,5645MO.739cln.K图7.114共基极基本放大电路的频率响应7.2 场效应管基本放大电路场效应管作为一种电压控制元件，具有输入阻抗高、噪声低等一系列优点。在利用场效应管构成放大器时，可分为共源极、共漏极和共栅极三种基本组态。它们分别与晶体管放大器中共射极、共集电极和

11、共基极三种组态的特征非常相似。场效应管因为工作时栅极基本不取电流，因而静态偏置方式与晶体管有所不同。在对场效应管放大器进行仿真分析时，完全可以采用与晶体管放大器相同的分析方法，即先进行静态分析，再进行动态分析、频率响应分析以及关键元件的参数扫描分析等，这里不再重复进行。7.2.1 共源极放大电路共源极放大电路如图7.21所示，Qi选用三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管。按图7.21在EWB主界面内搭建电路后，双击Q1,出现三端式增强型N-MOSFET参数设置又舌框，选模型（Model）项，将库元件设置为默认（default）、理想（ideal）模式，然后点击对话框右侧编辑（Edit）按钮，在Sh

12、eet1中将跨导系数（Transconductancecoefficient（KP）设置为0.001A/V。分析共源极放大电路可参照7.1节中共射极放大电路的分析过程进行，注意共源极放大器的电压放大倍数表达式为：A=-gmR7。1gmR8可根据图7.21电路参数求得AV的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。47日囚包5 q q20 VR5 10MQ图7.21共源极放大电路7.2.2共漏极放大电路共漏极放大电路如图7.22所示，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Qi为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管，并将其跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析过程可参见7.1节中共集电极放大电路的分析

13、过程进行。共漏极放大电路的电压放大倍数计算公式为：A：=gmR4。可将Av的理论计1gm&算值与仿真实测值进行比较。Sivd n+4-VddR510 MQ7.2.3共栅极放大电路共栅极放大电路如图7.23所示，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Qi为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管，并将其跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析过程可参见7.1节中共基极放大电路的分析过程进行。共栅极放大电路的电压放大倍数计算公式为：A：=gmR4。可将AV的理论计1gmR4算值与仿真实测值进行比较。O日四回1(O1D0kQR1 1D0knR+ 10 kQR5 10MQI叵尉Vdd20 V图7.23共栅极

14、放大电路7.3场效应管与晶体管组合放大电路场效应管具有输入阻抗高、噪声小等显著特点，但放大能力较弱（小），而半导体三极管具有较强的放大能力（高）和负载能力。若将场效应管与半导体三极管组合使用，就可大大提高和改善放大电路的某些性能指标，扩展场效应管的应用范围。图7.31是由场效应管共源极放大电路和晶体管共射极放大电路组成的两级组合放大电路，图中三端式增强型绝缘栅场效应管Q1选用理想模型，将跨导gm设置为0.001A/V,晶体管Q2选用N2222A，其电流放大系数3为255.9。下面先对该电路进行静态分析，再进行动态分析、频率特性分析以及关键元件的参数扫描分析等。145TLS?R720kQ C2R

15、3 R975 kQ * 3KRC51 pFQ2廷忏22ZA R11 0.2 kRIOR5 I 25KST Rfi ：2KVoC150 pFR106 KGVcc20 V图7.31场效应管与晶体管组合放大电路1 .静态分析选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果如图7.32所示。因为组合放大电路中节点3的直流电位为2.92V,因此可求得场效应管Q1的漏极直流电流Id=2.92V/5kQ=0.58mA。因为节点7的直流电位为3.74V,所以晶体管Q2的射极直流电流Ie=3.74V/2kQ=1.87mAoNode/BrarichVoltage/Curcentri-42q32.9194T6

16、322552064.776373.7421814.42290100114.1163OPEN_rJODEFuncticnGen,.0Q2#oase4.77S1lector14.42VFunc：clDnGeneraeairtn.OV_Fmnc,tiQnGeneEmator_p*oVceffbranch-0.0027261图7.32场效应管与晶体管组合放大电路的静态分析2 .动态分析(1)理论分析晶体管的输入电阻26mV26mVrbe=200(1：)=200(1255.9)=3.77kJIe(mA)1.87mA第一级的电压放大倍数:AV1=gmRL1-(1mA/V)8.23k；i-8.23第二级的电

17、压放大倍数:AV2rbe(1 - -)R11255.92k=-9.283.77K,1(1255.9)0.2k.1总电压放大倍数：A=(-8.23)(-9.28)=76.37（2）仿真测试分析：用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号（Vi的幅值为5mV,频率为10kHz）,用示波器测得电路的输出、输入电压波形如图7.33所示。调整示波器面板读数指针可读到：输入正弦电压峰值（VA）为4.97mV,输出正弦电压峰值（Vb）为383.63mV,且输出与输入电压波形同相位。总电压放大倍数Av=383.63mV/4.97mV=77.19。与理论分析结果基本相符。；胃 口 111QECQP4 1 . 4

18、267 4.303.6309T1VA1VB1T2-T1 VASVAl VE2-VB141.126? ns4,q台98 nV363.6307300.0000 MS1 158日看T EU-67S .7333 FiU日SUV FInMTihM-MSV .OSfiMiiY _JCgaiiim；4二TnggfEdgeLeu制 .至B/A A/EI 口.0 口A| 回 EHCh-BHne-l rCh 初靠直Statistics (Analog | OscillascopE | DC Ej | 卜100 I e+004le+00ei e-H31 e-K)lOFrequency (Hz)Ml25.11B9yi

19、271.9360 mx2566.0723 K276.4032 mdx566.0472 Kdy4,4671 J1/dx1.7666 u.i/fly223日569min x1 0000in ax x10,0000 Gmin y209,5175 umax y305.7237 m图7.34场效应管与晶体管组合放大电路的幅频响应和相频响应4 .元件参数扫描分析：输入信号保持不变，选择分析菜单中的参数扫描选项，在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为Rii,参数为电阻，扫描起始值为0.1kQ,终值为0.3kQ扫描方式为线性，步长增量为0.1ka,输出为节点9,扫描用于暂态分析，扫描分析结果如图7.35所示。口

20、I片旧I昌I国引电I史I嘲曲向同二D.750.3D.250-0.2545-0.75PairamctcrD.QQQ33330 DDOE5C567D.OO1Time(s)Ki1rSOElstATiiC图7.35场效应管与晶体管组合放大电路的参数扫描分析Rii是影响放大器电压放大倍数的关键元件，图7.35反映了Rii增大，输出电压幅值减小过程。因为输入电压幅值保持不变，所以输出电压幅值减小即反映了电压放大倍数降低。7.4差动放大电路差动放大电路是模拟集成电路中使用最广泛的单元电路，它几乎是所有集成运放、数据放大器、模拟乘法器、电压比较器等电路的输入级，又几乎完全决定着这些电路的差模输入特性、共模输入

21、特性、输入失调特性和噪声特性。以下仅对晶体管构成的射极耦合差放和恒流源差放进行仿真分析，对用场效应管构成的差放电路可采用相同方法进行分析，这里不再赘述。在图7.41所示差放电路中，晶体管Qi和Q2的发射极通过开关Si与射极电阻R3和Q3构成的恒流源有选择的连接(通过敲击“K”键，选择连接节点9或11),完成射极耦合差放和恒流源差放两种电路的转换。口310 Y2KQ口R110 kQR6 Q2N2222ASR210KQ的1r7.4.1 射极耦合差放仿真分析按图7.41搭建电路，选择晶体管Q1、Q2和Q3均为2N2222A，电流放大系数3=200。将开关&与R1相连，构成射极耦合差放电路。1 .静态

22、分析选择选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果如图7.4-2所示。因为电路中节点1的直流电位为-0.63V,因此可求得晶体管Q1和Q2的射极直流电流只和Ie=(10-0.63)V/10KQ=0.94mA。Q1和Q2的射极电流分别为(1/2)IE=0.47mAoNcde/BrancnVoitage/Current6305625,337935.337941067-108一7.57(3696305610-6.8S3411-7.5632OFENWQDEerunccionGeri.0OPENNODE6S1.00093694Qitfbftse-3.S32Ze-006Ql#coHector5

23、.3378QltfeniiCtsr63036Q2#toase-3.8222e-OO6Q2collectorS.337BQ2Remitter63036Q3Atba.se-S.S847Q3collector-7*56323挣Emils忙已七-7.5703图7.42射极耦合差放电路的静态分析2 .动态分析(1)理论分析晶体管输入电阻：rbe=200(1-)26mV=200(1200)26mV=11.32kJIe(mA)0.47mA单端输入、单端输出差模电压放大倍数:_ R2一一2 %200 10k2 11.32k1-88.34单端输入、双端输出差模电压放大倍数:Avd：R2 200 10k11rbe

24、11.32k11-176.68单端输出共模电压放大倍数：fl,：R220010kAVC1二：=-0.47rbe(1)2R311.32K11(1200)210k11单端输出共模抑制比：Avd1“c,88.34Kcmr=187.960.47Avci差模输入电阻：Rid=2rbe=211.32k=22.64k单端差模输出电阻：RO1=R2=10kJ(2)差模输入仿真测试分析：用示波器测量差模电压放大倍数，观察波形相位关系。按单端输入方式(见图7.41)用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为10mV,频率为1kHz),用示波器测得电路的两输出端输出电压波形分别如图7.43中Va和Vb

25、所示。调整示波器面板读数指针可读到：输出正弦电压峰值Voi(Va)为843.54mV,Vo2(VB)为-838.82mV,且输出电压波形Vo1与Vo2反相位。单端输入、单端输出差模电压放大倍数：Avdi=-Vo1/Vi=-843.54mV/10mV=-84.35单端输入、双端输出差模电压放大倍数：Avd=-(Vo1-Vo2)/Vi=(843.54+838.82)mV/10mV=-168.24实测结果与理论分析基本相符。图7.43射极耦合差放的两输出端输出电压波形差模输入频率响应分析。选择分析菜单中的交流频率分析项(Analysis/ACFrequencyAnalysis),在交流频率分析参数设

26、置对话框中设定：扫描起始频率为1Hz,终止频率为10GHz,扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点2做输出节点。分析结果如图7.44所示。观察图7.44射极耦合差放的频率响应曲线可得：电路的下限频率为0Hz(这是直流放大器的特征)，上限频率为3.16MHz,通频带为3.16MHz。口|诩同昌|曾|*|圄)C BiasS 的！PAAC Analysisxl1.0000yiS . 6200x23.1623 Kys6.2659dx3.1623 Mdy-2.35411/dj316.2279 H.1/dy-424 b7S86 inmin x1.0000max. x10.0000 Gmin y62.543

27、7 mmax y8.6200图7.44射极耦合差放的频率响应差模输入传递函数分析。从EWB信号源库中选择直流电压源(并将其设置为0.001V),替代仪器库中的函数发生器，做差放电路的输入信号源，以满足进行传递函数分析时对输入源的要求。射极耦合差放电路进行差模输入传递函数分析时的电路连接方式如图7.45所示。在EWB主界面内搭建图7.45所示电路，选择分析菜单中的传递函数分析项(Analysis/TransferFunctionAnalysis),在传递函数分析设置参数设置对话框中，选择输入源为V1,输出端为节点2(Vi),按下仿真(Simulate)按钮，的仿真结果如图7.46所示。将输出端改

28、为节点3(V2),再次仿真得结果如图7.47所示。观察两次仿真结果得：差模输入、单端输出差模放大倍数：Avdi=Vo1/Vi=-86.19,Avd2=Vo2/Vi=85.68。差模输入电阻：Rid=23.11k。差模输入、单端输出电阻：Ro=9.81kQo传递函数分析结果与理论分析和示波器测试结果基本吻合。存在较小的误差是合理的，读者可自行分析产生原因。图7.45射极耦合差放的差模输入传递函数分析电路QuantityValueOutputimpedanceatZ9810.ZTransferfunction-86.18SV3#Inputiitpsdatice23114图7.46射极耦合差放Qi集

29、电极输出的传递函数QuantityValueOutputimpedanceat3TransferfunctionInputiinpedance9810.685.68123114图7.47射极耦合差放Q2集电极输出的传递函数共模输入仿真分析。按共模输入方式（见图7.48）用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号（Vi的幅值为10mV,频率为1kHz）,用示波器测得电路的两输出端输出电压波形分别如图7.49中Va和Vb所示。Q1 2N2222AR310 k 口 I ooMlR1 10kQRG、 3.3 kQR210 KQR5 2kQQ3 2N2222AQ2 2N2222AS1f K四V2 10V

30、O图7.48射极耦合差放的共模信号输入情况图7.49共模输入时射极耦合差放的两输出端电压波形调整示波器面板读数指针可读到：输出正弦电压峰值Voi(Va)与Vo2(Vb)相同，均为4.90mV,输出电压波形Vol与V02同相位。说明该差动放大器左右两侧元件参数对称性好。单端输出共模电压放大倍数：Avci=-Voi/Vi=-4.90mV/10mV=-0.49单端输出共模抑制比：Kcmr=84.35/0.49=172.14实测结果与理论分析基本相符。7.4.2恒流源差放仿真分析差放电路引入恒流源替代射极偏置电阻，对差动放大倍数没有影响，主要是为了进一步降低共模放大倍数，提高共模抑制比。因此，这里仅对

31、恒流源差放的共模放大倍数进行仿真分析。对EWB主界面内所建图7.4-1所示电路，通过敲击“K”键，将Q1与Q2的射极通过开关S与节点11连接，使其成为恒流源差放电路。调整R阻值，使恒流源差放的静态电流与射极耦合差放电路相同，便于两者进行比较。调整函数发生器，使输入正弦波Vi的幅值为100mV,频率为1kHz,输入信号以共模方式接入。示波器Va接输入电压Vi,Vb接输出电压Voi。最终完成的恒流源差放电路共模放大倍数测试电路如图7.410所不O3,3K 口上四Q32N2222% R3IQkQj1_M1 7f210 V图7.410恒流源差放电路的共模电压放大倍数测量电路在EWB主界面内按图7.41

32、0将电路搭建完毕，合上启动开关，系统开始仿真。双击示波器图标，打开示波器面板，调整扫描时基和Y轴电压比例，测得Vi与Voi电压波形分别如图7.411中Va和Vb所示。调整示波器面板读数指针可读到：输出正弦电压峰值V01(Vb)=-41.96输入正弦电压峰值Vi(VA)=99.54mV。单端输出共模电压放大倍数：Avc1=Vo“Vi=-41.96科V/99.54mV=-0.42X103。可见引入恒流源后，差放电路的共模放大倍数大大降低，共模抑制比大大提高，加强了抑制零点漂移的能力。图7.411恒流源差放电路的共模输入、输出电压波形7.5集成运算放大器运算放大器的类型很多，电路也不尽相同，但在电路

33、结构上有共同之处。一般可分为三部分，即差动输入级、电压放大中间级和输出级。输入级一般是由晶体管或场效应管组成的差动式放大电路，利用差放电路的对称性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级主要作用是提高电压放大倍数，它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由射极跟随器或互补射极跟随器组成，主要作用是提高输出功率。图7.51是在EWB主界面内搭建的一个简单的集成运算放大器。Qi、Q2组成差动式放大器，信号由双端输入、单端输出。Q3、Q4组成复合管共射极放大电路，以提高整个电路的电压放大倍数。输出级由Q5、Q6组成的两级射极跟随器构

34、成，不仅可以提高带负载能力，而且与R5配合，可使直流电位步步降低，实现输入信号电压Vi为零时，输出电压Vo=0o输入端Vi_是运放的反相输入端，Vi+是同相输入端。R113.4 kQ(D HOQ5 2N2222AR213.4 kQ10 V2N2222A2N2Z22AXR5 2.77 kQ gonQG2N2222A眄二)VoR41.9 kQ图7.51简单集成运算放大器集成运放的仿真分析：1 .静态分析：令输入信号电压为零(两输入端接地)，选择分析菜单中的直流工作点分析项(Analysis/DCOperatingPoint),获得分析结果后，观察输出端V。(节点19)直流电位是否为零？若不为零，则

35、调整R5的阻值，使输出端电位为零。简单集成运放静态分析结果如图7.52所示。Node/BraneiiVoitage/Current4马Z.6151IO3.17S511IO132.1607143.S245153*332516一口.6327173.332918-1019l0.003305206S9S5Ql#loase.1473e-OO6Q1#ctciHector3.3323-0B632498冷az-4-14-735-006Q2#collector3,332463249Q3#loase3.3325Q3#colleeror3.17SS二J图7.52简单集成运算放大器的静态分析结果2 .动态分析：(1)

36、传递函数分析:将简单集成运放的同相和反相输入端分别接入信号源库中的直流电压源，并将其电压值设置为1mV,其连接方式如图7.53所示。同相输入方式下的传递函数分析：选择分析菜单中的传递函数分析项(Analysis/TransferFunctionAnalysis),在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V4,分别设置输出端为节点15、10、和19。每重设一次输出节点，按一次仿真按扭(Simulate),进行一次传递函数仿真分析。对三个输出节点的三次仿真分析结果如图7.5-4所示。分析图7.54相关数据可得：差动放大器的电压放大倍数：Avdi=-120.75。中间级电压放大倍数：Av2=

37、315.61/(-120.75)=-2.61。输出级电压放大倍数：Av3=312.36/315.61=0.99。该运放同相输入时总电压放大倍数：Av=312.36。电压放大倍数Av为正值，表明输出端电压与同相端输入电压同相位。Rt 飞 R2 13.4 kQ 13.4 KOEQR41,9 KG图7.53简单集成运放传递函数分析时的电路连接Quantit.yValueOutputimpedanc已at15Ttsmnerfunction华工uputimpedance13035-120.7521392QuantityValue|Outputimpedanceat10Transierfuruccicui

38、ucimpedance50S9.53IS.6121392Quant,it.yValueOutputimpedanceat19TransferfunctionV4#Inputimpedance18.762312,3621392图7.54简单集成运放同相输入时的传递函数分析结果反相输入方式下的传递函数分析：选择分析菜单中的传递函数分析项(Analysis/TransferFunctionAnalysis),在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V3,设置输出端为节点19。仿真分析结果如图7.55所示。由图7.55相关数据可得：反相输入方式下简单集成运放的总电压放大倍数：Av=-312.3

39、6。负号表明运放输出电压与反相端输入电压相位相反。电路的输入阻抗为：21.39kQ。电路的输出阻抗为：18.76Q。Quantit.yValueOutputimpedanceat19IS.762Transferfunction-312*36V3#Inputimpedance21391图7.55简单集成运放反相输入时的传递函数分析结果(2)工作电压波形测试：反相输入方式波形测试：按差模单端输入方式，将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦输入信号(Vi的幅值为2mV,频率为1kHz)接在反相与同相端之间，并将同相输入端接地，其连接方式如图7.5-6所示。用示波器测得电路的反相输入端(V_)和输出端(

40、Vo)电压波形分别如图7.57中Va和Vb所示。调整示波器面板读数指针可读得：输出正弦电压峰值Vo(VB)=617.91mV,反相输入端施加的正弦电压峰值Vi(VA)=-1.98mV,且输出与输入电压反相位。由此可得简单集成运放反相输入电压放大倍数：AV=617.91mV/(-1.98)mV=-312.08。El2N22必 2N2222A X日回回Vi+10 VR4QA 2N2222A CDED图7.56简单集成运放反相输入时的工作波形测试Oicillosci&pt图7.57简单集成运放反相输入时的输入、输出电压波形同相输入方式波形测试：按差模单端输入方式，将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦

41、输入信号（Vi的幅值为2mV,频率为1kHz）接在同相与反相端之间，并将反相输入端接地。用示波器测得电路的同相输入端（V+）和输出端（Vo）电压波形分别如图7.58中Va和Vb所示。调整示波器面板读数指针可读得：输出正弦电压峰值Vo（VB）=618.45mV,同相输入端施加的正弦电压峰值Vi（VA）=1.98mV,且输出与输入电压同相位。由此可得简单集成运放反相端输入电压放大倍数：AV=618.45mV/1.98mV=312.35。图7.57简单集成运放同相输入时的输入、输出电压波形对简单集成运放波形测试的结果与传递函数分析结果完全一致，通过示波器对输入、输出波形的观测，直观的反映出运放同相输

42、入端和反相输入端与输出端之间的相位关系。7.6功率放大电路在电子电路中，人们对电压放大器的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，其考核的主要指标是电压放大倍数、输入和输出电阻等，对输出功率基本没有较高要求。而功率放大器则不同，对它的主要要求是具有一定的不失真（或失真较小）的输出功率,通常是在大信号下工作，因此着重要解决好输出功率大、效率高和非线性失真之间的矛盾。以下分别对双电源和单电源互补对称功放电路进行仿真分析。7.6.1 双电源互补对称（OCL）功放电路图7.61为采用双电源的互补对称功放电路（也称OCL电路），调节函数发生器，令输入正弦波电压（V。峰值为10V,频率为1kHz。图中D1、

43、D2和E为Ti、T2提供适当静态偏置，克服由晶体管门坎电压造成的交越失真。用示波器同时观察输入、输出波形，敲击R键，调节Rw的大小，改变Ti、T2的偏置电压，直至消除交越失真为止。在甲乙类偏置情况下，OCL功放电路的输入（Va）、输出（Vb）工作波形如图7.62所示。敲击A键，改变开关Si的通断，可以观察到交越失真现象。开关Si闭合，电路工作在乙类偏置状态时，输入、输出电压波形如图7.63所示，图中输出电压（Vb）带有明显的交越失真。R230kQ日回回 5 O Q30 k 0AAA/图7.61双电源互补又功放（OCL）电路；OEcilloEcapeVA2VB2T1VA1VB1T2-T1VA2-

44、VA1VB2-VB12.6000204.951 pV1 1.399? nU94.26 75 ms . 95 4 2V9.2 14.6 U9 6.2675 ri s9.9542 W.2146 U图7.62 OCL功放电路工作在甲乙类偏置时的输出、输入电压波形AAA/图7.63 OCL功放电路工作在乙类偏置时的输出、输入电压波形7.6.2 单电源互补对称（OTL）功放电路图7.64为一带自举电路的单电源互补对称功放电路（也称OTL电路），按图连接好电路之后，敲击R键，调节Rw2使K点直流电位为1/2Vcc。调节函数发生器使输入正弦电压（Vi）峰值10mV,频率为1kHz。用示波器同时观察输入（Va

45、）、输出（Vb）电压波形，敲击W键，调节Rwi可以克服交越失真。图中电阻R与电容C组成自举电路，用来提高输出电压正半周的峰值。可同通过电容C断开与接入时输出电压正半周的变化来观察自举电路的的作用。15 VR 0.2 KQ图7.64 单电源互补对称功放电路用示波器测得单电源互补对称功放电路输入（Va）、输出（Vb）工作电压波形如图7.65所示，与图7.61所示OCL功放电路相比，因为该电路输入增加一级由T3组成7.6的共射极电压放大电路，因此输出与输入电压反相位，且输入电压幅值较小。观察图5输出电压可见，单电源互补对称功放电路与双电源功放电路相比，输出电压正、负两半周对称性稍差。图7.65单电源

46、互补对称功放电路输入、输出电压波形7.7负反馈放大器图7.71为一分立元件构成的两级共射放大器，电路引入交流电压串联负反馈，反馈网络由Ref、Rf和Cf组成。通过开关So的通断，控制反馈网络的接入与断开。开关Si的通断，控制着负载电阻（Rl）的接入与通断。以下通过对该电路的仿真分析，验证负反馈的基本理论，并进一步加深对这些基本理论的理解。电路的反馈系数：FV=Ref一=一立一=0.07RefRf0.5K116.2kj1 .测量开环电压放大倍数敲击C键，将开关So断开，输入正弦电压（Vi）峰值为20mV,频率为1kHz。用示波器测量输入、输出电压的峰值V。（将示波器面板展开，拖曳读数指针读取）。

47、放大器开环时输入、输出电压波形如图7.72所示。Rh11 Rc1 C25口KQ。百g 2011fEOVcc I福 口 15 VC32H3904Rh121QKQRBf500门Re1700 aRb21 5 K一50K口 5 5kRQ -L20 pFRf&2kQAAA/Cf50时图7.71分立元件构成的两级负反馈放大器根据输出、输入波形峰值求得:开环电压放大倍数：AV V Vi2.50V =125.7519.88mV电路的反馈深度：1AF=1125.750.07=9.80图7.72负反馈放大器开环时的输入、输出电压波形2 .测量闭环电压放大倍数。敲击C键，将开关&闭合，将输入电压幅值调整为200mV

48、,重复上述过程，测得引入反馈后的输入、输出电压波形如图7.73所示。图7。7 3负反馈放大器闭环时输入、输出电压波形根据输出、输入波形峰值求得：闭环电压放大倍数AVf=Vf=2.27V=11.42。Vi198.79mV理论计算：Avf=-Av一=12575=12.831 AvFv9.803 .测量反馈放大器开环时的输出电阻在放大器开环工彳时通过敲击B键，控制开关S1的断开与闭合。打开数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压：Va=1.79V,负载接入时输出电压Vo=996.4mV。开环输出电阻：RO=(VO-1)RL=(1.79V1)6.2k=4.94k.1VO996.4mV理论计算：RORC=5k-14 .测量反馈放大器闭环时的输出电阻在放大器闭环工彳时通过敲击B键，控制开关&的断开与闭合。打开数字多用表，出电压 Vof=1.52V。闭环输出电阻:ROf置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压：Vo/=1.62V,负载接入时输VOf1.62V二(T)Rl=(-1)6.2k11=0.41k.1