Multisim模拟电路仿真实例

1、第4章 Multisim8应用实例二、二、Multisim11 应用实例应用实例 1 在模拟电子技术中的应用在模拟电子技术中的应用 2 在数字电子技术中的应用在数字电子技术中的应用 第4章 Multisim8应用实例图5-1 例5.1原理图例例5.1 共射晶体管放大电路，如图共射晶体管放大电路，如图5-1所示，要求：所示，要求：1）判断输出波形是否失真？）判断输出波形是否失真？2）如何改善波形失真？）如何改善波形失真？3）测试其）测试其fL和和fH。5.1 在模拟电子技术中的应用在模拟电子技术中的应用5.1.1 放大电路设计与分析放大电路设计与分析第4章 Multisim8应用实例图图5-2

2、瞬态分析结果瞬态分析结果输出波形输出波形已经失真已经失真第4章 Multisim8应用实例图图5-3 加入反馈电阻加入反馈电阻R62）如何改善波形失真？）如何改善波形失真？?第4章 Multisim8应用实例图图5-4 参数扫描设置对话框参数扫描设置对话框如何确定反馈电阻如何确定反馈电阻R6的阻值？的阻值？可对可对R6进行参数扫描分析进行参数扫描分析第4章 Multisim8应用实例图图5-5 参数扫描结果参数扫描结果R6=400比较输出波比较输出波形，选择形，选择R6为为400欧欧第4章 Multisim8应用实例3）如何测试）如何测试fL和和fH？ 加上电阻加上电阻R6前后分别进行交流分析

3、，测试节点为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，其他设置默认，可分别得幅频和相频特性曲线如图；图； 可对比加电阻可对比加电阻R6前后的幅频和相频特性曲线，看前后的幅频和相频特性曲线，看出其通频带的变化；出其通频带的变化；第4章 Multisim8应用实例图图5-6 未加未加R6时的幅频、相频特性曲线时的幅频、相频特性曲线fL为为1.34kHzfH为为1.14MHz第4章 Multisim8应用实例图图5-7 加上加上R6后的幅频、相频特性曲线后的幅频、相频特性曲线fL为为16HzfH为为18MHz加上负反馈电阻加上负反馈电阻R6后，不仅消除了波形失真

4、，后，不仅消除了波形失真，同时明显展宽了频带。同时明显展宽了频带。第4章 Multisim8应用实例图图5-8 多级交流放大器多级交流放大器使用集成运算放大器使用集成运算放大器LM124AJ组成具有深度负反馈组成具有深度负反馈的交流放大器，如图的交流放大器，如图5-8所示。分析其幅频特性和放所示。分析其幅频特性和放大能力，指出大能力，指出fL和和fH。例例5.2第4章 Multisim8应用实例该电路属于该电路属于LM124AJ的典型应用，第一级的典型应用，第一级LM124AJ的的Gain=1+R2/R110，第二级，第二级LM124AJ的的Gain=1+R4/R6=101，因此该电，因此该电

5、路的中频电压放大倍数约为路的中频电压放大倍数约为1000。其设计指标为：其设计指标为： 中频电压放大倍数中频电压放大倍数A=1000电路理论分析：电路理论分析：输入电阻输入电阻Ri=20k第4章 Multisim8应用实例取标称值，取标称值，C1=C2=1 、C3=5.7通频带通频带f=fH-fL，设其中：，设其中：fL20Hz，fH10kHz 据此可估算出电路中据此可估算出电路中C1、C2、C3的取值的取值第4章 Multisim8应用实例图图5-9 例例5.2示波器窗口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启动仿真：得输入输出的信号，可估算出放大倍数约为1000倍倍第4

6、章 Multisim8应用实例图图5-10 例例5.2交流频率分析交流频率分析进行交流频率分析进行交流频率分析可得其可得其fL的值约为的值约为13Hz、fH的值约为的值约为19KHz第4章 Multisim8应用实例例例5.3 如图如图5.11是一个运放构成的差动放大器，分析其功能。是一个运放构成的差动放大器，分析其功能。图图5-11 例例5.3差动放大电路差动放大电路第4章 Multisim8应用实例理论分析：理论分析：221012()(1.50.5)2.01RkVVVRk仿真分析：仿真分析：输出波形，输出波形，幅值为幅值为2V第4章 Multisim8应用实例例例5.4 用集成运放设计一个

7、实现用集成运放设计一个实现Vo=0.2Vi的电路。的电路。分析：按照设计要求，分析：按照设计要求， Vo=0.2Vi，因此可采用两级反，因此可采用两级反相比例运放电路，相比例运放电路，第一级实现第一级实现Auf1=-0.2，第二级实现第二级实现Auf2=-1，从而实现从而实现Auf=0.2。设计电路如图。设计电路如图5-13所示。所示。5.1.2 模拟信号运算电路分析模拟信号运算电路分析第4章 Multisim8应用实例图图5-13 例例5.4电路原理图电路原理图由电路可估算：由电路可估算：第4章 Multisim8应用实例图图5-14 例例5.4仿真结果仿真结果通过通过瞬态分析瞬态分析仿真，

8、得到输出波形如图仿真，得到输出波形如图5-14所示。通过所示。通过测试可以发现测试可以发现Vo=0.2Vi。输出波形输出波形第4章 Multisim8应用实例图图5-17 例例5.6电路原理图电路原理图例例5.6 如图如图5-17，是一个方波和锯齿波产生电路。，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？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信号产生和处理电路分析第4章 Multisim8应用实例 在该电路中，运放在该电路中，运放U1和电阻和电阻R1、R3、R5等构成了一等构成了一个个滞回比较器滞回比较器;分析：分析：其中其中R3

9、、R5将将Vo1反馈到运放反馈到运放U1的同相输入端，与的同相输入端，与零电位比较，实现状态的转换。零电位比较，实现状态的转换。同时同时R3还将还将Vo反馈到运放反馈到运放U1的同相输入端，作为的同相输入端，作为滞滞回比较器回比较器的的 输入，构成闭环。输入，构成闭环。第4章 Multisim8应用实例滞回比较器滞回比较器UREF 为参考电压；为参考电压；输出电压输出电压 uO 为为 +UZ 或或 - -UZ；uI 为输入电压。为输入电压。当当 u+ = u- - 时，输出电压时，输出电压的状态发生跳变。的状态发生跳变。OF22REFF2FuRRRURRRu 比较器有两个不同的门限电平，比较器

10、有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。故传输特性呈滞回形状。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +第4章 Multisim8应用实例若若 uO= UZ ，当，当 uI 逐渐减小时，使逐渐减小时，使 uO 由由 UZ 跳跳变为变为 UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差( (门限宽度门限宽度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，当，当 uI 逐渐增大时，使逐渐增大时，使 uO 由由 + +UZ 跳变跳变为为 - -UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT+ ZF22REFF2FTURRRUR

11、RRU 第4章 Multisim8应用实例 作用作用：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。变换。抗干扰能力强抗干扰能力强。第4章 Multisim8应用实例运放运放U2和电阻和电阻R4、电容、电容C1等构成等构成反相积分电路，反相积分电路，通过对通过对Vo1的积分运算，输出三角波。的积分运算，输出三角波。其周期其周期T为：为：T=4R1*R3*C/R40.4ms分析：分析：改变它，可调整输出改变它，可调整输出信号频率信号频率第4章 Multisim8应用实例图图5-18 例例5.6结果结果(左图为左图为Vo1，右图为，右图为Vo) 检查电路无误后

12、，启动仿真，双击示波器，检查电路无误后，启动仿真，双击示波器，打开其显示窗口。结果如图打开其显示窗口。结果如图5-18所示。所示。仿真分析：仿真分析：输出波形输出波形测得周期为测得周期为4ms如果将电阻如果将电阻R3换成一个变阻器，则可调整其周期！换成一个变阻器，则可调整其周期！第4章 Multisim8应用实例矩形波发生电路仿真分析举例矩形波发生电路仿真分析举例第4章 Multisim8应用实例三角波发生电路仿真分析举例三角波发生电路仿真分析举例第4章 Multisim8应用实例仿真分析结果仿真分析结果第4章 Multisim8应用实例首先根据该滤波电路截止频率为首先根据该滤波电路截止频率为

13、100Hz ，可选取低通滤，可选取低通滤波器的波器的RC的值；的值；例例5.8 设计一个通带截止频率为设计一个通带截止频率为100Hz的二阶低通有源滤的二阶低通有源滤波电路。波电路。分析：分析：012fRC若选取若选取R16k，则可算出，则可算出C0.1uF第4章 Multisim8应用实例图图5-22 例例5.8电路电路然后，加上运放，组成有源二阶低通滤波器电路，如图：然后，加上运放，组成有源二阶低通滤波器电路，如图：根据运放电路根据运放电路的参数，则可的参数，则可算出：算出：2150111.682upRAR 20lg4.1upAdB第4章 Multisim8应用实例运行仿真分析：运行仿真分

14、析： 得输入信号得输入信号V1和输出信号和输出信号V0的波形图的波形图说明输入信号通过了该滤波器，并被放大；说明输入信号通过了该滤波器，并被放大；并从中可以测试到并从中可以测试到Vo=1.6Vi第4章 Multisim8应用实例从波特图仪上可以观察到当从波特图仪上可以观察到当20lgAup从从4.1dB下降下降到到1dB左右时，其左右时，其f0约为约为100Hz，理论值基本相同，达，理论值基本相同，达到设计要求。到设计要求。 图图5-24 波特图仪显示结果波特图仪显示结果第4章 Multisim8应用实例 若将信号源的频率分别修改为若将信号源的频率分别修改为200Hz 和和1MHz ，再次，再

15、次启动仿真，其输出电压有何变化？启动仿真，其输出电压有何变化？ 200Hz1KHz第4章 Multisim8应用实例适当修改参数适当修改参数R1、R2、R3、R4和和C1、C2，观察通带电，观察通带电压放大倍数和通带截止频率的变化？压放大倍数和通带截止频率的变化？增大增大C1、C2或或R3、R4，截止，截止频率减小频率减小增大增大R1输出波输出波形幅度增大形幅度增大如果如果R1太大，太大，输出会？输出会？比较有源低通滤波器和无源低通滤波器的带负载？比较有源低通滤波器和无源低通滤波器的带负载？第4章 Multisim8应用实例1. 输出功率要足够大输出功率要足够大 oooUIP 2. 效率要高效

16、率要高 %100EoPPPo为信号输出功率为信号输出功率, PE是直流电源向电路提供的功率。是直流电源向电路提供的功率。3. 非线性失真要小非线性失真要小 为使输出功率大为使输出功率大, 功率放大器采用的三极管均应功率放大器采用的三极管均应工作在大信号工作在大信号状状态下。由于三极管是非线性器件态下。由于三极管是非线性器件, 在大信号工作状态下在大信号工作状态下, 器件本身器件本身的非线性问题十分突出的非线性问题十分突出, 因此因此, 输出信号不可避免地会产生一定的输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真非线性失真。5.1.4 功率放大器分析功率放大器分析特特 点点 第4章 Multisim8

17、应用实例功率放大电路功率放大电路有三种工作状态有三种工作状态( (1) ) 甲类工作状态甲类工作状态静态工作点静态工作点 Q 大致在负载大致在负载线的中点。三极管的工作角度线的中点。三极管的工作角度为为360度。度。tiCQOOiCuCE( (1) ) 甲类工作状态甲类工作状态这种工作状态下，放大电路的最高效率为这种工作状态下，放大电路的最高效率为 50%。第4章 Multisim8应用实例( (2) ) 甲乙类工作状态甲乙类工作状态( (3) ) 乙类工作状态乙类工作状态tiCQOOiCuCE( (2) ) 甲乙类工作状态甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE( (3) ) 乙类工作状态乙类工

18、作状态 静态工作点静态工作点 Q 沿负载沿负载线下移，静态管耗减小，线下移，静态管耗减小，但产生了失真。三极管的但产生了失真。三极管的导通角度大于导通角度大于180度小于度小于360度。度。 静态工作点下移到静态工作点下移到 IC 0 处处 ，管耗更小，管耗更小，但输出波形只剩半波了。但输出波形只剩半波了。第4章 Multisim8应用实例图图5-25 乙类乙类互补对称功放电路互补对称功放电路例例5.9 乙类互补对称功放电路如图乙类互补对称功放电路如图5-25所示。要求观所示。要求观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。功放电路仿真分析功放电路仿真分析

19、工作原理？工作原理？第4章 Multisim8应用实例输出波形输出波形从中可以发现输出信号的波形有明显的从中可以发现输出信号的波形有明显的交越失真交越失真。 当输入信号较小时，达当输入信号较小时，达不到三极管的开启电压，三不到三极管的开启电压，三极管不导电。极管不导电。 因此在正、负半周交替因此在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，过零处会出现非线性失真，即即交越失真交越失真。其失真原因其失真原因运行仿真：运行仿真：输入波形输入波形第4章 Multisim8应用实例其失真范围如何呢？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。下面进行直流扫描分析，以便确定其交越失真的范

20、围。直流扫描分析：直流扫描分析： Simulate/Analysis/DC Sweep在在Output variables标签中，选定节点标签中，选定节点1作为测试节作为测试节点，其他项默认。点，其他项默认。设置设置StartValue和和Stop value的值分别为的值分别为-5V和和5V设置设置Increment为为0.1V第4章 Multisim8应用实例图图5-27 例例5.9直流扫描分析结果直流扫描分析结果可以发现其失真范围为可以发现其失真范围为-775.0000mV666.6667mV。第4章 Multisim8应用实例图图5-28 例例5.9最大输出电压测试结果最大输出电压测试

21、结果如何判断其最大电压输出范围？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，设置其打开直流扫描分析设置窗口，设置其Start value和和Stop value的值分别为的值分别为-20V和和20V，然后进行直流扫描，然后进行直流扫描分析，结果如图分析，结果如图5-28所示；所示；其最大电压输出范围为其最大电压输出范围为-11.5000V12.5000V。第4章 Multisim8应用实例图图5-29改进后的电路改进后的电路甲乙类甲乙类互补对称功放电路互补对称功放电路例例5.10 针对上例中乙类互补对称功放电路的交越失针对上例中乙类互补对称功放电路的交越失真问题，真问题，如何对电路进

22、行改进？如何对电路进行改进？电路原理分析电路原理分析第4章 Multisim8应用实例图图5-30 例例5.10输出波形输出波形观察输出波形，如图所示，观察输出波形，如图所示，可以发现已经没有交越失真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。仍然观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。仿真分析仿真分析第4章 Multisim8应用实例Simulate/Analysis/DCSweep，直流扫描设置：设置，直流扫描设置：设置Start value和和Stop value的值分别为的值分别为-10V和和10V，设置，设置Increment为为0.1V，在，在Outpu

23、t variables标签页，标签页，选定节点选定节点5作为测试点，其他项默认作为测试点，其他项默认。判断其最大电压输出范围：判断其最大电压输出范围：其最大电压输出范围为其最大电压输出范围为-5V5V。第4章 Multisim8应用实例5.1.5.1 直流电源的组成直流电源的组成图图 直流电源的组成直流电源的组成电网电网电压电压电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波器滤波器稳压稳压电路电路负负载载5.1.5 直流电源分析直流电源分析第4章 Multisim8应用实例一、单相整流电路一、单相整流电路tU sin22LRU2222U22U优点：使用元件少。优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；

24、缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率直流成分小；变压器利用率低。低。5.1.5.2整流电路整流电路第4章 Multisim8应用实例二、单相全波整流电路二、单相全波整流电路 全波整流电路全波整流电路22U222U第4章 Multisim8应用实例三、三、 单相桥式整流电路单相桥式整流电路22UL22RU22U22UL22RU第4章 Multisim8应用实例5.1.5.3 滤波电路滤波电路一、电容滤波电路一、电容滤波电路适用于负载电流较小的场合。适用于负载电流较小的场合。滤波电容大，效果好。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：输出直流电压为：2O(AV)2 . 1 UU 脉动系数脉动

25、系数 S 约为约为 10% 20%。2)53(LTCR 当当第4章 Multisim8应用实例二、二、RC - 型滤波电路型滤波电路输出直流电压为：输出直流电压为：O(AV)LLO(AV)URRRU 脉动系数脉动系数 S 约为：约为：SRRCS )/(1L2 适用于负载电流较小的场合。适用于负载电流较小的场合。第4章 Multisim8应用实例三、电感滤波电路和三、电感滤波电路和 LC 滤波电路滤波电路一、电感滤波器一、电感滤波器适用于负载电流比较适用于负载电流比较大的场合。大的场合。二、二、LC 滤波器滤波器输出直流电压为：输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9 . 0 UUU 脉动系数脉

26、动系数 S ：SLCS 21 适用于各种场合。适用于各种场合。图图 10.3.5图图 10.3.6第4章 Multisim8应用实例5.1.5.4串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路一、电路组成和工作原理一、电路组成和工作原理采样电路：采样电路：R1、 R2、 R3 ；放大电路：放大电路：A；基准电压：由基准电压：由 VDZ 提供；提供；调整管：调整管：VT；稳压过程：稳压过程：UI 或或 IL UO UF UId UBE IC UCEUO第4章 Multisim8应用实例二、输出电压的调节范围二、输出电压的调节范围由于由于 U+ = U ，UF = UZ， 所以所以O32132FZURRRR

27、RUU 当当 R2 的滑动端调至最上端时，的滑动端调至最上端时，UO 为最小值为最小值Z32321OURRRRRU Z32321OminURRRRRU 当当 R2 的滑动端调至最下的滑动端调至最下端时，端时，UO 为最大值，为最大值，Z3321OmaxURRRRU 则：则：串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路第4章 Multisim8应用实例直流电源分析举例直流电源分析举例1例例5.11分析下面的直流电源，负载为分析下面的直流电源，负载为1k。第4章 Multisim8应用实例图图5-33 滤波前后的波形滤波前后的波形图图5-34 负载上的电流负载上的电流仿真分析仿真分析图图5-34 负载上的

28、电压负载上的电压第4章 Multisim8应用实例如何减小纹波系数？如何减小纹波系数？通过参数扫描分析通过参数扫描分析设定分析时间为设定分析时间为0.05s需要选择一个合适的电容需要选择一个合适的电容可见电容取值大于可见电容取值大于350F时，纹波就时，纹波就已经比较小已经比较小设定设定C的变化范围：的变化范围：50uF650uF第4章 Multisim8应用实例直流电源分析举例直流电源分析举例2串联型直流稳压电源串联型直流稳压电源其电压调节范围？其电压调节范围？稳压效果怎样？稳压效果怎样？第4章 Multisim8应用实例例例5.12 针对与非门电路针对与非门电路74LS00D，分析与非门的

29、特性，分析与非门的特性，加深对各参数意义的理解。加深对各参数意义的理解。5.2 在数字电子技术中的应用在数字电子技术中的应用5.2.1 逻辑门电路基础逻辑门电路基础74LS00D是一种有四个二输入端与非门的芯片，其是一种有四个二输入端与非门的芯片，其外部特性参数有：外部特性参数有：输出电平输出电平、开门电平开门电平、关门电平关门电平、扇出系数扇出系数、平均传输延时平均传输延时和和空载功耗空载功耗等。等。第4章 Multisim8应用实例图图5-37 VoH测试电路测试电路创建电路后，启动仿真，创建电路后，启动仿真，进行各种参数测试：进行各种参数测试：（1） VoH测试测试仿真分析：仿真分析：第

30、4章 Multisim8应用实例 VoH测试结果测试结果得到得到VoH为为5.0V，大，大于标准高电平于标准高电平2.4V，并且有并且有100ns的输出延的输出延迟。迟。第4章 Multisim8应用实例图图5-39 VoL测试电路测试电路 创建测试电路，如图创建测试电路，如图5-39所示，启动仿真后，所示，启动仿真后，测试结果为测试结果为VoL=0V，小于标准低电平，小于标准低电平0.4V。(2) 测试输出低电平测试输出低电平VoL图图5-40 VoL测试结果测试结果第4章 Multisim8应用实例图图5-41 测试测试Iis电路电路图图5-42 万用表显示窗口万用表显示窗口创建电路如图创

31、建电路如图5-41所示。启动仿真后，万用表读所示。启动仿真后，万用表读数显示如图数显示如图5-42所示，其值为所示，其值为0。即。即Iis=0A(由于仿由于仿真误差，因此真误差，因此Iis的实际值不可能为的实际值不可能为0)，远小于规，远小于规定的定的1.6mA。(3) 测试输入短路电流测试输入短路电流Iis第4章 Multisim8应用实例图图5-43 测试扇出系数测试扇出系数创建电路如图创建电路如图5-43所示所示,启动仿真后启动仿真后,毫安表显示最毫安表显示最大允许负载电流大允许负载电流IOL=5.545mA，而前面测试得到，而前面测试得到Iis的值为的值为0，可，可见见No=IOL/I

32、is的值大于的值大于8。(4) 测试扇出系数测试扇出系数No测得最大允许负载电流测得最大允许负载电流IOL=5.545mA第4章 Multisim8应用实例图图5-44 半加器电路半加器电路例例5.13 如图如图5-44所示，是一个所示，是一个74LS00D构成的半构成的半加器，分析其功能。加器，分析其功能。第4章 Multisim8应用实例信号发生器信号发生器XFG3，设定方波频率为，设定方波频率为20Hz，幅值为，幅值为5V；信号发生器信号发生器XFG1，设定方波频率为，设定方波频率为10Hz，幅值为，幅值为5V。节点节点7输出其本位和，节点输出其本位和，节点4输出其进位，表达式为：输出其

33、进位，表达式为： 电路中使用两个指示灯和两个三极管分别构成电路中使用两个指示灯和两个三极管分别构成的两个基本放大电路，作为电平指示电路。的两个基本放大电路，作为电平指示电路。修改参数：修改参数：电路分析：电路分析：第4章 Multisim8应用实例表表5.4 电平指示器件闪亮情况表电平指示器件闪亮情况表 检查电路无误后，启动仿真。观察并记录电平显示检查电路无误后，启动仿真。观察并记录电平显示情况如表情况如表5.4所示。所示。仿真分析：仿真分析：第4章 Multisim8应用实例图5-45 A、B、S、C点波形图可以在示波器看到如图所示的可以在示波器看到如图所示的A点、点、B点、点、S点和点和C

34、点的波形。点的波形。输入输入A输入输入B和和S进位进位C第4章 Multisim8应用实例计数器电路仿真分析举例计数器电路仿真分析举例第4章 Multisim8应用实例5.22 555定时器应用电路定时器应用电路555定时器是一种集成电路，定时器是一种集成电路，因集成电路内部含有三个因集成电路内部含有三个5k电阻而得名。电阻而得名。利用利用555定时器可以构成定时器可以构成施密特触发器施密特触发器、单稳态触发器单稳态触发器和和多谐振荡器多谐振荡器等。等。第4章 Multisim8应用实例1. 电路组成电路组成CC32VCC31V输出输出缓冲缓冲+VCCuOTD5 k 5 k 5 k RQ&1uD555 定时器定时器第4章 Multisim8应用