Multisim 在模拟电子技术中的应用-4

第5章Multisim

在模拟电子技术中的应用

本章按照模拟电子技术的主要内容,分别讨论半导体器件、基本放大电路、差动放大电路、负反馈放大电路、运算放大器应用电路、放大电路的频率响应、振荡电路、滤波电路和稳压电源电路的仿真方法和仿真过程。5.1半导体器件的特性仿真分析5.1.1半导体二极管特性与应用二极管限幅电路图5-1二极管限幅电路(1)创建电路图5-2二极管限幅电路的电压波形(2)结果分析输入波形（A通道）输出波形（B通道）2.二极管开关电路图5-3二极管开关电路(1)创建电路图5-4二极管开关电路的电压波形(2)结果分析电压源V1波形电压源V2波形输出（结点1）波形5.2单管放大电路的仿真分析5.2.1单管放大电路仿真分析图5-11单管放大电路图5-12单管放大电路的静态工作点1.静态工作点分析⑵静态工作点分析⑴创建电路图5-13单管放大电路的输入输出波形⑶输入输出波形

输入波形（A通道）输出波形（B通道）2.电压放大倍数图5-13所示。从测量结果看，在图示的测试标尺1处，输入信号幅值为-5.441mV，输出信号幅值为104.148mV。输出电压没有失真，电压放大倍数Au=Uo/Ui=-104.148/5.441=-19.14.

⑴电压放大倍数测量图5-14图5-14（Re1=0时）输入输出电压波形输出波形（B通道）输入波形（A通道）2.电压放大倍数⑵电阻Re1对放大倍数影响在测试标尺1处，输出信号最大幅值为369.423mV，测试标尺2处输入信号最大幅值为-4.753mV。交流电压放大倍数约等于-77.7，附加相移大约20.1μs。当Re1=300Ω时，交流电压放大倍数大约只有-7.53左右。可见，射极偏置电阻Re1对放大倍数的影响较大。

⑶电压放大失真分析图5-15输出电压波形顶部失真输入波形（A通道）输出波形（B通道）3.输入输出电阻测量图5-16放大电路的输入电阻测量⑴输入电阻测量⑵输出电阻测量图5-17放大电路的输出电阻测量4.温度对静态工作点的影响图5-18温度扫描分析参数设置界面图5-19静态工作点温度扫描分析结果图5-20瞬态分析温度扫描分析结果5.4负反馈放大电路的仿真分析交流负反馈对放大电路性能的改善主要表现在：

①稳定放大倍数；②改变输入电阻和输出电阻；③扩展频带，改善放大电路频率特性；④减小非线性失真等。本节利用Multisim的仿真分析方法对负反馈放大电路的主要性能进行仿真分析。

5.4.1负反馈放大电路动态特性分析创建电路

图5-31电压串联负反馈放大电路⑴Q点分析

图5-32电压串联负反馈放大电路的静态工作点⑵负反馈放大电路放大倍数分析图5-33电压串联负反馈放大电路的输入输出波形输入波形（A通道）输出波形（B通道）5.4.2负反馈对放大性能的影响⑴负反馈对放大倍数的影响图5-34有负反馈时的频率特性图5-35无负反馈时的频率特性⑵负反馈对放大波形失真的影响在图5-31中，断开反馈电阻Rf，运行可得无负反馈时输入输出电压波形，如图5-36所示。图5-36无反馈时放大电路的输入输出电压波形10mV时的输入输出波形30mV时的输入输出波形可见，引入负反馈时，输出波形基本不失真，而同样电路，同样输入信号下，在不引入负反馈时，输出波形出现正负半波明显不对称，即出现了明显的非线性失真（上部的波形），放大倍数明显增大。也就是说，不加负反馈时放大倍数较大，但可能出现较大的波形失真，而加上负反馈后，放大倍数虽然减小，但可大大改善波形失真。⑶负反馈对输入输出电阻的影响交流负反馈的四种反馈组态中，串联负反馈可以增大输入电阻，并联负反馈则可以减小输入电阻。

①在图5-31电压串联负反馈放大电路的输入端串接一交流电表，如图5-37所示。

图5-37测量串联反馈电路的输入电阻②断开反馈电阻Rf，重复①操作，得电流值为：2.174μA，可计算出无串联反馈时的输入电阻为：Ri=4.6k可见，引入串联负反馈可以增大交流输入电阻。④将图5-31电压串联负反馈放大电路的输入端对地短接，去掉负载电阻RL，在输出端接一交流信号源，并接上电压表、电流表，如图5-38所示。图5-38测量电压负反馈电路的输出电阻

可计算出电压负反馈放大电路的输出电阻为：10mV/51.47μA=194Ω。⑤断开反馈电阻Rf，重复④操作，得电流值为：3.704μA，可计算出无电压负反馈时输出电阻为:10mV/3.704μA=2.7kΩ。可见，引入电压负反馈的确可以减小输出电阻。

5.3差分放大电路的仿真分析5.3.1差模放大性能仿真分析静态工作点分析图5-24双入单出差分放大电路⑴创建电路图5-25差分放大电路的静态工作点⑵Q点分析

2.差模放大倍数分析图5-26差分放大电路的输入输出波形输入波形（A通道）输出波形（B通道）电路改画为双入双出方式，创建如图5-27所示仿真电路。运行并双击示波器，调整各通道显示比例可得图5-28所示波形图。

图5-27双入双出差分放大电路图5-28双入双出差分放大电路的输入输出波形输出波形（B通道）输入波形（A通道）5.3.2共模抑制特性分析在图5-27中，将V2信号源方向反过来，即加上共模信号vIC=v1,运行并双击示波器图标XSC2，调整A、B通道显示比例,有5-29所示波形。

图5-29差分放大电路输入共模信号时双端输出波形输入波形（A通道）输出波形（B通道）当加共模输入信号，而从单端输出时，可得图5-30所示的输入输出波形。图5-30差分放大电路输入共模信号时单端输出波形输出波形（B通道）输入波形（A通道）5.5运算放大电路的仿真分析5.5.1比例运算电路1同相比例运算电路图5-39同相比例运算电路⑴选择实际集成运放3554AM、电阻、交流信号源、双通道示波器等，创建同相比例运算电路，如图5-39所示。

⑵单击运行按钮，并双击示波器图标XSC1，可得如图5-40所示的输入输出波形。图5-40同相比例运算电路的输入输出波形输入波形（B通道）输出波形（A通道）图5-39所示同相比例运算电路的输出输入关系为：

⑶调整R2、R3的数值，或改变信号的幅值及频率，重复⑵，可得到同样的仿真结果。当然读者也可创建反相比例运算电路，进行同样的仿真分析。5.5.2加法运算电路⑴选择实际集成运放3554AM、电阻、交流信号源和直流信号源、四通道示波器等，创建反相比例加法运算电路，如图5-43所示。图5-43反相比例加法运算电路⑵单击运行按钮，并双击示波器图标XSC1，可得电路5-43对应的输入输出波形，如图5-44所示。图5-44反相比例加法运算电路的输入输出波形输出信号（C通道）输入信号V2（B通道）输入信号V1（A通道）

图5-43所示反相比例加法运算电路的输出输入关系为：

⑶调整R1、R2、R3的数值，重复②可以得到不同比例关系的线性求和运算关系；在一定范围内改变信号的幅值及频率，可得到同样的仿真结果；在一定范围内改变负载电阻R5，仿真结果显示不影响输出输入关系。5.5.3电压跟随器和比较器电路⑴电压跟随器：选择集成运放、直流电源、交流信号源、示波器等，创建电压跟随器电路，如图5-45所示。

图5-45电压跟随器仿真电路⑵电压比较器：选择比较器（比如LM139AD）、直流电源、交流信号源、示波器等，创建单限比较器电路，如图5-46所示。图5-46电压比较器仿真电路运行并双击示波器图标XSC1，可得仿真结果，输入输出仿真波形如图5-47所示。

通道A，输入波形通道B，输出波形通道C，限幅输出波形图5-47电压比较器的输入输出波形5.5.4积分运算电路选择运放（比如3554AM、OP07AH等）、直流电源、脉冲信号源、电阻、电容、示波器等，创建积分运算电路，如图5-48所示。

当参数合适时，该积分运算电路可以完成方波到三角波的转换功能。图5-48积分运算仿真电路图5-49积分运算电路的输入输出波形输入波形（A通道）输出波形（B通道）5.5.5微分运算电路选择运放3554AM（或OP07AH等）、直流电源、脉冲信号源、电阻、电容、示波器等，创建实用微分运算电路，如图5-50所示。

图5-50微分运算仿真电路图5-51微分运算电路的输入输出波形输出波形（B通道）输入波形（A通道）5.6放大电路的频率响应仿真分析⑴选择晶体管、电阻、电容、电源等，创建图5-52所示的共射放大电路。

图5-52共射放大电路频率分析⑵选择菜单命令Simulate/Analyses/ACAnalysis,进行参数设置。图5-53C3为10μF时共射放大电路的频率特性⑶将旁路电容C3参数改为100μF，重复⑵进行交流分析，可得图5-54所示的频率特性。

图5-54C3为100μF时共射放大电路的频率特性⑷采用Multisim仿真分析法中的参数扫描分析。

图5-55参数扫描分析法仿真结果5.7.2非正弦波发生电路常用的非正弦波主要有矩形波和三角波，以及占空比可调的矩形波等，通常用集成运放来实现。

1矩形波发生电路⑴矩形波发生器可通过一个RC积分电路和滞回比较器来实现。

图5-62矩形波发生电路图5-63矩形波发生器的输入输出波形输出波形（B通道）电容C2上的积分波形（A通道）5.8滤波器电路特性的仿真分析根据滤波器通带频率的不同可将其分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器五种。5.8.1