模电课设报告单管共集放大电路仿真及稳压管特性分析

课程设计的目的与作用1.1目的与作用该课程设计是在完成《模拟电子技术基础简明教程》教学安排后的一个教学实践环节。课程设计的目的是让我们学生电子电路计算机辅助分析和设计的基础知识和基本方法，培养学生的综合知识应用能力，为今后从事专业相关工程技术工作打下基础。这一环节有利于培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生全局考虑问题、应用课程知识的能力，对培养和造就应用型人才将起到较大的促进作用。而且通过一个课题或项目把所学的理论知识融入实践，即可以巩固所学的理论知识，同时还可以在实践中认识不足。2设计任务及所用Multisim软件环境介绍2.1设计任务本次课程设计的任务是在教师的指导下，学习Multisim仿真软件的使用方法，分析和设计完成单管共集放大电路的设计和仿真，并对设计好的电路进行调试，使其达到预期放大效果，调试结束后，应对该电路进行分析，以使自己更加客观，深入的了解单管共集放大电路和稳压管的特性。2.2Multisim软件环境介绍及稳压管特性2.2.1Multisim软件环境介绍 Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench）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。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。在本书中将以教育版为演示软件，结合教学的实际需要，简要地介绍该软件的概况和使用方法，并给出几个应用实例。s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。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。在本书中将以教育版为演示软件，结合教学的实际需要，简要地介绍该软件的概况和使用方法，并给出几个应用实例。目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分相互独立，可以分别使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分有增强专业版（PowerProfessional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。Multisim2001提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。Multisim以库的形式管系统的组成及仿真：Commsim是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如‘信号与系统’、‘通信’、‘网络’等课程，难度适合从一般介绍到高级。使学生学的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等，Commsim中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术。要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，XY图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。对电路进行仿真运行，通过对运行结果的分析，判断设计是否正确合理，是EDA软件的一项主要功能。为此，Multisim为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，可以从Design工具栏，或用菜单命令（Simulation/instrument）选用这11种仪表，如下图所示。在选用后，各种虚拟仪表都以面板的方式显示在电路中。NIMultisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，NIMultisim是一个完整的集成化设计环境。NIMultisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NIMultisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。2.2.2稳压管工作原理及特性分析稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。本仿真使学生初步了解和掌握稳压管电路设计、调试过程，能进一步巩固课堂上学到的理论知识，了解稳压管电路的工作原理3电路模型3.1共集电极放大电路仿真根据如图3.1.1所示的原理图设计共集组态的单管放大电路得到图3.1.2图3.1.1图3.1.1共集电极放大电路实际中连接电路如图3.1.2所示：图3.1.2图3.1.2共集电极放大电路仿真图3.2稳压管特性电路仿真图3.2.1图3.2.1稳压管仿真电路4理论分析及计算4.1单管共集电路的理论分析及计算a．静态分析:根据图3.1.1电路的直流通路可求得IBQ=Vcc-UBEQRb+1+βRe=10-则ICQ≈βIBQ=40×0.0198mA=0.792mA≈IeqUCEQ=Vcc-IEQRe≈(10-0.792×5.6)V=5.56V⑶b．动态分析:Áo=-1+β已知Áu=1+βR"e其中R"e=Re//Rl=5.6×5.65.6+5.6rbe=rb所以Áu=41×2.81.65+41×2.8Ri=rbe+1+βR''则Áus=ÙoÙs已知Ro=rbe+R"s1+β其中R"s=Rs//Rb=10×240则rbe+R"s1+β=所以Ro=0.274×5.60.274+5.64.2稳压管特性分析如果二极管工作在反向击穿区，则当反向电流有一个比较大的变化量△I时，管子两端相应的电压变化量△U却很小，利用这一特点可以实现“稳压”作用。因此稳压管实质上也是一种二极管，但是通常工作在反向击穿区。 5仿真结果分析5.1共集电路仿真结果分析静态分析结果图5.1.1图5.1.1直流工作点共集电路仿真结果共集电路仿真结果图图5.1.2共集电路仿真结果根据仿真结果可知Áu=876.626（1）UBEQ=UBQ-UEQ=(5.28189-4.51366)V=0.76823V⑴UCEQ=UCQ-UBQ=(10-4.51366)V=5.48634V⑵ICQ≈IEQ=UeqRe=4.513665.6mA=0.80601071mAIBQ=Vcc-UbqRb=10-5.28289240mA=0.01965462mA=19.65μA（2）仿真电路所测量得到的值与理论值有一些差距，这可能是由于仿真电路所用元器件的参数值有些差异。根据仿真结果可以看到U0的波形没有明显的非线性失真，而且Uo与Ui的波形相位相同。(3)当Us=1V，RL=5.6kὨ时，由虚拟仪表得Ｕi=887.557mV,Uo=876.626mV,Ii=11.315μA,则ÁU=ÙoÙiÁus=ÙoÙsRi=UiIi=887.72811.315kὨ=78.5k当Us=1V时，将RL开路，测得U'o=916.06Mv所以Ro=(U'oUo-1)Rl=(916.06876.6265.2稳压管仿真分析图5.2.1图5.2.1稳压管仿真结果由分压公式可得RL两端电压分得5.35V，而此时稳压管与负载并联，且稳定电压4V，所以稳压管已工作在反向击穿区，RL两端电压稳定在4V左右。此时RL支路电流为3.994mA，干路电阻R分得电压2.006V，干路电流为16.716mA，所以稳压管电流为12.722mA，与虚拟表测试结果基本吻合。6设计总结与体会6.1设计总结在进行仿真后，对共集放大电路有了进一步的理解，对书上的定律和公式有了更深层次的掌握。通过对所用元器件参数的调试可以使本来不能运行的电路正常运行，而且电路中每个器件均能影响电路仿真的结果，因此对电路的调试非常重要