模电课程设计功率放大器设计

年4月19日模电课程设计功率放大器设计文档仅供参考，不当之处，请联系改正。《电子技术Ⅱ课程设计》报告 姓名雷锋学号20院系自动控制与机械工程学院班级核电一班指导教师王老师黄老师6月目录一、设计的目的 1二、设计任务和要求 1三、课程设计内容 11.Multisim仿真软件的学习 1四、基础性电路的Multisim仿真 21.题目一：半导体器件的Multisim仿真 22.题目二：单管放大电路的Multisim仿真 73.题目三：差分放大电路的Multisim仿真 114.题目四：两级反馈放大电路的Multisim仿真 145.题目五：集成运算放大电路的Multisim仿真 216.题目六：波形发生电路的Multisim仿真 23五.综合性能电路的设计和仿真 261.题目二：功率放大器的设计 26六、总结 29七、参考文献 29一、设计的目的该课程设计是在完成《电子技术2》的理论教学实践，掌握电子电路计算机辅助分析与设计的基本知识和基本方法，培养综合知识应用能力和实践能力，为今后从事本专业相关工程技术打下基础。二、设计任务和要求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，分析和设计完成基础性的电路设计和仿真及综合性电路设计和仿真。要求：巩固和加深对《电子课程2》课程知识的理解；会根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料；掌握仿真软件Multisim的使用方法；掌握简单模拟电路的设计、仿真方法；按课程设计任务书的要求撰写课程设计报告，课程设计报告能正确反映设计和仿真结果。三、课程设计内容1.Multisim仿真软件的学习Multisim7是一个优秀的电工技术仿真软件，既能够完成电路设计和版图绘制，也能够创立工作平台进行仿真实验。Multisim7软件功能完善，操作界面友好，分析数据准确，易学易用，灵活简便，因此，在教学、科研和工程技术等领域得到广泛地应用。四、基础性电路的Multisim仿真1.题目一：半导体器件的Multisim仿真1.1课程设计任务1.利用Multisim观察半导体二极管的单向导电性；2.利用Multisim观察稳压管的稳压作用；1.2电路模型的建立1.2.1二极管仿真电路在Multisim中构建二极管电路，如图一因此，图中VD是个虚拟二极管，输入端加上最大值Uimax=4V,频率为1kHz的正弦波电压，接入一个虚拟示波器XSC1，这是一台双踪示波器，有A、B两个通道，A端接二极管电路的输入端，B端接电路的输出端如图一所示。图一二极管仿真电路电路图电路仿真以后，可由示波器观察到输入、输出波形，如图二所示。为了便于区别，用黑色线显示输入波形，用红色线显示输出波形。由图可见，输入信号是一个双向的正弦波电压，而经过二极管以后，在输出端得到一个单方向的脉动电压，可见二极管具有单向导电性。图二波形图1.2.2稳压管仿真电路在Multisim中构建稳压管电路如图三所示，图中XMM1、XMM2均为虚拟数字万用表，其中XMM1设定为直流电流表，XMM2设定为直流电压表。分别改变直流输入电压U和负载阻值RL的大小，测试负载两端的电压和稳压管中电流如何变化。图三稳压管仿真电路电路图当直流输入电压U=6V，负载电阻RL=1kΩ时，电路仿真后，从虚拟仪表XMM2测得输出电压U0=3.991V，从XMM1测得稳压管电流I1=12.751mA。（如图四）图四用虚拟电压、电流表测量所得数据将直流输入电压改为U=8V，RL不变，再次进行仿真后，可测的U0=4.008V，I1=29.262mA。(如图五)图五用虚拟电压、电流表测量所得数据再将负载电阻改为RL=500Ω，而U=6V不变，可测得U0=3.984V，I1=8.836mA。（如图六）图六用虚拟电压、电流表测量所得数据2.题目二：单管放大电路的Multisim仿真2.1课程设计任务1.使用Multisim绘制单管放大电路。2.测试电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。3.分析仿真结果。2.2电路模型的建立2.2.1单管共射放大电路仿真电路在Multisim中构建单管共射放大电路如图七所示，电路中三极管β=50，Rbb’=300Ω。图七单管共射放大电路仿真电路电路图2.2.2静态分析在仿真电路中接入三个虚拟数字万用表，分别设置为直流电流表或直流电压表，以便测得IBQ、ICQ和UCEQ，如图八所示。电路仿真后，可测得IBQ=40.19礎=40.19uA，ICQ=2.007mA，UCEQ=5.979V。图八用虚拟仪表测量Q点的电路和用虚拟电压、电流表测量所得数据2.2.3观察输入输出波形在图七中的单管共射放大电路仿真后，可从虚拟示波器观察到uI和uo的波形如图九所示。图中黑色线显示uI的波形，红色线显示uo的波形。从图上能够看出，uo的波形没有明显的非线性失真，而且uI和uo的波形相位相反。图九uI和uo的波形2.2.4测量电压放大倍数u、输入电阻Ri和输出电阻Ro。将图七中的虚拟数字万用变分别设置为交流电压表或交流电流表。由虚拟仪表测的，当Ui=9.998mV时Uo=783.331mV，Ii=10.481礎=10.481uA，（如图十）则图十用虚拟电压、电流表测量所得数据为了测量输出电阻Ro，可讲图七电路中的负载阻值RL开路，此时从虚拟仪表测的U’0=1.567V（图十一），则图十一用虚拟电压、电流表测量所得数据2.3分析仿真结果理论上，经过比较发现，仿真出来的值与实际计算的值大约相等，只存在很小的一部分误差，可能是由于仿真设备上有一定的电阻值误差在里面。3.题目三：差分放大电路的Multisim仿真3.1课程设计任务1.使用Multisim绘制放着差分放大电路。2.测试差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。3.2电路模型的建立3.2.1长尾式差分放大电路仿真电路在Multisim中构建一个接有调零电位器的长尾式差分放大电路如图十二所示，其中两个三极管的参数为β1=β2=50，rbb’1=rbb’2=300Ω，调零电位器RW的滑动端调在中点。图十二长尾式差分放大电路仿真电路电路图3.2.2静态工作点分析利用Multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点。分析如图十三：图十三长尾式差分放大电路直流工作点分析图可知UCQ1=UCQ2=5.89216V（对地）UBQ1=UBQ2=-40.71884mV(对地)则加上正弦输入电压利用虚拟示波器可看到图十四的波形，uC1和uI反相，而uC2与uI相同。图十四uI（蓝线）uC1（黑线）、uC2（红线）波形图3.2.3差模电压放大倍速Ad、输入电阻Ri和输出电阻Ro。当Ui=10mV（即Ui1=5mV，Ui2=-5mV）时，由虚拟仪表（图十五）测的Uo=127.517mA，Ii=169.617nA，则将负载电阻RL开路，测的U’o=510.044mV（图十六）则图十五用虚拟电压、电流表测量所得数据图十六用虚拟电压测量所得数据4.题目四：两级反馈放大电路的Multisim仿真4.1课程设计任务1.将开关K断开，电路中暂不引用级间反馈1.1.利用Multisim软件分析电路的直流工作点，测量无极间反馈的两级放大电路的静态工作点；1.2.加上正弦输入电压，用虚拟示波器观察第一级、第二级输出波形，并测量两级放大电路中的电压放大倍数；1.3.利用Multisim软件提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输入电阻；1.4.将负载电阻断开，利用Multisim提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输出电阻；2.将开关K闭合，电路引入级间反馈2.1.加上同样的正弦输入电压，用虚拟示波器观察波形，并测量两级放大电路中的电压放大倍数；2.2.利用Multisim软件提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输入电阻；2.3.将负载电阻断开，利用Multisim提供的各种测量仪表测无级间反馈的两级放大电路的输出电阻；4.2电路模型的建立4.2.1电压串联负反馈放大电路仿真电路在Multisim中构建两级电压串联负反馈放大电路，如图十七所示，其中两个三极管均为β=100，rbb’=300Ω，Cb’c=4pF，Cb’e=41pF。图十七电压串联负反馈放大电路仿真电路电路图4.2.2将开关K断开，电路中暂不引入级间反馈。4.2.2.1利用Multisim的直流工作点分析功能，测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点，分析结果如图十八。图十八电压串联负反馈直流工作点分析图可见，UBQ1=1.98414V,UEQ1=1.24924V,UCQ1=9.14568V,UBQ2=2.95917，UEQ2=2.19919V,UCQ2=7.64516V。4.2.2.2加上正弦输入电压，利用虚拟示波器可观察到第一级输出电压波形与输入电压反相，而第二级输出电压波形与输入电压相同（如图十九）。两个放大级的输出波形均无明显的非线性失真。当Ui=4.999mV时，利用虚拟仪表可测的Uo=644.624mV（如图二十）。可见，无级间反馈时，两级放大电路总的电压放大倍数为图十九电压串联负反馈电路，开关K断开Uo（红线）和Ui（黑线）波形图图二十用虚拟电压、电流表测量所得数据4.2.2.3由虚拟仪表测的，当Ui=4.999mV时，Ii=3.149uA（如图二十一），则无级间反馈是放大电路的输入电阻为图二十一用虚拟电压、电流表测量所得数据4.2.2.4将负载电阻RL开路测的U’o=1.289V（图二十二），则放大电路无级间反馈时的输出电阻为图二十二用虚拟电压表测量所得数据4.2.3将开关K闭合，引入电压串联负反馈。4.2.3.1加上正弦输入电压，由虚拟示波器看到，同样的输入电压之下，输出电压的幅度明显下降，但波形更好（图二十三）。由虚拟仪表测得，Ui=4.999mA时，Uo=50.066mV（图二十四），则引入电压串联负反馈后，电压放大倍数为说明引入负反馈后电压放大倍数减小了。图二十三电压串联负反馈电路开关K闭合Uo（黑线）和Ui（红线）波形图图二十四用虚拟电压、电流表测量所得数据4.2.3.2由虚拟仪表测得，当Ui=4.999mV时，Ii=3.014uA（图二十四），则可见引入电压串联负反馈后输入电阻提高了。但与无级间反馈时的Ri相比，提高很少，这是由于图十七所示电路中总的输入电阻为引入电压串联负反馈只能提高可反馈环路内的输入电阻R’if，而Rb11和Rb12不在反馈环路内，不受影响，因此总的输入电阻Rif提高不多。4.2.3.3将负载电阻RL开路，测得U’o=51.793mV（图二十五），则可见，引入电压串联负反馈后，输出电阻降低了。图二十五用虚拟电压、电流表测量所得数据5.题目五：集成运算放大电路的Multisim仿真5.1课程设计任务1.构建Multisim仿真电路。2.在输入端加上正弦波，用虚拟示波器观察输入输出波形。5.2电路模型的建立5.2.1积分电路仿真电路在Multisim中构建基本积分电路如图二十六所示。图二十六积分电路仿真电路图在积分电路的输入端加上有效值为0.5V，频率为50Hz的正弦电压；由虚拟示波器可看到积分电路的输入、输出波形如图二十七所示。图中黑色显示输入波形，红色显示输出波形。由波形图可见，输出电压是一个余弦波，输出电压的相位比输入电压领先90°。图二十七输入（黑线）输出（红线）波形6.题目六：波形发生电路的Multisim仿真6.1课程设计任务1.构建Multisim仿真电路。2.矩形波发生电路Multisim仿真3.虚拟示波器观察电路的输出波形和前一级滞回比较器的输出波形。4.虚拟示波器测量三角波的幅度和振荡周期。6.1.1.电路Multisim仿真在Multisim中构建占空比可调的矩形波发生电路如图6.1-1所示6.2.1三角波发生电路仿真电路在Multisim中构建三角波发生电路如图二十八所示。图二十八三角波发生电路仿真电路图6.2.1.1由虚拟示波器可观察到电路的输出波形为三角波（红线），而前一级滞回比较器的输出波形为矩形波（黑线），如图二十八所示。6.2.1.2从虚拟示波器上可测得，三角波的幅度为Uom=9.5V，振荡周期T=9ms。图二十八波形图五.合性能电路的设计和仿真1.题目二：功率放大器的设计一.分析计算OTL甲乙类互补对称电路（1）计算公式Ｉcm==Pom=UcemＩcm==当满足UCES<<VCC时，可将上式中的UCES忽略，得Pom≈（2）参数选择Ui=200mV，Pom≥2W，RL=8Ω；R1，R2，R3；C1，C2；VT1，VT2；VD1，VD2；Vcc。由：Pom≥2W，Uce1=VCC-∣UCE2∣≈VCCPom≈得Vcc≥V。二.仿真电路在Multisim中构建OTL甲乙类互补对称电路如图7.1所示，其中VT1，VT2两管的，其它参数也基本对称。OTL甲乙类互补对称电路图5.1利用Multisim的直流工作点分析功能测定电路的静态工作点如下：可知，静态时UBE1=（6.84851–6.00000）V=0.84851V，UBE2=（5.15148–6.00000）V=0.84852V，因此，当uＩ=0时，三极管VT1和VT2均已微微导电。三.结果分析（1）加上uＩ后，可观察到uＩ和u0的波形如图7.2所示。uＩ和u0的波形图5.2由输出波形可看出，OTL甲乙类互补对称电路基本上消除了交越失真。 （2）在输出波形没有明显失真的前提下，利用虚拟仪表测得当Ui=200mV时，最大输出电压的有效值为U0=173.56mV如图7.3所示。则放大电路的最大输出功率为Pom==mW=3.765mW利用虚拟仪表测图5.3六、总结经过2周的《电子技术2》课程设计，使我对我们的专业知识有了更深刻的理解，懂得设计电路及Multisim软件的运用，开始学习使用Multisim时，我在老师的指导下熟悉Multisim软件，并利用Multisim观察半导体二极管的单相导电性，接下来的几天就进行单管共射放大电路的Multisim仿真、恒流源式差分放大电路Multisim仿真、两级反馈放大电路Multisim仿真、积分电路Multisim仿真、矩形波发生电路Multisim仿真、最后进行串联型直流稳压电源的设计。加深了对集成电路，反馈等概念的理解，同时会应用这些知识.在这两周的课程设计当中，我不但学习了这些知识，对模拟电子技术