《电子技术Ⅱ课程设计》报告姓名 xxx学号院系自动控制与机械工程学院班级指导教师2014 年 6 月18日目录1、目的和意义 (3)2、任务和要求 (3)3、基础性电路的Multisim仿真 (4)3.1 半导体器件的Multisim仿真 (4)3.11仿真 (4)3.12结果分析 (4)3.2单管共射放大电路的Multisim仿真 (5)3.21理论计算 (7)3.21仿真 (7)3.23结果分析 (8)3.3差分放大电路的Multisim仿真 (8)3.31理论计算 (9)3.32仿真 (9)3.33结果分析 (9)3.4两级反馈放大电路的Multisim仿真 (9)3.41理论分析 (11)3.42仿真 (12)3.5集成运算放大电路的Multisim仿真(积分电路) (12)3.51理论分析 (13)3.52仿真 (14)3.6波形发生电路的Multisim仿真(三角波与方波发生器) (14)3.61理论分析 (14)3.62仿真 (14)4.无源滤波器的设计 (14)5.总结 (18)6.参考文献 (19)一、目的和意义该课程设计是在完成《电子技术2》的理论教学之后安排的一个实践教学环节.课程设计的目的是让学生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,培养学生的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工程技术人才将能起到较大的促进作用。
二、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,分析和设计完成电路的设计和仿真。
完成该次课程设计后,学生应该达到以下要求:1、巩固和加深对《电子技术2》课程知识的理解;2、会根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料;3、掌握仿真软件Multisim的使用方法;4、掌握简单模拟电路的设计、仿真方法;5、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、模拟电路的设计和仿真3.1、半导体器件的Multisim仿真在Multisim中构建二极管电路,如图1-1所示,图中VD是虚拟二极管,输入端加最大值U im=14V,平率为1KHZ的正弦波电压,接入一台虚拟示波器XSCL,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1-1。
图 1-1半导体器件的仿真电路仿真后得到波形如图1-2所示,有图可见,输入信号是一个双向的正弦波电压,而经过二极管以后,得到单向脉冲电压,可见二极管具有单向导电性。
图 1-2输出波形分析直流工作点分析,如图1-3所示图 1-3分析结果3.2单管共射放大电路(1) 理论计算静态工作点分析 设三极管的VU BEQ7.0=,可得A mA mA RU V IbBEQCCBQμ4004.02807.012==⎪⎭⎫⎝⎛-=-=()500.042CQBQmA mAII β≈=⨯=()12236CQ C CEQCC V VUV I R =-=-⨯=动态动作点分析首先需要估算三极管的be r ,根据以上对静态工作点的分析计算可得2CQmAI=。
可以认为2EQCQ mAI I ==,则()()'26261300519632be bb EQmV r r Iβ⎛⎫=++=+⨯Ω=Ω ⎪⎝⎭'33// 1.533L C L R R R ⨯==KΩ=KΩ+所以'501.577.90.963Lu beA Rrβ∙⨯=-=-=- //963ibeb be R rR r =≈=Ω3cR R==KΩ(2) 仿真在Multisim 中构建单管共射放大电路如图2-1所示图 2-1单管共射放大电路图2-1中的单管共射放大电路仿真后,可以从虚拟示波器上得到U i 和U o 波形如图2-2所示。
由图可见U o 波形没有明显的非线性失真,而U o 与U i 的波形相位 相反。
图 2-2输出波形(3) 分析直流工作点分析如图所示2-3图 2-3结果分析可在仿真电路中接入三个虚拟数字万用表,分别设置直流电流表或直流电压表,以便测得BQ I 、CQ I 和CE U ,电路仿真后,可测40.079, 2.002, 5.995BQCQ CEQ m VU II μ=A =A =3.3差分放大电路的Multisim仿真(长尾式)在Multisim中构建一个接有凋零电位器的长尾式差分放大电路如图3-1所示,其中两个三极管的参数为β1=β 2=50,r bb’1=r bb’2=300Ω,调零电位器R w的滑动端调在中点。
3-1 长尾式差分放大电路加上正弦输入电压,利用虚拟示波器可看出u c1与u I反相,而u c2与u I同相,如图3-2所示。
图 3-2输出波形利用Multisim的直流工作点分析功能测量电路的静态工作点、差摸电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
直流工作点分析功能结果如下:图 3-3结果分析 可知12 4.36453CQ CQ V U U ==(对地)12382.77491BQ BQ mV UU ==-(对地)则112112 4.364530.25430CCCQ CQ CQ c mA mA V U I I R--==== 2)加上正弦输入电压,利用虚拟示波器可以看出1c u 与2c u 反相,而2c u 与I u 相同。
3)当i u =10mV 时,由虚拟仪表测得0u =127.517mV ,i I =169.617nA ,则 0127.51712.751710d iU A U=-=-=- 31058.956169.61710i R =⨯KΩ=KΩ 将负载电阻L R 开路,测得'0U =510.044mV则'000510.044112059.996127.517L U R R U ⎛⎫⎛⎫ ⎪=-=-⨯KΩ=KΩ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(3)结果对比所得的输入电阻、输出电阻相差不大,几乎相等,可知,长尾式差分放大电路很好的抑制了零点漂移。
3.4、两级反馈放大电路的Multisim 仿真在Multisim 中构建两级电压串联负反馈放大电路,如图4.1所示图4-1 两级反馈放大电路(1) 将K 断开,电路中占不引入中间反馈。
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,分析结果如下:图4-2 两级反馈放大电路可见,1 2.48656BQ V U =,1 1.84467EQ V U =,19.66046CQ V U =,2 3.72360BQ V U =23.06760EQ V U= 28.89295CQ V U =。
断开时的波形如图4-3所示图4-3两级反馈放大电路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。
两个放大级的输出波形均无明显的非线性失真。
当 4.999i mV U =时,利用虚拟仪表可测得0644.624mV U =。
可见,无级间反馈时,两级放大电路总的电压放大倍数为0644.624128.954.999u iU A U∙∙∙=== 3)有虚拟仪表测得,当i U =4.999mV 时, 3.149i I μ=A ,则无间级反馈时放大电路的输入电阻为4.9991.5873.149i i iU R I==KΩ=KΩ 4)将负载电阻L R 开路,测得'0U =1.289,则放大电路无间级反馈时的输出电阻为'0001289112 1.9992644.624LU R R U ⎛⎫⎛⎫ ⎪=-=-⨯KΩ=KΩ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(2)将图4.1开关合上,引入串联负反馈。
输出波形如图4.4所示图4-4两级反馈放大电路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。
有虚拟仪表测得,当'i U =4.999mV 时,'0U =50.066mV ,则引入电压串联负反馈后,电压放大倍数为50.06610.0154.999ufiU AU∙∙∙=== 说明引入负反馈后电压放大倍数减小了。
2)有虚拟仪表测得,当'i U =4.999mV 时, 3.014i I μ=A ,则4.9991.6593.014i ifiU RI==KΩ=KΩ 可见引入电压串联负反馈后输入电阻提高了。
但与无间级反馈时的i R 相比,提高很少,这是由于图4.1所示电路中总的输入电阻为'1112////if if b b R R R R = 可以看出总的输入电阻if R 提高不多。
3)将负载电阻L R 开路,测得'051.793mV U =,则'0051.7931120.06898968.98950.066ofL U RR U ⎛⎫⎛⎫ ⎪=-=-⨯KΩ=KΩ=Ω ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭可见,引入电压串联负反馈后,输出电阻降低了。
3.5集成运算放大电路Multisim 仿真(积分电路)在Multisim 中构建积分电路如图5-1所示,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。
图5-1 积分电路由虚拟示波器可看出输入输出波形如图5-2所示。
图5-1 输出波形积分电路直流工作点分析结果如图5-2所示图5-1 分析3.6 波形发生电路的Multisim 仿真(三角波发生器) 三角波和方波发生器Multisim 仿真电路图如图6-1所示图6-1波形发生器(1)由虚拟示波器可观察到电路的输出波形为三角波,而前一级滞回比较器的输出波形为矩形波,如图6-2所示图6-2波形发生器(2)从虚拟示波器上可测得,三角波的幅度为10on V U =,振荡周期T =5ms 。
四、无源滤波器的设计(1)无源低通滤波器低通滤波器指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器,如图7-1所示的RC低通电路是最简单的低通滤波器,一般称为无源低通滤波器。
图7-1 RC低通滤波电路截止频率:ƒ0=1/2πRC=1/2×100×10-6×3.14=0.68×10-5(2)高通滤波器高频滤波器是指高频信号能通过而低频信号不能通过的滤波器。
如图7-2所示为高通滤波器的电路图。
图7-2 RC高通滤波电路截止频率:ƒ0=1/2πRC=1/2×100×10-6×3.14=0.68×10-5(3)带通滤波器带通滤波器是指频率在某一频率范围内的信号能通过,而在此范围之外的信号不能通过的滤波器,如图7-3所示。
图7-3 RC带通滤波电路由图7-4得图7-4 扫描仪由上图得中心频率ƒ0=731.566Hz;通带宽度B为:B=ωch-ωci=6675.06Hz品质因数Q=ω0/B=2.73(4)带阻滤波器带阻滤波器作用与带通滤波器相反,即在规定的频带内,信号被阻断,而在此频带完信号通的过,电路图如图7-5所示图7-5 带阻滤波器电路图对上图进行仿真,从扫描仪得到图7-6图7-6 扫描仪有图7-6得中心频率:ƒ0=6.128Hz阻带宽度B=ωch-ωci=1.46kHz品质因数Q= ƒ0 /B=0.0037五总结通过两个星期的努力,终于完成了课程设计。