仿真设计

课程设计

电路的仿真（设计）

The simulation of the circuit design

学号：

姓名：

专业: 自动化

系别:电子信息与控制工程系

指导教师：

时间：2012年6月

摘要

本文通过Multisim软件对三个电路进行了仿真，电路分别为：OCL甲乙类推挽功率放大电路；交流变直流电路；消除互补输出级交越失真电路。对他们的波形和功能以及组成进行了分析。旨在通过对电路的仿真来验证电路是否正确，是否具有可行，进而学习Multisim软件的强大功能，为自己以后设计电路积累经验。

关键词：电路仿真三极管 EDA 放大器仿真波形

ABSTRACT

In this article, through Multisim software to the three circuit simulation, circuit are: the OCL armor class the push-pull amplifier circuit power; Exchange become direct current road; Eliminate the output stage is the distortion complementary in the circuit. To their waveform and functions as well as the composition analysis. Through the simulation to the circuit to verify that the circuit is correct and whether it has the feasible, then learning Multisim the powerful features of the software, for their future circuit design accumulate experience.

KEYWORDS：Circuit simulation transistor ; amplifier ; EDA ;simulation ; waveform

目录

0.绪论---------------------------------------------------------------2

1.仿真电路图---------------------------------------------------------3 1.1OCL甲乙类推挽功率放大电路图-------------------------------------3 1.2交流变直流电路图------------------------------------------------4

1.3消除互补输出级交越失真电路图------------------------------------7

2.电路原理分析-------------------------------------------------------8 2.1OCL甲乙类推挽功率放大电路原理-----------------------------------8 2.2交流变直流电路原理----------------------------------------------8 2.3消除互补输出级交越失真电路原理----------------------------------9 3．仿真波形及工作状态------------------------------------------------10

3.1OCL甲乙类推挽功率放大电路--------------------------------------10 3.2交流变直流电路-------------------------------------------------11 3.3消除互补输出级交越失真电路-------------------------------------12 4．工作流程及总结---------------------------------------------------16

4.1、工作流程------------------------------------------------------16 4.2、工作中遇到的问题及解决办法------------------------------------16 4.3个人体会-------------------------------------------------------1 5．结论和展望--------------------------------------------------------17

6.鸣谢--------------------------------------------------------------18

7.参考文献----------------------------------------------------------19

绪论

Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim 是一个完整的集成化设计环境。Multisim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。

EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动射击。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或者PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。在设计时大部分采用的是虚拟仿真技术，把实验参数都输入电脑，然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软件，并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经验参数。EDA分为电路设计与仿真工具、IC

设计软件、PLD设计工具及其他EDA软件。

EDA的优点为采用直观的图形界面创建电路；在计算机屏幕上仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的器件，电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果；EDA 软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法；作为设计工具，它可以同其他流行的电路分析，设计和制板软件交换数据；同时它还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

我们用的版本为multisim7，相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。MUltisim7是由加拿大IIT公司推出的大型设计工具软件。Multisim7的前身是EWB。相对于EWB ，Multisim7扩充了元件库，提供数千种电路元器件供试验选用，同时提供了

庞大的元器件模型库和丰富多样的虚拟仪器仪表，完全可以满足一般的数字电路，模拟电路以及数字模拟混合电路的分析，设计和仿真的需要；Protel的高版本Altium Designer，是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。主要用途：原理图输入设计PCB板；Proteus具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真。支持大量的存储器和外围芯片。简单概括multisim7,protues,protel为：Multisim可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真；Protel可以进行简单的模拟/数字电路的仿真、强大的PCB板设计；Proteus可以进行直观的模拟/数字电路、单片机、ARM的仿真。也可以进行简单PCB板的设计。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。在教学方面主要是让学生了解EDA的基本概念和算法，使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计，一般学习电路仿真工具（如multisim,pspice）和PLD开发工具，为今后工作打下基础。在科研方面主要利用电路仿真工具进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品检测；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中等。在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用,系统级模拟及检测环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用，产品检测等各个环节。如PCB的制作，电子设备的研制与生产，电路的焊接，ASIC的制作过程等

EDA仿真是“芯片”，“电路”，“系统”设计的重要步骤，进行电路设计仿真是为了检查设计对象的工作和功能正常与否，“仿真”和验证将决定目标设计的成败，通过电路的仿真设计来实现实际需要的合理性的验证。

1.仿真电路图

1.1通过multisim软件对OCL甲乙类推挽功率放大电路进行搭建，如图1-1

图1-1 OCL甲乙类推挽功率放大电路

1.2通过multisim软件对交流变直流电路进行搭建，如图1-2

图1-2 交流变直流电路

1.3基本互补电路和消除交越失真互补输出级如图1-3所示，

图1-3消除互补输出级交越失真电路

2.电路原理分析

2.1 放大电路原理

此电路实现的是信号放大的功能。电路由输入级、中间级、输出级三部分组成。输入级是由双端输入单端输出的差分放大电路组成，有利于减小误差和减小温漂；中间级由两个二极管和两个三极管组成，两个二极管有利于避免交越失真的产生，三极管实现信号放大；输出级是功率级PC类功放复合管组成，NPN型三极管复合用于通过交流信号的正半波，PNP型三极管复合用于通过交流信号的负半波，信号交汇形成幅值放大的信号波。

电路结构示意图如图2.1.1所示：

图2.1.1 电路一结构框图

2.2交流变直流电路原理

此转换器实现的是交流信号转换为直流信号的功能。电路由半波整流和有源滤波两部分组成。半波整流部分的交流信号的正半波通过一个二极管反馈回输入，以形成半波整流的效果；有源滤波部分，电容起主要作用，电容越大所得直流信号越精确，所以要选择合适的电容。电路中的负反馈是为了保证输出的稳定性。

2.3 消除互补输出级交越失真电路原理：

在分析电路时，把三级管的门限电压看作为零，但实际中，门限电压不能为零，且电压和电流的关系不是线性的，在输入电压较低时，输出电压存在着死区，此段输出电压与输入电压不存在线性关系，产生失真。这种失真出现在通过零值处，因此它被称为交越失真。如图2-1

图2-1-1

我们克服交越失真的措施是：避开死区电压区，使每一晶体管处于微导通状态，一旦加入输入信号，使其马上进入线性工作区，也就是设置合适的静态工作点。为消除交越失真我们采用图2-2所示，这时T1管与T2管均处于微导通状态。

图2-1-2

3．仿真波形及工作状态3.1OCL甲乙类推挽功率放大电路波形及工作状态如图3-1

（a）

增益=通道B/通道A，即1.928/0.0999=19.279

（b）

(c)

图3-1 OCL甲乙类推挽功率放大电路波形(a).(b).(c)

比较（a）（c）两频谱图可得出该放大电路的上限截止频率为414.736kHz。由（b）可看出在转折点处的相位为-178.919Deg。

3.2交流变直流电路波形及工作状态如图3-2

图3-2

由图示可以看出该电路将幅值为2.676V的交流信号转换成了幅值为211.175mV的直流信号。

3.3消除互补输出级交越失真电路波形及工作状态如图3-3

(a)

（b）

(c)

(d)

图3-3 消除互补输出级交越失真电路波形及工作状态（a）(b)(c)(d)

基本互补电路测试数据

消除交越失真的互补输出级的测试数据

3.3.1对基本互补电路的测试可得到如下结论：

（1）静态时晶体管基极和发射极的直流电压均为0，静态功耗小。

（2）由于输出电压小于b-e 间的开启电压时两只晶体管均截止，输出信号波形明显产生了交越失真，且输出电压输出值小于输出电压峰值。

3.3.2对消除交越失真的互补输出级的测试可得到如下结论：

（1） 晶体管基极直流电位都为672mV ，表明两只管子在静态均处于导通状态，发射级的直流电位为16.952mV,很接近0，说明管子具有很好的对称性。 4Q 、30E U ≠的原因在于NPN 型晶体管2N3904和PNP 型晶体管2N3906的不对称。

（2）输入电压的峰值为2V ，有效值约为1.414V.在动态测试中，

3 1.406B i U V U =≈，说明在动态的近似分析中可将 3Q 和4Q 的基极与输入端可看成为一个点。

（3）输入电压的峰值与输出电压的峰值相差无几，且输出信号波形没有产生失真，说明合理设置静态工作点是消除交越失真的基本方法，且使电路的跟随特性更好。

4．工作流程及总结

4.1、工作流程

首先，老师给我们讲了Multisim软件的相关知识，并且讲了例题，然后布置了课程设计的题目，让我们自己去机房操作。随后又在教室说了报告的要求及交报告的时间，然后就是对仿真电路的验收；最后报告写完就可上交。

4.2、工作中遇到的问题及解决办法

(1)该用实际原件时用了虚拟原件，最后换过来就没有问题了。

（2）有时会把节点弄错，粗细经常会是电路出现问题。

（3）电源的正负极接反了。

4.3个人体会

通过这两周的学习，了解EDA、电路仿真、仿真的目的，仿真的特点等。我很高兴我又掌握了一门与专业相关的软件，这是一个很大的收获。在学习过程中遇到了不少的问题，解决问题的过程也就是学习的过程，我到图书馆查阅资料，在网上查阅相关的信息，询问老师和同学问题得到了很多书本上找不到的知识，受益匪浅。同时使我认识到了自己的学识、能力和阅历方面还很欠缺，以及自己的粗心大意，所以在学习中应该孜孜不倦，以谦虚的态度循序渐进地前进。

5 结论和展望

这次学校组织的小学期，我以饱满的热情投入其中，积极主动地完成老师布置的练习和作业，在老师和同学的帮助，以及运用自己的掌握的知识顺利搭建仿真电路，运行电路，分析电路原理，成功圆满的完成了这次具有意义的课程设计学习。

我们知道随着技术的发展，技术的科技含量越来越高，所以在以后的学习中要慢慢掌握更多的专业软件，通过查阅资料等各种途径学会它并能熟练地运用它。通过这次课程设计的学习，我明确的知道自己掌握的知识还远远不够，自己的知识还需要大量的存储，所以在今后的学习中，不仅仅要学习学校课本上的内容还要经常到图书馆自学与专业有关的很多知识，并且这次小学期让我知道了知识要时常回顾，原来学过的东西在不经常用的情况下，都在慢慢的忘记，所以我们要在隔了一段时间后要拿出学过的课本时不时地翻一下，重要的内容更要时常翻看。

6鸣谢

首先，要感谢刘老师对我们的教导，在将近两周的小学期中刘老师给我们讲授了电路仿真的一些内容，让我们自己亲自动手进行电路仿真。我们从中学到了很多有用的知识，特别是老师的一丝不苟和严厉要求对我们受益终身。

此外，还要感谢同学们的配合和帮助，使我们得到了共同的提高。

参考文献

[1] Allan R.Hambley.Electronics.2nd ed.Prentice Hall Inc.2000

[2] Stephen L.Herman.Electronics For Electricians.4th end.影印本。北京：机械工程出版社，2004.

[3] Robert T.Paynter.Introductory Electronic Devices and Circuits.6th ed.Prentice Hall Inc.2003.

[4] 华中理工大学电子学教研室编，康华光主编.电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，1999.

[5] 清华大学电子学教教研组编，童诗白华成英主编模拟电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，2006.

[6] 王志远编.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，1994

[7] 闻跃高岩杜普选编著.基础电路分析.北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2008