模拟电子技术课程设计(Multisim仿真)要点

《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V

U BEQ

7.0=，可得

A m A m A R

U V I

b

BEQ

CC

BQ

μ4004.02807.012==???

??-=-=

()500.042CQ

BQ

mA mA

I

I β≈=?=

()12236CQ C CEQ

CC V V

U

V 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

2CQ

mA

I

=。可以认为2EQ

CQ mA

I I ==，则

()

()

'26261300519632be bb EQ

mV r r I

β?

?=++=+?Ω=Ω ??

?

'

33

// 1.533

L C L R R R ?==

KΩ=KΩ+

所以

'

50 1.5

77.9

0.963

L

u

be

A

R

r

β

??

=-=-=-

//963

i be b be

R r R r

=≈=Ω

3

c

R 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, 5.995BQ

CQ CEQ m V

U I

I 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）

1

2382.77491BQ BQ mV U

U ==-（对地）

则1

12

1

12 4.36453

0.25430

CC

CQ 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 0127.517

12.751710

d i

U A U

=-=-

=- 3

1058.956169.617

10i R =

?KΩ=KΩ 将负载电阻L R 开路，测得'

0U =510.044mV

则'0

00510.044112059.996127.517L 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 =

2

3.06760EQ 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

0644.624

128.954.999

u i

U 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

4.999

1.5873.149

i i

i

U 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 1.9992644.624L U 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

50.066

10.0154.999

uf

i

U A

U

?

?

?

=== 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

4.999

1.6593.014

i if

i

U R

I

==

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

'0

051.7931120.06898968.98950.066of

L U R

R 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：?0=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:?0=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?0=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：?0=6.128Hz

阻带宽度B=ωch-ωci=1.46kHz

品质因数Q= ?0 /B=0.0037

五总结

通过两个星期的努力，终于完成了课程设计。这是我迄今为止收获最多的一次课程设计。记得刚开始学习这一部分知识的时候，觉得挺简单。没想到真要实践它的时候，发现它并不是想象中的那么简单。特别是刚接触Multisim软件的时候，非常的陌生，当时在老师的认真讲解下我还是将它搞定了，还有就是在用截图的时候，本来以为随时都在用的东西本因该是很简单的，但是当我用到公式工具的时候就特别陌生了，并且还很慢，于是我请教了好几个同学，慢慢的我熟悉了。感谢王老师，如果没有她，我的课程设计也不可能圆满完成。这次课设让我懂得了很多，也学到了很多课本上没有的知识。

就像动手查阅资料，与别人交流讨论问题的好处。自己的知识总是很局限，查资料和探讨问题会扩大自己的知识面。

在设计期间遇到了很多棘手的问题。比如设计的电路图，在理论上都讲得通，可是在虚拟实验室里模拟的时候，却实现不了。一方面是对电路参数的不熟悉，另一方面是不能很好的使用模拟实验室软件。通过请教老师，在老师的帮助下，多次改变电阻值，、电压值和电容值以及调节示波器的参数等一些小细节，最终产生了波形。

我很高兴能够有这次实际操作的机会，有些东西平时觉得很简单但是实际操作起来就不是那样了，这次课程设计让我又一次的验证了实践是检验真理的唯一标准，只有自己亲自用心，学到的才是自己的东西。

六、参考文献

[1]杨素行.《模拟电子技术基础简明教程》[M].北京：高等教育出版社，2006年

[2] 华中理工大学电子学教研室编,康华光主编.陈大钦副主编(电子技术基础)(模拟部分)第四版.北京.高等教育出版社.1999

[3]吴运昌编著:[模拟集成电路原理与应用],广州.华南理工大学出版社,1995

[4]王志华编著:[电子电路的计算机辅助分析与设计方法]北京.清华大学出版社1996

[5] 王汝君.钱秀珍编:[模拟集成电子电路(上)(下)].南京,东南大学出版社1993

[6] 华中理工大学电子学教研室,陈大钦主编.杨华副主编,(模拟电子技术基础),北京,高等教育出版社 ,2000

[7]

A.J.Peyton V. Walsh: Analogue eletronics with Op Amps:a source book of practica

l, Campridge university press,New york, 1993

[8]

Jacob Millman and Arvin Grabel .Microelectronics.2nd ed.New York:Mcgraw-Hill book Company,1987

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

[10]

Sergio Franco. Design With Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuit s. McGraw-Hill

Company. 2002