模拟电子技术课程设计.docx

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模拟电子技术课程设计

课程设计报告

课程设计名称:

模电课程设计

院系：

专业班级：

姓名：

学号：

日期：

2013年1月

一、项目名称：

模电课程设计

二、实习单位：

实验室

三、课程设计目的：

1、通过Multisim11仿真软件对电路的仿真，掌握Multisim11仿真软件的使用。

2、课程设计让我们在学习模拟电子技术课程之后的一次实践，可以让我们将理论与实践结合，是对我们已经学习知识的一次实际应用与巩固，更是一次升华。

3、测试差分放大电路、单管射极放大电路、二极管整流电路等工作情况以及它们的主要性能。

四、课程设计内容：

1、Multisim11仿真软件的介绍和使用：

（1）实习目的

①了解Multisim11的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好基础。

②通过使用Multisim11来仿真电路，测试单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等，并观察静态工作点的变化对输出波形的影响。

③加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。

观察失真现象，了解其产生的原因。

（2）Multisim11仿真软件的介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以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。

NI公司推出的Multisim有9、10、11等版本。

目前在各高校教学中普遍使用Multisim11，网上最为普遍的也是Multisim11。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

凭借NIMultisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。

借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。

与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

Multisim11的主要组成部分：

1．构建仿真电路；2．仿真电路环；3.multimcu--单片机仿真4．FPGA、PLD，CPLD等仿真；5．FPGA、PLD，CPLD等仿真；6．通信系统分析与设计的模块；7．PCB设计模块：

直观、层板32层、快速自动布线、强制向量和密度直方；8．自动布线模块。

（3）Multisim11仿真软件虚拟仪器及其使用

Multisim11为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，可以从Design工具栏;Instruments工具栏，或用菜单命令（Simulation/instrument）选用这11种仪表，在选用后，各种虚拟仪表都以面板的方式显示在电路中。

下面将11种虚拟仪器的名称及总结如下表：

Multimeter（万用表）

FunctionGenerator（波形发生器）

Wattermeter（瓦特表）

Oscilloscape（示波器）

BodePlotter（波特图图示仪）

WordGenerator（字元发生器）

LogicAnalyzer（逻辑分析仪）

LogicConverter（逻辑转换仪）

DistortionAnalyzer（失真度分析仪）

SpectrumAnalyzer（频谱仪）

NetworkAnalyzer（网络分析仪）

在电路中选用了相应的虚拟仪器后，将需要观测的电路点与虚拟仪器面板上的观测口相连，可以用虚拟示波器同时观测电路中两点的波形。

双击虚拟仪器就会出现仪器面板，面板为用户提供观测窗口和参数设定按钮。

双击图中的示波器，就会出现示波器的面板。

通过Simulation工具栏启动电路仿真，示波器面板的窗口中就会出现被观测点的波形，和各种仿真结果。

（4）仿真内容：

①差分放大电路:

差分放大电路是利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。

差分放大电路：

按输入输出方式分：

有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型;按共模负反馈的形式分：

有典型电路和射极带恒流源的电路两种。

差分放大电路有两个输入端口和两个输出端口，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。

双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。

双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。

因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。

电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中旨入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的仰制。

电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。

负电源-VEE用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+VCC，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻Rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻，RL为外接负载电阻。

基本状态：

　　差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。

当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号VI1、VI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。

此时，外输入信号称为差模输入信号，以VId表示，且有:

　　当外信号加到两输入端子与地之间，使VI1、VI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以VIC表示，且:

　　当输入信号使VI1、VI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号VId和共模信号VIc两部分组成，其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。

（1）对差模输入信号的放大作用

　　当差模信号VId输入（共模信号VIc=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即VI1=－VI2=VId/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压Vod1、Vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压Vo=Vod1－Vod2=2Vod1=Vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。

　　要注意的是：

差放公共射极的动态电阻Rem对差模信号不起（负反馈）作用。

（2）对共模输入信号的抑制作用

　　当共模信号VIc输入（差模信号VId=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即VI1=VI2=VIc,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压Voc1、Voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压Vo=Voc1－Voc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

　　此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

图1差分放大电路仿真电路图

图2差分放大电路输出波形

②半波整流：

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半波整流是指利用二极管的单向导电性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。

在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。

所谓半波即为只有一半的波留下的意思。

可以由整流二极管构成整流桥堆来执行。

由于Vs的值有正有负，当Vs为正半周时，二极管正向偏置，根据理想模型特性，此时二极管导通，且vo=vs；当Vs为负半周时，二极管反向偏置，此时二极管导通，且vo=0。

图3半波整流仿真电路图

图4半波整流电路输出波形

③集成运算放大器

集成运算放大器简称集成运放，是具有高放大倍数的集成电路。

它的内部是直接耦合的多级放大器，整个电路可分为输入级、中间级、输出级三部分。

输入级采用差分放大电路以消除零点漂移和抑制干扰；中间级一般采用共发射极电路，以获得足够高的电压增益；输出级一般采用互补对称功放电路，以输出足够大的电压和电流，其输出电阻小，负载能力强。

集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中。

图5集成运放仿真电路图

图6集成运放电路输出波形

④晶体管共射极单管放大器

图7是电阻分压式工作点稳定单管放大器仿真原理图。

它的偏置电路采用Ra1和Ra2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。

当放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号uo，从而实现了电压的放大。

图7共射极单管放大器仿真电路

图8共射极单管放大器电路输出波形

⑤双向限幅电路

在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行处理。

它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。

限幅电路的作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平），且再不随输入电压变化。

图9双向限幅电路

图10双向限幅仿真电路图

图11双向限幅电路输出端波形

⑥课程设计

器材：

1、三极管×3电阻20K×2电阻1K×1电阻2.4K×1电阻10K×5电阻510×2电阻68K×2电阻36K×2滑动变阻器470×1滑动变阻器100K×1电容100μ×1电容47μ×1电容220μ×1导线2根电路板×1

（Ⅰ）差分放大电路

图12差分放大电路图

（Ⅱ）共射极放大电路

图13共射极放大电路图

（Ⅲ）焊接的电路板：

五、课程设计总结：

通过本次课程设计，加深了对模电知识的理解，增强了动手能力。

设计过程中，每一元件都需要精心的计算，电路图的设计也需精心琢磨。

所有这一切培养了做学问严谨态度和科学精神；本次设计为今后学习甚至工作积累了经验。

在焊接过程中遇到了一些的问题，需要自己细心耐心解决。

因为是设计，如果没有耐心和严谨的话，是不可能有所成就的。

养成这样的习惯对自己以后的道路很有帮助。

在本次设计实验中自己也暴露出不少缺点，其中包括电子电路基本知识不扎实、焊接技术还不太熟练、对电子设计类软件和集成电子产品不了解等。

针对自身的不足，查漏补缺。

在电路板测试的过程中，也遇到了一些困难，例如示波器的调节、导线的连接等问题。

同时，这次课程设计也让我们再次锻炼了自己的动手能力，熟悉了基本一起的操作。

通过这次课程设计，在以后的学习中应该要多查阅电子学习资料，以丰富自己的理论知识，夯实理论基础。

作为当代大学生，仅仅掌握理论知识是远远不够的，还需要大量的实践，加强动手能力的培养。