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1、对于负反馈放大发电路仿真课程设计68835824教学内容 NANCHANG UNIVERSITY 课程设计 题目：基于Multisim的反馈电路分析与仿真2.常用组态负反馈放大电路的仿真分析2.1 电压串联负反馈电路集成运放采用 741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中 ,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的 A通道接输入信号 ,B通道接输出信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示。上面 A通道的波形是输入波形;下面 B通道的电流串联负反馈电路波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真开关打向上边时 ,加入电

2、压串联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合。2.2电流串联负反馈电路集成运放采用 LM307H,其中,输入信号 V1是一个交流电流源信号。示波器的 A通道接输入信号,B通道接输出信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示。下面 A通道的波形是输入波形;上面 B通道的波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。开关打向上边时 ,加入电压串联负反馈 ,输入、 输出的信号波形

3、如图所示 ,下面 A通道的波形是输入波形上面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合的。2.3电压并联负反馈电路集成运放采用 741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中 ,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的 A通道接输出信号 ,B通道接输入信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图 所示。上面 A通道的波形是输出波形;下面 B通道的波形为输入波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。开关打向上边时 ,加入电压并联负反馈

4、 ,输入、 输出的信号波形如图 所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合的。2.4电流并联负反馈电路集成运放采用 LM307H,其中 ,输入信号 I 1是一个交流电流源信号。示波器的 A通道接输入信号 ,B通道接输出信号。开关打向左边时 ,没有负反馈 ,输入、输出的信号波形如图所示。上面 A通道的波形是输入波形;下面 B通道的波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。开关打向右边时 ,加入电流并联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图

5、所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了是相符合的。3.仿真分析负反馈对放大电路的影响3.1开环闭环的电压放大倍数比较图1 开环无负载图2 开环有负载图3闭环无负载图4 闭环有负载电路如图所示，用虚拟示波器按下表分别测量输入/输出电压的峰-峰值，记入下表中：RLViVoAu/Auf开环（J1断开）RL=无穷大（J2断开）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2闭合）2.99mV255mV85.2闭环（J1闭合）RL=无穷大（J2断开）2.99mV55mV18.3R

6、L=2k（J2闭合）2.99mV50mV16.73.2开环闭环的输入输出电阻比较1）输入电阻Ri 图5 开环图6 闭环在输入端串联一个5.1k的电阻，如图所示，并且连接一个万用表，如图连接。启动仿真，记录数据，并填下表。仿真数据 Vs Vi计算开环（J1断开）20mV15.2mVRi=Vi*Rs/（Vs-Vi）=16.6k闭环（J1闭合）20mV15.8mVRif=Vi*Rs/（Vs-Vi）=19.2k2）输出电阻Ro图7 开环有负载测VL图8 开环无负载测Vo图9 闭环有负载测VL图10 闭环无负载测Vo仿真电路如图所示，先接上负载电阻，测量输出电压VL，再断开负载，测量输出电压VO。仿真数

7、据 VL Vo计算开环（J1断开）1.23V2.36VR0=（V0-VL）*RL/VL=4.68k闭环（J1闭合）265mV292mVRof= （V0-VL）*RL/VL=0.51k3.3提高放大倍数的稳定性RLViVoAu/Auf开环（J1断开）RL=无穷大（J2断开）2.99mV491mV164.1RL=2k（J2闭合）2.99mV255mV85.2闭环（J1闭合）RL=无穷大（J2断开）2.99mV55mV18.3RL=2k（J2闭合）2.99mV50mV16.7从表中数据可以得出：开环状态下不接负载和接负载放大倍数变化明显，而闭环后负载的变化对放大倍数几乎没有影响，但放大倍数对开环而言

8、明显下降。可见引入复反馈能够提升放大倍数的稳定性，但以降低放大倍数为代价。3.4扩展频带可以看到 ,加入交流负反馈以后 ,电路的频带宽度明显增加。所以负反馈对频带具有明显的扩展作用。4.利用虚拟仪器表和仿真分析方法对反馈放大电路的分析 4.1傅里叶分析设置 Frequency resolution 为1 000 Hz, 单击Estimate 按钮, 自动设置Stopping time for sampling。选择Normalize graphs, 纵坐标刻度为Decibel,选择输出节点作为分析节点。J 1 断开和闭合时分别运行傅里叶分析, 可得到图11 和图12。并测试出无反馈时: 总谐波

9、失真系数 THD: 1.54899%。引入反馈后: THD:0.306912%。直观准确地反映了引入负反馈后, 可以减小非线性失真。图11 开环图12 闭环4.2负载电阻的参数扫描分析执行parameter sweep analysis。设置分析对象为R L ,Star t 为10 000, Stop 为100 000, # of 为5 (R L 阻值分别为 10 k8 , 3215 k8 , 55 k8 , 7715 k8 , 100 k8 ) , 选择Analysis to 中的Transient Analysis, 并选择输出节点作为分析节点。J1 断开和闭合时分别运行参数扫描分析, 得

10、到图13和图14。直观的反映出无反馈时 (图13) : 随着负载电阻R L 的变化, 输出电压有显著的变化, R L 愈大, A u 愈大引入反馈后 (图14) : 输出电压基本不随负载电阻R L 的变化而变化,。说明了引入电压负反馈后, , 提高带负载能力。图13 开环图14 闭环4.3温度扫描分析执行temperature sweep analysis, 设置起始值为0 Deg, 终止值为150 Deg, 步长为5, 选择Analysis to 中的Transient Analysis, 选择输出节点作为分析节点,J 1 断开和闭合时分别运行温度扫描分析, 可观测得温度为0 , 3715

11、, 75 , 11215 , 150 时的输出电压波形,如图15, 图16 所示。直观地反映出无反馈时(如图15) : 随着温度的变化, 电压放大倍数发生变化, 稳定性差。引入反馈后(如图16) : 电压放大倍数基本不随温度的变化而变化。说明负反馈可以提高放大倍数的稳定性。图15 开环图16 闭环5.负反馈放大电路的实例仿真分析1 、仿真电路以交流电压串联负反馈放大电路为例，首先在Multisim 10中创建仿真电路。进入Multisim 10仿真环境，从元件库中调用晶体管(2N3904，默认值=200、UBE=0.75 V、Rbb=200、UT=26mv)、电阻、电容、直流电源、开关等元件，

12、从虚拟仪器工具栏中取出四踪示波器，创建仿真电路如图所示。2、静态工作点与电压放大倍数的理论值计算（1）开关A闭合，F断开，电路为两级阻容耦合放大电路。静态工作点的理论计算Ic1=2.41mAIB1=12.05uAUCE1=Ucc-(Rc1+Re11+Re12)*Ic1=4.05VIc2=2.15mAIB2=1.07uAUCE2=Ucc-Ic2(Rc2+Re2)=5.55v开环电压放大倍数的理论计算rbe1= rbb+=2.35Krbe2= rbb+=2.61KRL1=Rc1Rb21Rb22rbe2=1.06KRL=Rc2RL=1KAv1=3.38Av2=76.63Av=Av1*Av2=259.

13、01（2）开关A闭合，F闭合，电路为两级阻容耦合电压串联发反馈放大电路。闭环电压放大倍数的理论计算Fu=0.0291+AvFu=8.544Avf=30.313、静态工作点的仿真测试首先，测两级的静态工作点，将信号源断开，用探针、电压表分别测出基极、集电极电流及管压降，其值为IB1=15.0A，IC1=2.20 mA，UCE1=4.711V，IB2=13.0A，IC2=2.03mA，UCE2=5.906V。开环和闭环时静态工作点相同。电路于图所示。可见，理论值与实验值大致相同。4、开环性能的仿真测试（1）开环无负载开关A断开，F断开，电路于图所示。启动仿真开关，在示波器Timebase区设置X轴

14、的时基扫爱描时间，在Channel A、ChannelB和Channel C区分别设置A、B和C通道输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图。（2）开环有负载开关A闭合，F断开，电路于图所示。启动仿真开关，在示波器Timebase区设置X轴的时基扫爱描时间，在Channel A、ChannelB和Channel C区分别设置A、B和C通道输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图。由仿真数据通过计算可得Ri=*1K16.5KRo=(-1)*2K1.96KAvo=429.8AvL=219.3A/A=(Avo-AvL)/Avo=(429.8-219.3)/429.30.49BW=fH-fL(146.572-895.4*) 145.68KHZ5、闭环性能的仿真测试（1）闭环无负载断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法，仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量如图所示（2）闭环有负载图断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法，仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量，交流分析、幅频特性、通频带（BW）的仿真测量如图所示。由仿真数据通过计算可得Ri=*1K22.765KRo=(-1)*2K0.136KAvo=31.65AvL=29.63A/A=(Avo-AvL)/Avo=(31.65-29