模拟电路实验仿真.docx

1、模拟电路实验仿真 模拟电子电路仿真 晶体管大体放大电路 共射极，共集电极和共基极三种组态的大体放大电路是模拟电子技术的基础，通过EWB对其进行仿真分析，进一步熟悉三种电路在静态工作点，电压放大倍数，频率特性和输入，输出电阻等方面各自的不同特点。1.1.1 共射极大体放大电路 按图搭建共射极大体放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option ）中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等。.静态工作点分析选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point）（固然，也能够利用仪器库中的数字多用表直

2、接测量）分析结果表明晶体管工作在放大状态。.动态分析用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH)，用示波器观察到输入，输出波形。由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的简便方式是用仪器库中的数字多用表直接测得。.参数扫描分析在图.所示的共射极大体放大电路中，偏置电阻的阻值大小直接决定了静态电流的大小，维持输入信号不变，改变的阻值，能够观察到输出电压波形的失真情形。选择分析菜单中的参数扫描选项（Analysis/Parameter Sweep Analysis），在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为，参数为电阻，扫描起始值

3、为，终值为，扫描方式为线性，步长增量为，输出节点，扫描用于暂态分析。.频率响应分析选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为Hz，终止频率为GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点做输出节点。由图分析可得：当共射极大体放大电路输入信号电压为幅值mV的变频电压时，电路输出中频电压幅值约为.，中频电压放大倍数约为倍，下限频率（）为.Hz，上限频率（）为.MHz，放大器的通频带约为.MHz。由理论分析可得，上述共射极大体放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定，输出电阻由集电极电阻限定。

4、1.共集电极大体放大电路（射极输出器）图.为一共集电极大体放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号（幅值为，频率为10 kHz）采用与共射极大体放大电路相同的分析方式取得电路的静态工作点分析结果。用示波器测得电路的输出，输入电压波形，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。由图所示共集电极大体放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率（）为.GHz，下限频率（）为.Hz，通频带约为.GHz。1.共基极大体放大电路图.为一共基极大体放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kHz)，采用与共射极大体放大电路相同的分析方式取得电路

5、的静态工作点分析结果。用示波器测得电路的输出，输入电压波形，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。由图所示共基极大体放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率（）为.Hz，下限频率（）为.Hz，通频带约为.Hz。 场效应管大体放大电路1.2.1 共源极放大电路共源极放大电路如图所示，Q1选用三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管。按图在EWB主界面内搭建电路后，双击Q1，出现三端式增强型N-MOSFET参数设置对话框，选模型 (Model) 项，将库元件设置为默许 (default) ，理想 (ideal) 模式，然后点击对话框右边编辑 (Edit) 按钮，在 Sheet 1中将跨

6、导系数 (Transconductance coefficient (KP) 设置为0.001A/V。分析共源极放大电路可参照节中共射极放大电路的分析进程进行，可按照图电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得AV的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。1.2.2 共漏极放大电路 共漏极放大电路如图所示，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Q1为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析进程可参见节中共集电极放大电路的分析进程进行。可按照图电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。1.2.3 共栅极放大电

7、路 共栅极放大电路如图所示，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Q1为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析进程可参见节中共基极放大电路的分析进程进行。可按照图电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。场效应管与晶体管组合放大电路场效应管具有输入阻抗高，噪声小等显著特点，但放大能力较弱（小），而半导体三极管具有较强的放大能力（高）和负载能力。若将场效应管与半导体三极管组合利用，就可大大提高和改善放大电路的某些性能指标，扩展场效应管的应用范围。图是由场效应管共源极放大电路和晶体管共射极放大电路组成的两极组合

8、放大电路，图中三端式增强型绝缘栅场效应管Q1选用理想模型，将跨导gm设置为0.001A/V，晶体管Q2选用N2222A，其电流放大系数为。先队该电路进行静态分析，再进行动态分析，频率特性分析和关键元件的参数扫描分析等。1. 静态分析。 选择分析菜单中的直流工作点分析项，取得电路静态分析结果。2. 动态分析。 （1）理论分析。 （2）仿真测试分析。用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为5mV,频率为10kHz)，用示波器测得电路的输出，输入电压。再计算出电路的放大倍数。3.频率特性分析。4.元件参数扫描分析。差动放大电路差动放大电路是模拟集成电路中利用最普遍的单元电路，它几乎是

9、所有集成运放，数据放大器，模拟乘法器，电压比较器等电路的输入级，又几乎完全决定着这些电路的差模输入特性。共模输入特性，输入失调特性和噪声特性。以下仅对晶体管组成的射极耦合差放和恒流源差放进行仿真分析，对用处效应管组成的差放电路可采用相同方式进行分析。在图所示差放电路中,晶体管Q1和Q2的发射极通过开关S1与射极电阻R3和Q3组成的恒流源有选择的连接(通过敲击”K”键,选择连接点9或11),完成射极耦合差放和恒流源差放两种电路的转换. 1.4.1 射极耦合差放仿真分析按图搭建电路，选择晶体管Q1，Q2和Q3均为2N2222A，电流 放大系数为200。将开关S1和R3相连，组成射极偶合差放电路。1

10、.静态分析。 选择分析菜单中的直流工作点分析项，取得电路静态分析结果。2.动态分析。（1）理论分析。（2）差模输入仿真测试分析。A。用示波器测量差模电压放大倍数，观察波形相位关系。按单端输入方式（见图）用仪器库的函数信号发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为10mV,频率为1kHz)。用示波器测得电路的两输出端输出电压波形。 B。 差模输入频率响应分析。选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis），在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为1Hz，中指频率为10GHz，扫描形式为十进制(3)，纵向刻度为线性，节点2为输出点。 C。

11、差模输入传递函数分析。从EWB信号源库当选择直流电压源（并将其设置为），替代仪器库中的函数发生器，做差放电路的输入信号源，以知足进行传递函数分析时对输入源的要求。射极耦合电路进行差模输入传递函数分析时的电路连接方式如图所示。分析方式同上。 D。 共模输入仿真分析。 按共模输入方式（见图）用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号。用示波器测得电路的两输出端输出电压波形。1.4.2 恒流源差放仿真分析 差放电路引入恒流源替代射极偏置电阻，对差动放大倍数没有影响，主如果为了进一步降低共模放大倍数，提高共模抑制比。因此，这里仅对恒流源差放的共模放大倍数进行仿真分析。对EWB主界面内所建图所示电路，通

12、过敲击“K”键，将Q1与Q2的射极通过开关S与节点11连接，使其成为恒流源差放电路。调整R6电阻，使恒流源差放的静态电流与射极耦合差放电路性同，便于二者进行比较。调整函数发生器，使输入正弦波VI的幅值为100，频率为1，输入信号以共模方式接入。示波器接输入电压，接输出电压。最终完成的恒流源差放电路共模放大倍数测试电路如图所示。分析方式同上。可见引入恒流源后，差放电路的共模放大倍数大大降低，共模抑制比大大提高，增强了抑制零点漂移的能力。集成运算放大器 运算放大器的类型很多，电路也不尽相同，但在电路结构上有一路的地方。一般可分为三部份，即差动输入级，电压放大中间级和输出级。 输入级一般是有晶体管或

13、场效应管组成的差动式放大电路，利用差放电路的对称性能够提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端组成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级主要作用是提高电压放大倍数，它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由射极跟从器或互补射极跟从器组成，主要作用是提高输出功率。图是在EWB主界面内搭建的一个简单的集成运算放大器，Q1，Q2组成差动式放大器，信号由双端输入，单端输出。 Q3，Q4组成复合管共射极放大电路，以提高整个电路的电压放大倍数。输出极由Q5，Q6组成的两极射极跟随器构成，不仅可以提高带负载能力，而且与R5配合，可使直流电位步步降低，实现输入信号电压Vi为零时，输出电压

14、Vo=0。输入端Vi-运放的反相输入端，Vi+是同相输入端。集成运放的仿真分析：1.静态分析 令输入信号电压为零（两输入端接地），选择分析菜单中的直流工作点分析项（Analysis/DC Operating Point），分析结果后，观察输出端Vo（节点19）直流电位是不是为零？若不为零，则调整R5的阻值，使输出端电位为零。3.动态分析（1）传函数分析 将简单集成运放的同相和反相输入端别离接入信号源库中的直流电压源，并将其电压值设置为1mV，其连接方式如图所示。A 同相输入方式下的传递函数分析选择分析菜单中的传递函数分析项（Analysis/Transfer Function Analysis

15、），在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V4，别离设置输出端为节点15，10和19。每重设一次仿真按钮（Simulate），进行一次传递函数仿真分析。B 反相输入方式下的传递函数分析选择分析菜单中的传递函数分析相（Analysis/Transfer Function Analysis），在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V3，设置输出端为节点19。（2） 工作电压波形测试。 A 反相输入方式波形测试。 按差模单端输入方式，将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦输入信号（VI的幅值为2mV，频率为1kHz）接在反相与同相端之间，并将同相输入端接地，其连接方式如图所示。用示

16、波器测得电路的反相输入端（V-）和输出端（Vo）电压波形。B 同相输入方式波形测试。按差模单端输入方式，将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦输入信号（VI的幅值为2mV，频率为1kHz）接在同相与反相端之间，并将反相输入端接地。用示波器测得电路的同相输入端（V+）和输出端（Vo）电压波形。对简单集成运放波形测试的结果与传递函数分析结果完全一致，通过示波器对输入，输出波形的观测，直观的反映出运放同相输入端和反相输入端与输出端之间的相位关系。功率放大电路在电子电路中，人们对电压放大器的主要要求是使负载取得不失真的电压信号，其考核的主要指标是电压放大倍数，输入和输出电阻等，对输出功率大体没有较高要求

17、。而功率放大器则不同，对它的主要要求是具有必然的不失真（或失真较小）的输出功率，一般是在大信号下工作，因此着重要解决好输出功率大，效率高和非线性失真之间的矛盾。以下别离对双电源和单电源互补对称功放电路进行仿真分析。1.6.1双电源互补对称（OCL）功放电路 图为采用双电源的互补对称功放电路（也称OCL电路），调节函数发生器，令输入正弦波电压Vi峰值为10V，频率为1kHz图中D1，D2和RW为T1，T2提供适当静态偏置，克服由晶体管门坎电压造成的交越失真。用示波器同时观察输入，输出波形，敲击R键，调节RW的大小，改变T1，T2的偏置电压，直至消除交越失真为止。敲击A键，改变开关S1的通断，能够

18、观察到交越失真现象。1.6.2单电源互补对称（OTL）功放电路图为一带自举电路的单电源互补对称功放电路（也称OTL电路），按图连接好电路以后，敲击R键，调节RW2使K点直流电位为1/2VCC。调节函数发生器使输入正弦电压（Vi）峰值10mV，频率为1kHz。用示波器同时观察输入（VA），输出（VB）电压波形，敲击W键，调节RW1能够克服交越失真。图中电阻R与电容C组成自举电路，用来提高输出电压正半周的峰值。可同通过电容C断开与接入时输出电压正半周的转变来观察自举电路的作用。用示波器测得单电源互补对称功放电路输入（VA），输出（VB）工作电压波形。与上一个波形相较，可见，单电源互补对称功放电路与

19、双电源功放电路相较，输出电压正，负两半周对称性稍差。 负反馈放大器 图为一分立元件组成的两级共射放大电路，电路引入交流电压串联负反馈，反馈网络由REF，RF和CF组成。通过开关SO的通断，控制反馈网络的接入与断开。开关S1的通断，控制着负载电阻（RL）的接入与通断。以下通过对该电路的仿真分析，验证负反馈的大体理论，并进一步加深对这些大体理论的理解。 电路的反馈系数：FV=1.测量开环电压放大倍数敲击C键，将开关SO断开，输入正弦电压（VI）峰值为20MV，频率为1KHZ。用示波器测量输入，输出电压的峰值VO（将示波器面板展开，拖曳读数指针读取）。2.测量闭电压放大倍数敲击C键，将开关S0闭合，

20、将输入电压幅值调整为200MV，重复上述进程，测得引入反馈后的输入，输出电压波形。3.测量反馈放大器开环时的输出电阻在放大器开环时通过敲击B键，控制开关S1的断开与闭合。打开数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，别离测得负载开路时输出电压和负载接入时输出电压，并算出RO4.测量反馈放大器闭环时的输出电阻在放大器闭环工作时通过敲击B键，控制开关S1的断开与闭合。打开数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，别离测得负载开路时输出电压和负载接入时输出电压，并算出RO5. 测量反馈放大器开环时的频率响应令放大器工作在开环状态，选择EWB分析菜单中的交流频率分析项，将交流频率分析设置对话框中扫描的起始和终

21、止频率别离设置为1HZ和1GHZ，扫描形式选择十进制，显示点数按缺省设置，纵向标度选择线性，选择节点8作输出节点。按仿真键后，取得反馈放大器开环频率响应曲线。6. 测量反馈放大器闭环时的频率响应令放大器工作在闭环状态，选择EWB分析菜单中的交流频率分析项，对话框参数设置与开环时的设置相同。按仿真键后，取得放大器闭环频率响应曲线。7 观察引入负反馈和无反馈对放大器非线性失真的改善在有负反馈和无反馈两种情形下，别离增加输入正弦信号电压的幅值，是输出电压峰值均达到左右，对比有，无负反馈情形下的输出波形，可看到引入负反馈后，非线性失真取得明显改善（波形正，负两半周的对称性明显提高）。 RC正弦波振荡电

22、路 RC正弦波振荡主要讨论以下电路：二极管稳幅的RC桥式振荡器，RC移相式振荡器，场效应管稳幅的桥式振荡器和RC双T反馈式振荡器，只要按图示元件参数连接好电路，将仪器库中的示波器连接到振荡器的输出端VO，打开电源开关，即可观察到振荡器的输出正弦电压波形，通过这些电路，咱们能够对RC振荡器的振荡条件，起振进程，稳幅办法和选频网络的选频特性等做较深切研究。另外，还能够由示波器测出电路的振荡周期和振荡频率，然后与理论值加以比较，从而加深对大体理论的理解。1.8.1二极管稳幅的RC桥式振荡器 图是一个二极管稳幅的RC桥式振荡电路，电路中R1，R2，C1，C2组成R，C串，并联选频网络。咱们第一对选频网

23、络进行选频特性分析，在EWB主界面内重建选频网络电路如图所示。规定好电路的输入，输出节点，用仪器库的函数发生器在输入端加交流正弦电压（Vi幅值为5V，频率为10KHz。选择分析菜单中交流频率分析项分析选频网络后得幅频响应和相频响应曲线。 振荡电路中二极管D1，D2组成稳幅环节，调节R4可观察幅度条件改变对振荡的影响。控制开关S1的通，断（或通断电源）可由示波器观察振荡器起振与稳幅进程。1.8.2场效应管稳幅的RC桥式振荡器 图为一采用处效应管稳幅的RC桥式振荡器，在此电路中，由Q1，R3，R6组成稳幅环节。C3，R5，R7，R4，D1各元件组成输出电压负半波整流滤波电路，为N沟道结型场效应管Q

24、1提供一可调的直流负偏压，以调整场效应管的沟道电阻。 当电路连接完毕进行仿真实验时，可先调R5使Q1的栅偏压为零（栅极接地），再调整R6使电路产生振荡（现在输出电压波形失真较严峻），现在再调节R5增加Q1的栅极负偏压值，输出电压波形失真会取得明显改善，直到满意为止。 电路的起振与稳幅进程说明如下：电路起振时，输出电压为零，二极管D1截止，Q1栅偏压为零，沟道电阻小，放大器电压放大倍数大，因为电路知足振荡条件，所以输出电压波形幅值将由零开始急剧增大。随着输出电压幅值的增大，二极管D1导通，Q1的负栅压伴随着输出电压幅值增大而增大。受不断增大的负栅压影响，Q1的沟道电阻也在不断增大，与此同时受Q1

25、沟道电阻增大的影响放大器的电压放大倍数也在不断减小。若是R6和R5参数调整适合，在输出电压峰值产生非线性失真之前，电路的环路放大倍数：AF由大于1减小到等于1。现在输出电压稳固，整个振荡电路的起振与稳幅进程结束。1.8.3 RC移相式振荡器 RC移相式正弦振荡如图所示，该电路是由反相放大器与三节RC移相网络组成，因为未采取稳幅办法，所以输出波形顶部有明显的非线性失真。要知足振荡相位条件，要求RC移相网络完成180度相移。因为一节RC移相网络的极限为90度。因此，必需采用三节（或三节以上）RC移相网络，才能实现180度相移。1.8.4 RC双T反馈式振荡器 图为一RC双T反馈式振荡器，其中C1，

26、C2，C3，R3，R4，R5组成双T负反馈网络（完成选频作用）。电路中两稳压管Dz1,Dz2具有稳幅的功能，用来改善输出波形。 咱们第一对双T负反馈网络的选频特性进行分析，在EWB主界面内重建双T网络电路如图所示。规定好电路的输入，输出节点，用仪器库的函数发生器在输入端加交流正弦电压（VI的幅值为5V，频率为10KHZ）。以节点8为输出端。选择分析菜单中交流频率分析项分析双T网络后得幅频响应和相频响应曲线。1.9 LC正弦波振荡器 LC振荡器主要用来产生高频正弦信号。振荡器的选频网络是由电感和电容组成，一般可分为变压器反馈式和三点式等类型。1.9.1 LC并联谐振回路的选频特性 LC并联谐振回

27、路决定了 LC振荡器的振荡频率，下面通过交流频率分析，说明LC并联谐振行贿的选频特性。 在EWB主界面内搭建一LC并联谐振测试电路如图所示，在信号源库内选择正弦交流电压源做其鼓励信号，选择分析菜单中的交流频率分析项，在交流频率分析参数设置对话框中设置扫描的起始与终止频率别离为200HZ和1GHZ，扫描形式为十进制，显示点数为缺省设置，纵向尺度为线性，分析输出为节点1。点击仿真按钮取得交流频率仿真结果。1.9.2 变压器反馈式LC振荡器 在EWB主界面内搭建变压器反馈式振荡电路如图所示，变压器T1作反馈元件，其二次绕组与电容C1组成并联谐振选频网络。将变压器的电感量设置为，电容C1的容量设置为。

28、反馈量由二次绕组抽头引入共基极放大器的输入端，能够减小放大器输入阻抗对LC并联谐振回路品质因数（Q）值的影响。 选择分析菜单中的直流工作点分析项，对振荡电路静态情形进行分析，分析结果表明放大器工作正常。1.9.3 三点式LC振荡器 图为一三点式LC正弦波振荡器，分析如下：（1）判断该电路属何种类型三点式电路（2）用分析菜单中的直流工作点分析项分析电路的静态工作点。（3）用仪器库中的示波器测量电路的振荡频率。（4）通过理论分析求得电路的振荡频率并与实测值进行比较。1.10 运算放大器组成的信号运算电路1.10.1 反相较例运算电路 在EWB主界面内搭建反相较例运算电路如图所示，将输入直流电压源设

29、定为1V，在显示器件库内选择电压表接于输出端（接点2）。电路连接完毕，将电源开关闭合，电路运算结果即显示于电压表内（本例内输出电压为10V）。 运算关系：VO=（R1/R2）*V1=10V1=10V，反相较例系数为10。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源设置V1，输出端设置为节点2，点仿真按钮后，取得传递函数分析结果。1.10.2 同相较例运算电路 同相较例运算电路如图所示。运算关系式：VO=（1+R3/R2）*V1=11V1=11V，同相较例系数为11。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源设置V1，输出端设置为节点

30、4，点仿真按钮后，取得传递函数分析结果。1.10.3 加法运算电路 加法运算电路如图所示。 运算关系式：VO=（R3/R1）*V1+（R3/R2）*V2=（5）V1+（4）V2=7V。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源别离设置为V1和V2，输出端设置为节点1，点两次仿真按钮后，取得传递函数分析结果。1.10.4 减法运算电路 电路如图所示。 运算关系式：VO=（R1+R4/R1）*（R3/R2+R3）（R4/R1）*V1=5V25V1=5V。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源别离设置为V1和V2，输出端设置为节点1

31、，点两次仿真按钮后，取得传递函数分析结果。1.10.5 积分运算电路 电路如图所示。 敲击B键，拨动开关S2，令积分电路输入端接1V直流电压。敲击D键，通过开关S1的通，断，在示波器上观察积分进程。 积分关系式：VO=V1/RC*t。 设置函数发生器输出（频率5HZ，占空比50%，幅度1V）持续方波电压，拨动开关S2，将方波输入积分器，由示波器同时观察积分器的输入（VA）和输出(VB)电压波形。由图可知，积分器能够将持续的方波信号电压转换为持续的三角波电压。1.10.6 微分运算电路 微分电路如图所示。 将函数发生器设置为持续方波（频率5HZ，占空比50%，幅度1V）输出方式，将其连接到微分器的输入端。由示波器同时观察积分器的输入（VA）和输出(VB)电压波形。由图可知，积分器能够将持续的方波转换为正负相间的持续尖脉冲。1.10.7 仪用测量放大器 图所示电路，是一个具有高输入阻抗，低输出阻抗的仪用测量放大器。 理论分析得： 大体运算关系式为：VO=（R4/R3）*（1+2R2/R1）*（V2V1）=110（V2V1） 放大倍数（传递函数）：AV=VO/（V2V1）=110