1、会计学1Multisim应用实例应用实例图5-1 例5.1原理图例5.1 共射晶体管放大电路，如图5-1所示，要求：1）判断输出波形是否失真？2）如何改善波形失真？3）测试其fL和fH。放大电路设计与分析第1页/共92页图5-2 瞬态分析结果输出波形已经失真第2页/共92页图5-3 加入反馈电阻R62）如何改善波形失真？?第3页/共92页图5-4 参数扫描设置对话框如何确定反馈电阻R6的阻值？可对R6进行参数扫描分析第4页/共92页图5-5 参数扫描结果R6=400比较输出波形，选择R6为400欧第5页/共92页3）如何测试fL和fH？加上电阻R6前后分别进行交流分析，测试节点为2，其他设置默
2、认，可分别得幅频和相频特性曲线如图；可对比加电阻R6前后的幅频和相频特性曲线，看出其通频带的变化；第6页/共92页图5-6 未加R6时的幅频、相频特性曲线fL为1.34kHzfH为1.14MHz第7页/共92页图5-7 加上R6后的幅频、相频特性曲线fL为16HzfH为18MHz加上负反馈电阻R6后，不仅消除了波形失真，同时明显展宽了频带。第8页/共92页图5-8 多级交流放大器使用集成运算放大器LM124AJ组成具有深度负反馈的交流放大器，如图5-8所示。分析其幅频特性和放大能力，指出fL和fH。第9页/共92页该电路属于LM124AJ的典型应用，第一级LM124AJ的Gain=1+R2/R
3、110，第二级LM124AJ的Gain=1+R4/R6=101，因此该电路的中频电压放大倍数约为1000。其设计指标为：中频电压放大倍数A=1000电路理论分析：输入电阻Ri=20k第10页/共92页取标称值，C1=C2=1 、C3=5.7通频带f=fH-fL，设其中：fL20Hz，fH10kHz 据此可估算出电路中C1、C2、C3的取值第11页/共92页图5-9 例5.2示波器窗口启动仿真：得输入输出的信号，可估算出放大倍数约为1000倍第12页/共92页图5-10 例5.2交流频率分析进行交流频率分析可得其fL的值约为13Hz、fH的值约为19KHz第13页/共92页图5-11 例5.3差
4、动放大电路第14页/共92页理论分析：221012()(1.50.5)2.01RkVVVRk仿真分析：输出波形，幅值为2V第15页/共92页例5.4 用集成运放设计一个实现Vo=0.2Vi的电路。分析：按照设计要求，Vo=0.2Vi，因此可采用两级反相比例运放电路，第一级实现Auf1=-0.2，第二级实现Auf2=-1，从而实现Auf=0.2。设计电路如图5-13所示。第16页/共92页图5-13 例5.4电路原理图由电路可估算：第17页/共92页图5-14 例5.4仿真结果通过瞬态分析仿真，得到输出波形如图5-14所示。通过测试可以发现Vo=0.2Vi。输出波形第18页/共92页图5-17
5、例5.6电路原理图例5.6 如图5-17，是一个方波和锯齿波产生电路。测试其周期，如果使其周期可调，该如何处理？第19页/共92页 在该电路中，运放U1和电阻R1、R3、R5等构成了一个滞回比较器;其中R3、R5将Vo1反馈到运放U1的同相输入端，与零电位比较，实现状态的转换。同时R3还将Vo反馈到运放U1的同相输入端，作为滞回比较器的 输入，构成闭环。第20页/共92页滞回比较器UREF 为参考电压；输出电压 uO 为+UZ 或-UZ；uI 为输入电压。当 u+=u-时，输出电压的状态发生跳变。OF22REFF2FuRRRURRRu 比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。+UZu
6、IuO-UZOUT-UT+第21页/共92页若 uO=UZ，当 uI 逐渐减小时，使 uO 由 UZ 跳变为 UZ 所需的门限电平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差(门限宽度)UT：ZF22TTT2URRRUUU 若 uO=UZ，当 uI 逐渐增大时，使 uO 由+UZ 跳变为-UZ 所需的门限电平 UT+ZF22REFF2FTURRRURRRU 第22页/共92页 作用：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。抗干扰能力强。第23页/共92页运放U2和电阻R4、电容C1等构成反相积分电路，通过对Vo1的积分运算，输出三角波。其周期T为：T=4R1*R3*C/R40.4
7、ms改变它，可调整输出信号频率第24页/共92页图5-18 例5.6结果(左图为Vo1，右图为Vo)检查电路无误后，启动仿真，双击示波器，打开其显示窗口。结果如图5-18所示。输出波形测得周期为4ms如果将电阻R3换成一个变阻器，则可调整其周期！第25页/共92页第26页/共92页第27页/共92页第28页/共92页首先根据该滤波电路截止频率为100Hz，可选取低通滤波器的RC的值；分析：012fRC若选取R16k，则可算出C0.1uF第29页/共92页图5-22 例5.8电路然后，加上运放，组成有源二阶低通滤波器电路，如图：根据运放电路的参数，则可算出：2150111.682upRAR 20
8、lg4.1upAdB第30页/共92页运行仿真分析：得输入信号V1和输出信号V0的波形图说明输入信号通过了该滤波器，并被放大；并从中可以测试到Vo=1.6Vi第31页/共92页从波特图仪上可以观察到当20lgAup从4.1dB下降到1dB左右时，其f0约为100Hz，理论值基本相同，达到设计要求。图5-24 波特图仪显示结果第32页/共92页 若将信号源的频率分别修改为200Hz 和1MHz，再次启动仿真，其输出电压有何变化？200Hz1KHz第33页/共92页适当修改参数R1、R2、R3、R4和C1、C2，观察通带电压放大倍数和通带截止频率的变化？增大C1、C2或R3、R4，截止频率减小增大
9、R1输出波形幅度增大如果R1太大，输出会？比较有源低通滤波器和无源低通滤波器的带负载？第34页/共92页1.输出功率要足够大 oooUIP 2.效率要高%100EoPPPo为信号输出功率,PE是直流电源向电路提供的功率。3.非线性失真要小 为使输出功率大,功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件,在大信号工作状态下,器件本身的非线性问题十分突出,因此,输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。特 点 第35页/共92页功率放大电路有三种工作状态(1)甲类工作状态静态工作点 Q 大致在负载线的中点。三极管的工作角度为360度。tiCQOOiCuCE(1)甲类工作状态这
10、种工作状态下，放大电路的最高效率为 50%。第36页/共92页(2)甲乙类工作状态(3)乙类工作状态tiCQOOiCuCE(2)甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE(3)乙类工作状态 静态工作点 Q 沿负载线下移，静态管耗减小，但产生了失真。三极管的导通角度大于180度小于360度。静态工作点下移到 IC 0 处，管耗更小，但输出波形只剩半波了。第37页/共92页图5-25 乙类互补对称功放电路例5.9 乙类互补对称功放电路如图5-25所示。要求观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。工作原理？第38页/共92页输出波形从中可以发现输出信号的波形有明显的交越失真。当输入信号较小时，达不到三极
11、管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，即交越失真。其失真原因运行仿真：输入波形第39页/共92页其失真范围如何呢？下面进行直流扫描分析，以便确定其交越失真的范围。直流扫描分析：Simulate/Analysis/DC Sweep在Output variables标签中，选定节点1作为测试节点，其他项默认。设置StartValue和Stop value的值分别为-5V和5V设置Increment为0.1V第40页/共92页图5-27 例5.9直流扫描分析结果可以发现其失真范围为-775.0000mV666.6667mV。第41页/共92页图5-28 例5.9最大
12、输出电压测试结果如何判断其最大电压输出范围？打开直流扫描分析设置窗口，设置其Start value和Stop value的值分别为-20V和20V，然后进行直流扫描分析，结果如图5-28所示；其最大电压输出范围为-11.5000V12.5000V。第42页/共92页图5-29改进后的电路甲乙类互补对称功放电路电路原理分析第43页/共92页图5-30 例5.10输出波形观察输出波形，如图所示，可以发现已经没有交越失真仍然观察其输出波形，并判断其最大电压输出范围。第44页/共92页Simulate/Analysis/DCSweep，直流扫描设置：设置Start value和Stop value的值
13、分别为-10V和10V，设置Increment为0.1V，在Output variables标签页，选定节点5作为测试点，其他项默认。其最大电压输出范围为-5V5V。第45页/共92页直流电源的组成图 直流电源的组成电网电压电源变压器整流电路滤波器稳压电路负载第46页/共92页一、单相整流电路tU sin22LRU2222U22U优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。整流电路第47页/共92页二、单相全波整流电路全波整流电路22U222U第48页/共92页三、单相桥式整流电路22UL22RU22U22UL22RU第49页/共92页滤波电路一、电容滤波电路适用于负载
14、电流较小的场合。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：2O(AV)2.1 UU 脉动系数 S 约为 10%20%。2)53(LTCR 当当第50页/共92页二、RC-型滤波电路输出直流电压为：O(AV)LLO(AV)URRRU 脉动系数 S 约为：SRRCS )/(1L2 适用于负载电流较小的场合。第51页/共92页三、电感滤波电路和 LC 滤波电路一、电感滤波器适用于负载电流比较大的场合。二、LC 滤波器输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9.0 UUU 脉动系数 S：SLCS 21 适用于各种场合。图 图 第52页/共92页串联型直流稳压电路一、电路组成和工作原理采样电路：R1、R2、R3
15、；放大电路：A；基准电压：由 VDZ 提供；调整管：VT；稳压过程：UI 或 IL UO UF UId UBE ICUCEUO第53页/共92页二、输出电压的调节范围由于 U+=U，UF=UZ，所以O32132FZURRRRRUU 当 R2 的滑动端调至最上端时，UO 为最小值Z32321OURRRRRU Z32321OminURRRRRU 当 R2 的滑动端调至最下端时，UO 为最大值，Z3321OmaxURRRRU 则：串联型直流稳压电路第54页/共92页例5.11分析下面的直流电源，负载为1k。第55页/共92页图5-33 滤波前后的波形图5-34 负载上的电流图5-34 负载上的电压第
16、56页/共92页如何减小纹波系数？通过参数扫描分析设定分析时间为0.05s需要选择一个合适的电容可见电容取值大于350F时，纹波就已经比较小设定C的变化范围：50uF650uF第57页/共92页串联型直流稳压电源其电压调节范围？稳压效果怎样？第58页/共92页例5.12 针对与非门电路74LS00D，分析与非门的特性，加深对各参数意义的理解。逻辑门电路基础74LS00D是一种有四个二输入端与非门的芯片，其外部特性参数有：输出电平、开门电平、关门电平、扇出系数、平均传输延时和空载功耗等。第59页/共92页图5-37 VoH测试电路创建电路后，启动仿真，进行各种参数测试：（1）VoH测试第60页/
17、共92页 VoH测试结果得到VoH为5.0V，大于标准高电平2.4V，并且有100ns的输出延迟。第61页/共92页图5-39 VoL测试电路 创建测试电路，如图5-39所示，启动仿真后，测试结果为VoL=0V，小于标准低电平0.4V。(2)测试输出低电平VoL图5-40 VoL测试结果第62页/共92页图5-41 测试Iis电路图5-42 万用表显示窗口创建电路如图5-41所示。启动仿真后，万用表读数显示如图5-42所示，其值为0。即Iis=0A(由于仿真误差，因此Iis的实际值不可能为0)，远小于规定的1.6mA。(3)测试输入短路电流Iis第63页/共92页图5-43 测试扇出系数创建电
18、路如图5-43所示,启动仿真后,毫安表显示最大允许负载电流IOL=5.545mA，而前面测试得到Iis的值为0，可见No=IOL/Iis的值大于8。(4)测试扇出系数No测得最大允许负载电流IOL=5.545mA第64页/共92页图5-44 半加器电路第65页/共92页信号发生器XFG3，设定方波频率为20Hz，幅值为5V；信号发生器XFG1，设定方波频率为10Hz，幅值为5V。节点7输出其本位和，节点4输出其进位，表达式为：电路中使用两个指示灯和两个三极管分别构成的两个基本放大电路，作为电平指示电路。修改参数：电路分析：第66页/共92页指示灯X1(表示输入A)指示灯X2(表示输入B)LED
19、2(表示和S)LED1(表示进位C)NNNNYNYNNYYNYYNY表5.4 电平指示器件闪亮情况表 检查电路无误后，启动仿真。观察并记录电平显示情况如表5.4所示。仿真分析：第67页/共92页图5-45 A、B、S、C点波形图可以在示波器看到如图所示的A点、B点、S点和C点的波形。输入A输入B和S进位C第68页/共92页第69页/共92页555定时器是一种集成电路，因集成电路内部含有三个5k电阻而得名。利用555定时器可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。第70页/共92页1.电路组成CC32VCC31V输出缓冲+VCCuOTD5 k5 k5 kRQ&1uD第71页/共92页2.
20、基本功能+VCCuOTD5 k5 k5 kRQ&1uD0UOL饱和2VCC/3 111UOLVCC/3 饱和VCC/3 不变不变2VCC/32Vcc/3，触发器自动翻转。第82页/共92页74R5CO6THU18230截止T饱和导通后，电容C2开始放电，Uc开始缓慢下降。回到了暂稳态I101100当UcVcc/3时，触发器又自动翻转。001101第83页/共92页可用示波器查看其输出波形；仿真分析：UcT2=0.7(R1+R2)C振荡周期：占空比：12122RRRR第84页/共92页图5-48 例5.15简易门铃电路第85页/共92页电容C3充电时间为：T1=0.7(R1+R2+R3)C电容放
21、电时间为：T2=0.7(R1+R2)C电路振荡周期和频率为：T=T1+T2=0.7(2R1+2R2+R3)C f1.43/(2R1+2R2+R3)输出波形占空比q为 q=T1/T=(R1+R2+R3)/(2R1+2R2+R3)该电路是一个利用555定时器构成的多谐波振荡器，它能在输出端产生矩形脉冲波，从而驱动蜂鸣器。理论计算：第86页/共92页仿真分析：修改蜂鸣器属性，使其电压值Voltage为1V；按空格键打开开关，接通电路，蜂鸣器鸣叫；再按一次空格键，开关断开，蜂鸣器停止鸣叫。启动仿真：第87页/共92页(a)触发信号(b)输出信号(c)蜂鸣器输入信号图5-49 信号波形示波器可得各信号波形，如图：第88页/共92页二极管桥型调幅电路仿真结果第89页/共92页包络检波电路第90页/共92页仿真结果第91页/共92页
