課程設計---基于multisim10的電子電路設計與仿真

1、<p><b>　　電子技術課程設計</b></p><p><b>　　實驗報告</b></p><p>　　基于Multisim10的電子電路設計與仿真</p><p>　　1 乙類推挽功率放大電路</p><p><b>　　1.1 實驗目的</b></p

2、><p>　　1.熟悉Multisim10軟件的使用</p><p>　　2.觀察乙類推挽功放輸出波形的交越失真,學會消除交越失真的方法。</p><p>　　3.掌握乙類推挽功放Q點的調試和最大不失真輸出電壓的測量。</p><p><b>　　1.2 實驗設備</b></p><p>　　雙蹤示波

3、器、函數信號發(fā)生器、毫伏表、萬用表</p><p><b>　　1.3 實驗步驟</b></p><p>　　a、按照圖1連接電路</p><p>　　b、調節(jié)電位器Rp2的百分比為0；開啟仿真，用按鍵調節(jié)Rp1的百分比，使電壓表指示在6V左右，即電路中“M”點電壓為電源電壓的一半。</p><p>　　c、關閉仿真開關

4、，刪除電壓表；從虛擬儀器中調出虛擬函數信號發(fā)生器和示波器，按圖2連接電路，將信號發(fā)生器設置成1KHz，10mV的正弦信號；開啟仿真，觀察輸出正弦波存在的交越失真現象。</p><p>　　d、逐漸增大電位器Rp2的百分比，觀察輸出波形幅度和交越失真隨Rp2變化的情況。</p><p>　　e、逐漸增大輸入信號的幅度，直至輸出波形幅度最大且不失真，在示波器上讀出輸入波形和輸出波形的幅度。&l

5、t;/p><p>　　圖1-1 步驟a、b</p><p><b>　　圖1-2 步驟c</b></p><p><b>　　圖1-3 步驟d</b></p><p><b>　　圖1-4 步驟e</b></p><p>　　1.4 數據分析處理</p

6、><p>　　根據圖1計算該乙類功放電路的最大不失真輸出電壓幅度：</p><p>　　UomM=Vcc’-Uces≈Vcc’=6V</p><p>　　2、通過仿真實驗，測量出的最大不失真輸出電壓幅度約為2.73V。</p><p>　　簡述交越失真產生的原因及消除的方法：</p><p>　　產生原因：BJT輸入特性的

7、非線性，即BJT的Je結的正偏電壓小于閾值電壓，管內幾乎沒有基級電流；兩管工作在乙類狀態(tài)，即每當輸入電壓過零前后，有段時間兩管的、和輸出端的、均為0。</p><p>　　消除方法：調節(jié)電位器Rp2的百分比和輸入信號的幅度,即將靜態(tài)工作點稍高于截止點，使放大器工作在甲乙類放大狀態(tài)。 </p><p>　　2 多種波形發(fā)生器設計</p><p><b>　　

8、2.1 設計要求</b></p><p>　　設計能產生方波、三角波和正弦波等多種波形信號輸出的波形發(fā)生器。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　?。?）輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz ~20KHz連續(xù)可調；</p><p>　?。?）正弦波幅度±10V，失真度小于

9、1.5%；</p><p>　?。?）方波幅度±10V；</p><p>　?。?）三角波峰-峰值20V；</p><p>　?。?）各種輸出波形的幅度均連續(xù)可調；</p><p>　?。?）設計電路所需的直流電源。</p><p><b>　　2.2 設計思路</b></p>

10、;<p>　　1、輸出方波：利用輸入端的RC自激振蕩電路，反相輸入遲滯電路而形成，反相輸入端增加一個電位器以調節(jié)頻率。輸出電路利用一個10V雙向穩(wěn)壓管接地來穩(wěn)幅。在輸出端加一個電位器調節(jié)輸出幅度。</p><p>　　2、輸出三角波：以方波為輸入信號，輸入到積分電路。同時為了提高三角波的負載能力并且減少方波頻率對三角波幅值的影響，將積分電路的輸出反饋給滯回比較器的輸入。通過改變方波的頻率改變三角波的

11、頻率。在電路中串聯(lián)一個電位器調節(jié)輸出幅度。</p><p>　　3、輸出正弦波：實際是一個一階反相輸入的低通濾波器。在積分電路中的電容上并聯(lián)一個電阻來降低通帶放大倍數。在電路中串聯(lián)一個電位器調節(jié)輸出幅度。</p><p>　　將上述三種波形輸出電路按一定順序連接，分別輸出相應波形，總體設計結構框圖如圖2-1。</p><p>　　圖2-1 總體設計結構示意框圖<

12、;/p><p><b>　　2.3 原理說明</b></p><p>　　2.3.1 方波發(fā)生電路</p><p>　　實驗電路及方波輸出波形如圖1-2所示，其中雙向穩(wěn)壓管電壓為10V。電路由遲滯型電壓比較器和RC延遲網路構成，圖中和元件組成具有延遲作用的反饋網絡，電容器上的電壓就是反饋電壓，雙向穩(wěn)壓管對輸出電壓進行限幅，是其限流電阻。</p

13、><p>　　圖2-2 方波發(fā)生電路及輸出方波波形</p><p>　　電路通過RC充放電實現輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓，則同相輸入端電位。通過對電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，趨于；但是，一旦，再稍增大，從躍變?yōu)?，與此同時從躍變?yōu)?。隨后，又通過對電容C反向充電。隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，趨于；但是，一旦，再減小，就從躍變?yōu)椋?/p>

14、從躍變?yōu)?，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩，便形成了方波信號輸出。</p><p>　　通過調節(jié)改變上端的電位進而改變輸出方波的頻率，通過電位器改變輸出方波的幅度，實現調頻調幅。</p><p>　　2.3.2 方波-三角波轉換電路</p><p>　　方波-三角波轉換實驗電路及三角波波輸出波形如圖2-3所示。</p><

15、p>　　圖2-3 方波-三角波轉換實驗電路及三角波波輸出波形</p><p>　　若a點斷開，運算發(fā)大器A1與R1、R3及R4組成電壓比較器。運放的反相端接基準電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平

16、Vee跳到高電平Vcc。設Uo1=+ Vcc,則 </p><p>　　將上式整理，得比較器翻轉的下門限單位Uia_為</p><p>　　若Uo1=,則比較器翻轉的上門限電位Uia+為 </p><p>　　比較器的門限寬度：

17、 圖2-4 電壓傳輸特性圖</p><p>　　由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性如圖1-4</p><p><b>　　所示。</b></p><p>　　a點斷開后，運放A2與R9、C2及R8組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為： </p><

18、;p><b>　　時，</b></p><p>　　時， </p><p>　　圖2-5 方波-三角波波形關系圖 </p><p>　　可見

19、積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系如圖1-5所示。</p><p>　　比較器與積分器形成閉環(huán)電路，則自動產生方波-三角波。三角波的幅度為：</p><p>　　方波-三角波的頻率f為：</p><p>　　2.3.3 三角波-正弦波轉換電路</p><p>　　圖2-6 三角波-正弦波轉換電路<

20、/p><p>　　轉換電路由一個一階反相輸入的低通濾波器構成，低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過， 但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。其中積分電路中的電容上通過并聯(lián)上一個電阻來降低通帶放大倍數。如圖2-6所示，該例即為一有源低通濾波器，其截止頻率（Hz）定義為：</p><p><b>　　或者（弧度每秒）：</b></p><p>

21、　　通帶增益是 ，由于是一階濾波器，其阻帶滾降速率為每倍頻6dB。</p><p>　　許多情況下，一個簡單的增益或者抑制放大器通過添加電容 C 轉換成低通濾波器。 這樣就減弱了高頻率下的頻率響應，并且避免了放大器內部的震蕩。</p><p><b>　　2.3 總體電路</b></p><p>　　2.3.1 器件選擇以及參數說明</

22、p><p><b>　　方波-三角波部分</b></p><p>　　和元件組成具有延遲作用的反饋網絡，對輸出波形的頻率有直接影響，故我們在實電路的設計過程中選擇了30nf的可變電容和100k 的可變電阻，實際運行時也卻是實現了頻率在1hz到1khz連續(xù)可變的效果。電阻R8的作用是調節(jié)輸出波形的幅度，經過計算，我們選取了阻值為10k的電位器。</p><

23、;p><b>　　三角波-正弦波部分</b></p><p>　　該部分電路元器件選擇的關鍵是組成低通濾波器的電容大小，根據有源低通濾波電路原理及其截至頻率計算式，最終選取了400nf的電容。并聯(lián)電阻用來降低通帶放大倍數，通過運行，多次修改，最后選擇了阻值為50k。</p><p>　　2.3.2 總電路圖以及功能實現</p><p>　

24、　圖2-7 總電路圖以及功能實現</p><p>　　2.4 設計不足和存在問題</p><p>　?。?）設計之初，利用R1進行調頻，調頻范圍很小。改進后，利用電位器R2以及可變電阻C4調節(jié)頻率，頻率能夠很大程度上連續(xù)可調，但是可調頻率范圍是100Hz ~20KHz，沒有達到設計要求的0.02Hz ~20KHz頻率范圍。</p><p>　?。?）正弦波的失真率基

25、本可以控制在5%之內，但是沒有達到實驗設計要求的小于1.5%。</p><p><b>　　3參考文獻</b></p><p>　　[1]成立 楊建寧主編.模擬電子技術[M] 南京：東南大學出版社2010.7</p><p>　　[2]嚴雪萍 蔣彥主編.模擬電子技術實驗教程[M] 北京：化學工業(yè)出版社2011.2</p><

26、p>　　[3]王德杰主編.電子技術實驗與實訓教程[M] 東營：中國石油大學出版社 2010.4</p><p>　　[4]劉建成 嚴婕主編.電子線路實驗教程[M] 北京：氣象出版社 2004.1</p><p>　　[5]康鳳興主編.模擬電路實驗[M] 北京：中央民族大學出版社 1999.12</p><p>　　[6]卓鄭安主編.電路與電子實驗教程及計算機仿