信号放大器的设计基于Multisim的电路仿真.docx
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信号放大器的设计基于Multisim的电路仿真
模拟电子技术实验
《信号放大器的设计》
班级:
姓名:
指导老师:
2013年12月10日至12日
1.实验目的
(1)掌握分立或集成运算放大器的工作原理及其应用。
(2)掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。
(4)通过实验培养学生的市场素质,工艺素质,自主学习的能力,分析问题解决问题的能力以及团队精神。
(5)通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验,掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法
2.实验任务和要求
实验任务
1)已知条件:
信号放大电路由“输入电路”、“差分放大电路”、“两级负反馈放大电路”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。
图2-1信号放大器的系统框图
2)性能指标:
a)输入信号直接利用RC正弦波振荡电路产生。
b) 前置放大器:
输入信号:
Uid ≤ 10 mV
输入阻抗:
Ri ≥ 100 k。
c) 功率放大器:
最大不失真输出功率:
Pomax≥1W
负载阻抗:
RL= 8; 电源电压:
+ 5 V,+ 12V,- 12V
d) 输出功率连续可调
直流输出电压 ≤ 50 mV
静态电源电流 ≤ 100 mA
实验要求
1)选取单元电路及元件
根据设计要求和已知条件,确定信号产生电路、前置放大电路、功率放大电路的方案,计算和选取单元电路的原件参数。
2)前置放大电路的组装与调试测量前置放大电路的差模电压增益AU、共模电压增益AUc、共模抑制比KCMR、带宽BW、输入电压Ri等各项技术指标,并与设计要求值进行比较。
3)有源带通滤波器电路的组装与调试
测量有缘带通滤波器电路的差模电压增益AUd、带通BW,并与设计要求进行比较。
4)功率放大电路的组装与调试
功率放大电路的最大不失真输出功率Po,max、电源供给功率PDC、输出效率η、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。
5)整体电路的联调
6)应用Multisim软件对电路进行仿真分析。
选用元器件
电容电阻若干、双踪示波器1个、信号发生器一个、交流毫伏表1个、数字万用表等仪器、晶体三极管2N39061个,2N2222A5个,2N22222个,2N39042个,1N30641个。
3、实验内容
1、总电路图
(一) 实验总体电路图
图3-1总体电路图
(二) 各部分电路图
1、信号产生电路
直接利用RC正弦波振荡器产生正弦波信号作为输入信号。
图3-2RC正弦波振荡电路图
图3-3RC正弦震荡产生的波形图
仿真数据:
F=1kHZ
T1
UB
(V)
UE
(V)
UC
(V)
IC
(MA)
UO
(V)
T2
UB
V)
UE
(V)
UC
(V)
IC
(MA)
实测数据:
F=
T1
UB
(V)
UE
(V)
UC
(V)
IC
(MA)
UO
(V)
T2
UB
V)
UE
(V)
UC
(V)
IC
(MA)
(二)前置放大电路方案:
前置放大电路由两级负反馈放大器、差分放大电路组成。
在典型情况下,有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏,而共模的噪声高达几伏,所以放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要。
因此,前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的的小信号放大电路。
1、差动放大器:
差动放大器它对差模信号无负反馈作用,因而不影响差模电压放大倍数,但对共模信号有较强的负反馈作用,故可以有效地抑制零漂,稳定静态工作点。
1.调节放大器零点
把开关S1和S2闭合,S3打在最左端,启动仿真,调节滑动变阻器的阻值,使得万用表的数据为0(尽量接近0,如果不好调节,可以减小滑动变阻器的Increment值),填表一:
仿真值:
Ui=R串=430KUo=mvAV=
仿真值
S3在左端
Q1
Q2
R9
C(v)
B(v)
E(v)
C(v)
B(v)
E(v)
U(v)
S3在第二
12
实测值:
:
Ui=R串=430KUo=AV=
测量值
S3在左端
Q1
Q2
R9
C(v)
B(v)
E(v)
C(v)
B(v)
E(v)
U(v)
S3在第二
2、带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
1.调节信号发生器处(震荡产生的正弦波)的大小,使输出端10在开环情况下输出不失真。
2.启动直流工作点分析,记录数据,填入下表
仿真值:
三极管Q1
三极管Q2
Vb(v)
Vc(v)
Ve(v)
Vb(v)
Vc(v)
Ve(v)
有反馈
Ui
Uo
Av
无反馈
Ui
Uo
Av
实测值:
三极管Q1
三极管Q2
Vb(v)
Vc(v)
Ve(v)
Vb(v)
Vc(v)
Ve(v)
有反馈
Ui
Uo
Av
36
无反馈
Ui
Uo
Av
5.负反馈对失真的改善
1、在开环情况下适当加大Vi的大小,使其输出失真,记录波形
2、闭合开关S1,并记录波形
(三)功率放大器电路方案
功率放大器的主要作用是向负荷提供功率,要求输出功率尽可能大,转换效率尽可能高,非线性失真尽可能小。
这里我们采用OTL功率放大电路。
电路原理图如下:
1.静态工作点的调整
分别调整R4和R1滑动变阻器器,使得万用表XMM2和XMM3的数据分别为5---10mA和,然后测试各级静态工作点填入下表:
仿真值:
Ic1=Ic3=mA,Ui=Uo=Av=
Q1
Q2
Q3
Ub(v)
Uc(v)
5
Ue(v)
0
0
实测值:
Ic1=Ic3=mA,Ui=VUo=Av=
Q1
Q2
Q3
Ub(v)
Uc(v)
Ue(v)
2.最大不失真输出功率理想情况下,
,在实验中可通过测量RL两端的电压有效值,来求得实际的
。
仿真值:
POM=%
实测值:
POM=%
3.效率η
,
:
直流电源供给的平均功率。
理想情况下,
。
在实验中,可测量电源供给的平均电流
,从而求得
,负载上的交流功率已用上述方法求出,因而也就可以计算实际效率了。
仿真值:
%
实测值:
η=%
(四)综合测量方案
1、测量系统电路的输入输出电阻以及通频带
测量值:
输入电阻486KΩ
输出电阻Ω
仿真值:
输入电阻687KΩ
输出电阻Ω
测量值:
通频带~239KHZ
仿真值:
通频带112HZ~210KHZ
2、输入输出波形
该信号放大器的前置电路中包含差分放大电路、两级负反馈放大电路,这些电路可以组成理想运放,比较理想运放电路中信号同相输入与反相输入输出波形特点。
同相输入输出波形仿真图
同相输入输出波形实物图:
反相输入输出波形仿真图:
反相输入输出波形实物图:
(五)实物图
(六)仿真结果
1、输入信号为10mv、500mv、6v时的输入输出波形图
2、RC正弦波震荡产生的信号经过放大电路后最终输出波形图
3,仿真测量
4,通频带的测量仿真图
f=204khz时的输出波形
f=210khz时的输出波形
f=118hz时的输出波形
f=112hz时的输出波形
4实验结果分析
通过比较测量数据与仿真数据,发现实际测量的数据与仿真值误差较大,达到%。
为减小误差,可以在RC正弦波震荡产生电路2N2222的输出端接入一个100K的滑动变阻器,通过调节滑动变阻器,使输出电压维持在2mv左右。
利用振荡器产生的信号直接作为输入信号时,仿真结果中有些输出波形失真,主要是因为震荡产生的波形不稳定造成,如果直接使用信号发生器输入信号,则无明显失真。
通过测量发现该信号放大电路的输入电阻很大而输出电阻很小,因此采用理想运放电路可以减小
综上,通过我们组的成员共同努力,本实验设计圆满完成,达到实验要求。
5设计总结
这次实验内容的自我学习和实验任务的自我实践设计,不但激发了我们自己学习和理解知识的热情,而且给我们树立起了自觉应用自身的知识理论转化能力的意识。
总结整个实际过程,我们学到了一些东西:
1、在整个实际过程中我们总结的方法是逐层调试的方法。
比如在这个设计过程中我们必须先确保RC正弦波震荡电路产生的波形不失真,然后将信号送入差分放大电路、负反馈放大电路以及功率放大电路逐层调试,确保每一级的不失真。
2、分别对各个模块的功能进行仿真处理,与期望进行对比分析,找出不符合的地方回到上一步进行参数的调整,使得仿真结果最终符合设计的要求。
3、从大体上对电路图进行进一步优化,使得结构更加清晰明了。
4、对整个过程遇到的问题进行反思考虑总结,以避免下次犯同样的错误。
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- 信号 放大器 设计 基于 Multisim 电路 仿真
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