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系统仿真
电子系统仿真
题目名称:
系统仿真课程设计
姓名:
班级:
学号:
日期:
仿真一共发射极单管分压偏置放大电路设计
1、画出单管分压偏置电路原理图
2、交直流分析
A.“直流分析”,分析并记录三个状态时的静态工作点
1)在节点1和节点4之间接入一万用表,测量VCEQ,如图所示。
2)调节Rw,当VCEQ等于6V时,电路工作在放大区时,静态工作点为:
3)继续调节Rw,当VCEQ接近于12V时,电路工作在截止区,静态工作点:
4)继续调节Rw,当VCEQ很小接近于0时,电路处于截止状态,静态工作点如下:
B.对三个工作状态,进行“交流分析”,记录截至、放大、饱和状态时的波形,并分别记录三个状态时的可变电阻值
1)当Rw=10kΩ时,从下图可以看出输出特性曲线底端出现了失真,这种失真为饱和失真,输入输出波形及管压降VCEQ值如下右图所示。
2)当Rw=500kΩ时,从下左图可以看出输出特性曲线顶端出现了失真,这种失真为截止失真,输入输出波形及管压降VCEQ值如下右图所示。
(注:
紫色的波形为输出波形可以观察到顶部的弧度比底部的弧度要小,因为软件自身的原因结果不是很明显)
3)当Rw=54Khom,电路处于放大区.如下右图为放大区时的VCEQ的值。
5.进行“直流扫描”,观察“集电极”电压随电源VCC的影响。
参数设置:
仿真结果:
6.用示波器观察并记录放大时的波形,测输入电压和输出电压的峰值,计算电压增益;
示波器测得,输入电压峰值为Vi=9.98mV,输出电压的峰值是Vo=-1.024V,因此电压增益约为:
Av=Vo/Vi≈-102
7.用电压表测输入和输出电压,计算电压增益,与操作6)中的增益比较
万用表测输入电压Ui为:
输出电压Uo为:
由此算的电压增益为:
Av=Vo/Vi=708.491/7.071≈100.2
与仿真结果基本接近。
也可由公式:
计算增益。
8.根据输入电阻和输出电阻的定义,测量Ri和Ro;
一、输入电阻
a.测Us
信号源的有效电压值Us为10/1.414=7.07Mv.
b.测Ui
在信号源旁串接一阻值为5千欧姆的电阻作为信号源内阻Rs,则输入电压Ui经测量得为:
输入电阻公式:
Ri=[Ui/(Us-Ui)]*R(这里R=5Kohm),带入Us和Ui可以计算得到Ri=2.78Khom.
二、输出电阻
通过测量放大电路有负载时的输出电压VL和负载开路时的输出电压VO,并利用公式
来计算输出电阻。
a.空载时,输出电压Uo为:
b.带负载RL时,输出电压UL为:
输出电阻由上述公式计算的Ro=2.47Kohm.因为R’o≥Rc,所以Ro≈Rc=2.4kΩ。
可见,仿真测量计算与理论值的结果基本符合。
9.用“波特图仪”测上限频率和下限频率,计算带宽
波特图仪测得中频段频率为:
波特图仪测得上限截止频率fH为:
下限截止频率fL为:
带宽为:
B=18.433Mhz-225.967Hz=18.43MHz.
10.用“交流分析”,分析上限频率和下限频率,计算带宽
仿真结果如下:
频带宽:
B=X2-X1=18.594Mhz-229.945Hz=18.59MHz
11.输入为方波时,用“傅立叶分析”分析输出信号的频谱结构。
仿真结果如下:
12.对三极管进行“参数扫描”,分析0℃,20℃,50℃对输出电压的影响
仿真结果:
13.改变可变电阻,测电路的失真度
当电路工作在放大区时,电路的失真度
当电路工作在饱和区,失真度为:
当电路工作在截止区,失真度为:
14.分析电路的噪声系数
仿真结果:
15.对电路进行最坏情况分析
仿真结果:
16.输出元器件清单列表
17.输出网络表文件
输出的网络表文件如下:
18.生成PCB板
(注:
因为软件原因,生成PCB图无法打开)
19将“共发射极单管分压偏置放大电路”创建成子电路
仿真如下:
20.结论
通过本次课程设计,我掌握了共发射极单管分压偏置放大电路的原理。
由此得出以下结论:
当三极管的ICBO、β、VBEQ等参数将发生变化,导致工作点偏移。
温度升高时,三极管穿透电流ICEO= (1+β)ICBO将大幅度增加,使ICQ增大。
实验中可以看出,共射级分压式偏置电路能使ICQ的增大受到抑制,自动稳定工作点。
仿真二共发射极单管分压偏置中反馈的分析
一、目的:
分析上述电路中的反馈的组态;测量放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、幅频特性曲线、温度对稳定度的影响、与“设计一”中的参数进行比较,得出该反馈对电路的影响。
二、要求:
(1)改变可变电阻使电路工作在放大区,要求IEQ=1.5mA
在三极管射级端串接一万用表,调到直流电流档,改变可调电阻值,当阻值为Rw=200*34%=68Khom时,万用表测得Ieq=1.476mA.如图所示
(2)分析有旁路电容CE和无旁路电容CE时各参数的变化
A.电压增益;
B.输入电阻和输出电阻;
C.带宽
A.电压增益分析:
1)当有旁路电容时
万用表测得输入电压Ui为:
输出电压Uo为:
电压增益为:
Av=Uo/Ui=595.7/7.07=84.26
2)当无旁路电容时
万用表测得输出电压为:
输入电压Ui为:
电压增益为:
Av=Uo/Ui=10.979/7.071=1.55
由上面的结果,可以得出结论,有旁路电容的电压增益远远大于无旁路电容的增益。
B.输入电阻和输出电阻分析
1)有旁路电容时
输入电阻
Us和Ui测量结果如下:
UsUi
由公式Ri=[Ui/(Us-Ui)]*Rs算得输入电阻
Ri=3.30Khom
输出电阻
带载电压UL和空载电压Uo分别为:
ULUo
有公式:
Ro=(Uo/UL-1)*RL=2.35Kohm.
2)无旁路电容时的
输入电阻
Us和Ui的测量结果如下:
UsUi
输入电阻为:
Ri=[5.317/(7.071-5.317)]*5K=15.16Kohm
输出电阻
Uo和UL测量结果如下:
ULUo
由上述公式算得输出电阻为:
Ro=2.4Kohm.
C.带宽分析
1)有旁路电容
上限频率为:
下限频率为:
带宽为:
B=33.97MHz-122.618HZ=33.97MHz
2)无旁路电阻时
上限频率fH为:
下限频率fL为:
通频带为:
B=fH-fL≈235.405MHz=2.553Hz=235.4MHz.
3.分析0℃,20℃,50℃对输出电压的影响
仿真结果如下:
三、结论
用瞬时极性法分析的电路为串联负反馈,反馈电容从RL反向端引出,所以是电流反馈,有上述仿真结果可以得出结论:
与 Re 并联的旁路电容 Ce可以减少信号的损耗,使放大器的交流信号放大能力不致因Re 而降低,降低了输入电阻,增大了输出电阻。
同时降低了通频带。
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