模拟电子技术课程

  电流负反馈偏置的共发射极放大电路仿真实验报告

           学号：  王海洋               姓名：  5090309560             

一、        本仿真实验的目的

1.       研究在电流负反馈偏置的共发射极放大电路中各个电路元件参数与电路中电压增益A_us=v_o/v_s、输入电阻R_i、输出电阻R_o以及低频截止频率f_L的关系；

2.       进一步理解三极管的特性以及电流负反馈偏置的共发射极放大电路的工作原理；

3.       进一步熟悉Multisim软件的使用方法。

二、        仿真电路

                   图1  电流负反馈偏置的共发射极放大电路

        注：在此电路中，三极管为BJT-NPN-VRTUAL*，设置参数为BF=100，RB=100Ω（即设置晶体管参数为β=100，r_bb’=100Ω）。

三、        仿真内容

1.       计算电路的电压增益A_us=v_o/v_s,输入电阻R_i及输出电阻R_o；

2.       研究耦合电容、旁路电容对低频截止频率f_L的影响：

1)        令C₂，C_E足够大，计算由C₁引起的低频截止频率f_L1；

2)        令C₁，C_E足够大，计算由C₂引起的低频截止频率f_L2；

3)        令C₁，C₂足够大，计算由C_E引起的低频截止频率f_L3；

4)        同时考虑C₁，C₂，C_E时的低频截止频率f_L；

3.       采用图1所示的电路结构，使用上述给定的晶体管参数，设R_L=3kΩ，R_S=100Ω,设计其它电路元件参数，满足下列要求：A_us≥40，f_L≤80Hz。

四、        仿真结果

1.       计算电路的电压增益A_us=v_o/v_s,输入电阻R_i及输出电阻R_o；

仿真电路如图2所示：

                                  图2

       测量结果如下所示：

1)        Vs有效值为5mv，频率为60Hz：

测得A_us=-29.2，R_i=5.60kΩ，R_o=3.35 kΩ。

2)        Vs有效值为5mv，频率为100Hz：

测得A_us=-43.5，R_i=3.89kΩ，R_o=3.33kΩ。

3)        Vs有效值为5mv，频率为1kHz：

测得A_us=-76.1，R_i=2.27kΩ，R_o=3.31kΩ。

4)        Vs有效值为5mv，频率为1kHz：

测得A_us=-77.1，R_i=2.25kΩ，R_o=3.30kΩ。

测量数据归纳如表1所示：

             表1      不同频率下的电路参数

2.       研究耦合电容、旁路电容对低频截止频率f_L的影响：

1)        令C₂，C_E足够大，计算由C₁引起的低频截止频率f_L1；

仿真电路如图3所示：

                                  图3

令C2=CE=5F， 输入电压为1mv。

当f=1Mhz时Vo=0.071v，因此当f=f_L时Vo=0.0502v。经电路仿真，当f=19.5Hz时，Vo=0.0502v。因此f_L =19.5Hz。

2)        令C₁，C_E足够大，计算由C₂引起的低频截止频率f_L2；

仿真电路如图4所示：

                              图4

令C1=CE=5F ，输入电压为5mv。

当f=1Mhz时Vo=0.358v，因此当f=f_L时Vo=0.253v。经电路仿真，当f=5.7Hz时，Vo=0.253v。因此f_L=5.7Hz。

3)        令C₁，C₂足够大，计算由C_E引起的低频截止频率f_L3；

仿真电路如图5所示：

                                  图5

令C1=C2=5F ，输入电压为5mv。

当f=1Mhz时Vo=0.353v，因此当f=f_L时Vo=0.250v。经电路仿真，当f=118Hz时，Vo=0.250v。因此f_L=118Hz。

4)        同时考虑C₁，C₂，C_E时的低频截止频率f_L；

仿真电路如图6所示：

                                     图6

 原始电路基础上，输入电压为5mv。

当f=1Mhz时Vo=0.354v，因此当f=f_L时Vo=0.250v。经电路仿真，当f=135Hz时，Vo=0.250v。因此f_L=135Hz。

3.       采用图1所示的电路结构，使用上述给定的晶体管参数，设R_L=3kΩ，R_S=100Ω,设计其它电路元件参数，满足下列要求：A_us≥40，f_L≤80Hz。

仿真电路如图7所示：

                                     图7

           令C1=Ce=1F，Rb1=100KΩ，Rb2=40kΩ，输入电压为5mv。

当f=1Mhz时输出电压为0.534v，此时输入电压为4.644mv，因此A_us =115；

当f=f_L时Vo=0.377v。经电路仿真，当f=7.5Hz时，Vo=0.377v。因此f_L=7.5Hz。

                                                                         

五、        结论及体会

1.       实验结果分析

1)      在电流负反馈偏置的共发射极放大电路中，电路中电压增益A_us=v_o/v_s、输电阻R_i、输出电阻R_o以及低频截止频率f_L由各个电路元件（电阻、电容等）参数决定；

2)      在其他条件相同时，信号源频率增大时，电路中电压增益数值|A_us|增大、输电阻R_i、输出电阻R_o减小；

3)      电路中三个电容均影响截止频率，切Ce影响最大。

2.       仿真中遇到的问题以及解决方法

1)      在起初设计电路时，由于要求三极管参数β=100，r_bb’=100Ω，不知何种三极管满足以上要求，后经上网查询，得知可以选择三极管为BJT-NPN-VRTUAL*，在自己将参数设置为BF=100，RB=100Ω，问题得到解决；

2)      在做实验内容1时，起初给信号源分别加5mv、20mv、100mv电压，发现所得放大倍数不同，怀疑产生失真，但不知如何检验失真，后想到用示波器显示输出波形，问题得到解决。

3.       使用Multisim的体会

这是我第二次使用Multisim。第一次使用是在上学期照着实验书一步一步做的，这次不是，没有书指导如何使用Multisim，起初想在网上下一个使用教程，但后来发现没有必要，因为我发现这个软件设计的比较人性化，人们比较容易掌握其使用方法。

我觉得Multisim这个软件主要有以下优点：

1)      基本器件库较全，如电源、电阻、三极管等等不仅有，而且有很多的种类；

2)      比较符合现实，我发现很多电路元件是可以自己制定其运行情况的（如可以吧三极管设置成漏电等）这样在实际中更具有实用性。

3)      仿真结果与现实很接近。

我也发现这个软件的一些不足之处，不如说象那种封装的器件（如芯片等较少），此外它所含有的器件大多数是不能够自己设计、改动的。

总之，我认为这个软件的产生真的是人类的一个伟大进步。首先我很佩服最初有这种想法的人，通过软件模拟实际电路；其次我也很佩服设计这个软件的人，他们不仅要掌握编程能力，还要熟悉各种电路器件的功能特性。这个软件真的具有很强的实用性，不仅可以把实验室搬到家，还能够使我们进一步加深对电路元件的理解。

第二篇：三.电压—频率转换电路实验报告——MultiSim仿真

电压/频率转换电路

一、设计任务与要求

①将输入的直流电压转换成与之对应的频率信号。

二、方案设计与论证

电压-频率转换电路（VFC）的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。通常，它的输出是矩形波。

方案一、电荷平衡式电路：

如图所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图。

　　电路组成：积分器和滞回比较器，S为电子开关，受输出电压uO的控制。

　　设uI<0，；

　　uO的高电平为UOH，uO的低电平为UOL；

　　当uO=UOH时，S闭合，当uO=UOL时，S断开。

　　当uO=UOL时，S断开，积分器对输入电流iI积分，且iI=uI/R，uO1随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，从UOL跃变为UOH，使S闭合，积分器对恒流源电流I与iI的差值积分，且I与iI的差值近似为I，uO1随时间下降；因为，所以uO1下降速度远大于其上升速度；当uO1减小到一定数值时，uO从UOH跃变为UOL回到初态，电路重复上述过程，产生自激振荡，波形如图(b)所示。

　　由于T1>>T2，振荡周期T≈T1。uI数值愈大，T1愈小，振荡频率f愈高，因此实现了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。

　　电荷平衡式电路：电流源I对电容C在很短时间内放电的电荷量等于iI在较长时间内充电的电荷量。

方案二、复位式电路：

电路组成：

　　复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示，电路由积分器和单限比较器组成，S为模拟电路开关，可由三极管或场效应管组成。

　　工作原理：

　　设输出电压uO为高电平UOH时S断开，uO为低电平UOL时S闭合。当电源接通后，由于电容C上电压为零，即uO1=0，使uO=UOH，S断开，积分器对uI积分，uO1逐渐减小；一旦uO1过基准电压UREF，uO将从UOH跃变为UOL，导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0，从而uO将从UOL跃变为UOH，；S又断开，重复上述过程，电路产生自激振荡，波形如图（b）所示。uI愈大，uO1从零变化到UREF所需时间愈短，振荡频率也就愈高

比较两方案可知，电荷平衡式电路的满刻度输出频率高，线性误差小，精度高，且电路简单、元器件较常见、能容易获得。故采用方案一—电荷平衡式电路。

三、单元电路设计与参数计算

（一）积分器

积分电路的输入电压Ui和输出电压Uo的波形。由于τ>>tp，电容缓慢充电，其上的电压在整个脉冲持续时间内缓慢增长，当还未增长到趋于稳定值时，脉冲已告终止（t=t1）。以后电容经电阻缓慢放电，电容上电压也缓慢衰减。在输出端输出一个锯齿波电压。时间常数τ越大，充放电越是缓慢，所得锯齿波电压的线性也就越好。

从波形上看，u2是对 u1积分的结果。因此这种电路称为积分电路。在脉冲电路中，可应用积分电路把矩形脉冲变换为锯齿波电压，作扫描等用。

积分电路如图所示:

 

其中R f 是为了防止集成运放饱和。

运算关系： u o = ? 1 /R C ∫ u i d t

设置 R = 10 k Ω ， C = 1 μF

当输入为阶跃信号时，输出电压波形如图所示：

（二）滞回比较器

1）电路结构：

滞回比较器电路见图所示。

它是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端。 由电路有输出电压Uo=±Uz。

2）工作原理及传输特性

    当输入电压U_I从零逐渐增大，且U≤+U_T时，U_o =+ Uz，+U_T称为上限阀值电平。

                

    当输入电压Ui=+U_T，Uo = - Uz。--U_T称为下限阀值电平。

                 

当Ui逐渐减小，且Ui= --U_T以前，Uo始终等于- Uz，因此出现了如图所示的滞回特性曲线：

回差电压：

           

3）特点及应用

    抗干扰能力较强。一般用于波形的形成和变换。

四、总原理图

电压—频率转换电路

五.仿真结果:

六、结论与心得

(一)实验结论

直流电源：

(1）桥式整流电路由四只二极管组成，保证了在变压器副边电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。

(2）电容滤波电路是利用电容的充放电作用，使输出的电压趋与平滑。

(3）在稳压管稳压电路中，只能使稳压管工作在稳压区，输出电压才能得到基本稳定。

电荷平衡式电压-频率转换电路：

(1）电荷平衡式电压-频率转换电路是由积分器和滞回比较器组成的电路。

(2）通过该电路能够实现电压-频率的转换。

(3）在输出波形不失真的范围内，f与是成正比的关系，f随的增大而增大。

(二)心得

通过此电压-频率转换电路设计，加强了我对课程的理解，对其应用有了一定的认识，提高了我们综合运用知识的能以及分析问题、解决问题的能力。一方面，它加深与巩固了所学的各章节的理论，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力；另一方面，培养了我们对专业知识学习的兴趣。