模拟电子电路仿真(很全 很好).docx

模拟电子电路仿真(很全很好)仿真1.1.1共射极基本放大电路按图7.1-1搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项Circuit/SchematicOption中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等。.静态工作点分析选择分析菜单中的直流工作点分析选项Analysis/DCOperatingPoint当然，可以以使用仪器库中的数字多用表直接测量分析结果表明晶体管工作在放大状态。.动态分析用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH)，用示波器观察到输入，输出波形。由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。.参数扫描分析在图.所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻的阻值大小直接决定了静态电流的大小，保持输入信号不变，改变的阻值，能够观察到输出电压波形的失真情况。选择分析菜单中的参数扫描选项Analysis/ParameterSweepAnalysis，在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为，参数为电阻，扫描起始值为，终值为，扫描方式为线性，步长增量为，输出节点，扫描用于暂态分析。.频率响应分析选择分析菜单中的沟通频率分析项Analysis/ACFrequencyAnalysis在沟通频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为Hz，终止频率为GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点做输出节点。由图分析可得：当共射极基本放大电路输入信号电压为幅值mV的变频电压时，电路输出中频电压幅值约为.，中频电压放大倍数约为倍，下限频率为.Hz，上限频率为.MHz，放大器的通频带约为.MHz。由理论分析可得，上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定，输出电阻由集电极电阻限定。1.共集电极基本放大电路射极输出器图.为一共集电极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号幅值为，频率为10kHz采用与共射极基本放大电路一样的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。用示波器测得电路的输出，输入电压波形，选用沟通频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。由图所示共集电极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率为.GHz，下限频率为.Hz，通频带约为.GHz。1.共基极基本放大电路图.为一共基极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kHz)，采用与共射极基本放大电路一样的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。用示波器测得电路的输出，输入电压波形，选用沟通频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。由图所示共基极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率为.Hz，下限频率为.Hz，通频带约为.Hz。1.2场效应管基本放大电路1.2.1共源极放大电路共源极放大电路如图7.2-1所示，Q1选用三端式加强型N沟道绝缘栅场效应管。按图7.2-1在EWB主界面内搭建电路后，双击Q1，出现三端式加强型N-MOSFET参数设置对话框，选模型(Model)项，将库元件设置为默认(default)，理想(ideal)形式，然后点击对话框右侧编辑(Edit)按钮，在Sheet1中将跨导系数(Transconductancecoefficient(KP)设置为0.001A/V。分析共源极放大电路可参照7.1节中共射极放大电路的分析经过进行，可根据图7.2-1电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得AV的理论计算值，然后与仿真实测值进行比拟。1.2.2共漏极放大电路共漏极放大电路如图7.2-2所示，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Q1为理想三端式加强型N沟道绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析经过可参见7.1节中共集电极放大电路的分析经过进行。可根据图7.2-2电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值，然后与仿真实测值进行比拟。1.2.3共栅极放大电路共栅极放大电路如图7.2-3所示，按图在EWB主界面内搭建电路后，选Q1为理想三端式加强型N沟道绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为0.001A/V。电路仿真分析经过可参见7.1节中共基极放大电路的分析经过进行。可根据图7.2-2电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值，然后与仿真实测值进行比拟。1.3场效应管与晶体管组合放大电路场效应管具有输入阻抗高，噪声小等显著特点，但放大能力较弱小，而半导体三极管具有较强的放大能力高和负载能力。若将场效应管与半导体三极管组合使用，就可大大提高和改善放大电路的某些性能指标，扩展场效应管的应用范围。图7.3-1是由场效应管共源极放大电路和晶体管共射极放大电路组成的两极组合放大电路，图中三端式加强型绝缘栅场效应管Q1选用理想模型，将跨导gm设置为0.001A/V，晶体管Q2选用N2222A，其电放逐大系数为255.9。先队该电路进行静态分析，再进行动态分析，频率特性分析以及关键元件的参数扫描分析等。1.静态分析。选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果。2.动态分析。1理论分析。2仿真测试分析。用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为5mV,频率为10kHz)，用示波器测得电路的输出，输入电压。再计算出电路的放大倍数。3.频率特性分析。4.元件参数扫描分析。1.4差动放大电路差动放大电路是模拟集成电路中使用最广泛的单元电路，它几乎是所有集成运放，数据放大器，模拟乘法器，电压比拟器等电路的输入级，又几乎完全决定着这些电路的差模输入特性。共模输入特性，输入失调特性和噪声特性。下面仅对晶体管构成的射极耦合差放和恒流源差放进行仿真分析，对用场效应管构成的差放电路可采用一样方法进行分析。在图7.4-1所示差放电路中,晶体管Q1和Q2的发射极通过开关S1与射极电阻R3和Q3构成的恒流源有选择的连接(通过敲击K键,选择连接点9或11),完成射极耦合差放和恒流源差放两种电路的转换.1.4.1射极耦合差放仿真分析按图7.4-1搭建电路，选择晶体管Q1，Q2和Q3均为2N2222A，电放逐大系数为200。将开关S1和R3相连，构成射极偶合差放电路。1.静态分析。选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果。2.动态分析。1理论分析。2差模输入仿真测试分析。A。用示波器测量差模电压放大倍数，观察波形相位关系。按单端输入方式见图7.4-1用仪器库的函数信号发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为10mV,频率为1kHz)。用示波器测得电路的两输出端输出电压波形。B。差模输入频率响应分析。选择分析菜单中的沟通频率分析项Analysis/ACFrequencyAnalysis，在沟通频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为1Hz，中指频率为10GHz，扫描形式为十进制 (3)，纵向刻度为线性，节点2为输出点。C。差模输入传递函数分析。从EWB信号源库中选择直流电压源并将其设置为0.001V，替代仪器库中的函数发生器，做差放电路的输入信号源，以知足进行传递函数分析时对输入源的要求。射极耦合电路进行差模输入传递函数分析时的电路连接方式如图7.4-5所示。分析方法同上。D。共模输入仿真分析。按共模输入方式见图7.4-8用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号。用示波器测得电路的两输出端输出电压波形。1.4.2恒流源差放仿真分析差放电路引入恒流源替代射极偏置电阻，对差动放大倍数没有影响，主要是为了进一步降低共模放大倍数，提高共模抑制比。因而，这里仅对恒流源差放的共模放大倍数进行仿真分析。对EWB主界面内所建图7.4-1所示电路，通过敲击“K键，将Q1与Q2的射极通过开关S与节点11连接，使其成为恒流源差放电路。调整R6电阻，使恒流源差放的静态电流与射极耦合差放电路性同，便于两者进行比拟。调整函数发生器，使输入正弦波VI的幅值为100，频率为1，输入信号以共模方式接入。示波器接输入电压，接输出电压。最终完成的恒流源差放电路共模放大倍数测试电路如图7.4-10所示。分析方法同上。可见引入恒流源后，差放电路的共模放大倍数大大降低，共模抑制比大大提高，加强了抑制零点漂移的能力。1.5集成运算放大器运算放大器的类型很多，电路也不尽一样，但在电路构造上有共同之处。一般可分为三部分，即差动输入级，电压放大中间级和输出级。输入级一般是有晶体管或场效应管组成的差动式放大电路，利用差放电路的对称性能够提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级主要作用是提高电压放大倍数，它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由射极跟随器或互补射极跟随器组成，主要作用是提高输出功率。图7.5-1是在EWB主界面内搭建的一个简单的集成运算放大器，Q1，Q2组成差动式放大器，信号由双端输入，单端输出。Q3，Q4组成复合管共射极放大电路，以提高整个电路的电压放大倍数。输出极由Q5，Q6组成的两极射极跟随器构成，不仅能够提高带负载能力，而且与R5配合，可使直流电位步步降低，实现输入信号电压Vi为零时，输出电压Vo=0。输入端Vi-运放的反相输入端，Vi+是同相输入端。集成运放的仿真分析：1.静态分析令输入信号电压为零两输入端接地，选择分析菜单中的直流工作点分析项Analysis/DCOperatingPoint，分析结果后，观察输出端Vo节点19直流电位能否为零？若不为零，则调整R5的阻值，使输出端电位为零。3.动态分析1传函数分析将简单集成运放的同相和反相输入端分别接入信号源库中的直流电压源，并将其电压值设置为1mV，其连接方式如图7.5-3所示。A同相输入方式下的传递函数分析选择分析菜单中的传递函数分析项Analysis/TransferFunctionAnalysis，在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V4，分别设置输出端为节点15，10和19。每重设一次仿真按钮Simulate，进行一次传递函数仿真分析。B反相输入方式下的传递函数分析选择分析菜单中的传递函数分析相Analysis/TransferFunctionAnalysis，在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V3，设置输出端为节点19。2工作电压波形测试。A反相输入方式波形测试。按差模单端输入方式，将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦输入信号VI的幅值为2mV，频率为1kHz接在反相与同相端之间，并将同相输入端接地，其连接方式如图7.5-6所示。用示波器测得电路的反相输入端V-和输出端Vo电压波形。B同相输入方式波形测试。按差模单端输入方式，将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦输入信号VI的幅值为2mV，频率为1kHz接在同相与反相端之间，并将反相输入端接地。用示波器测得电路的同相输入端V+和输出端Vo电压波形。对简单集成运放波形测试的结果与传递函数分析结果完全一致，通过示波器对输入，输出波形的观测，直观的反映出运放同相输入端和反相输入端与输出端之间的相位关系。1.6功率放大电路在电子电路中，人们对电压放大器的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，其考核的主要指标是电压放大倍数，输入和输出电阻等，对输出功率基本没有较高要求。而功率放大器则不同，对它的主要要求是具有一定的不失真或失真较小的输出功率，通常是在大信号下工作，因而着重要解决好输出功率大，效率高和非线性失真之间的矛盾。下面分别对双电源和单电源互补对称功放电路进行仿真分析。1.6.1双电源互补对称OCL功放电路图7.6-1为采用双电源的互补对称功放电路也称OCL电路，调节函数发生器，令输入正弦波电压Vi峰值为10V，频率为1kHz图中D1，D2和RW为T1，T2提供适当静态偏置，克制由晶体管门坎电压造成的交越失真。用示波器同时观察输入，输出波形，敲击R键，调节RW的大小，改变T1，T2的偏置电压，直至消除交越失真为止。敲击A键，改变开关S1的通断，能够观察到交越失真现象。1.6.2单电源互补对称OTL功放电路图7.6-4为一带自举电路的单电源互补对称功放电路也称OTL电路，按图连接好电路之后，敲击R键，调节RW2使K点直流电位为1/2VCC。调节函数发生器使输入正弦电压Vi峰值10mV，频率为1kHz。用示波器同时观察输入VA，输出VB电压波形，敲击W键，调节RW1能够克制交越失真。图中电阻R与电容C组成自举电路，用来提高输出电压正半周的峰值。可同通过电容C断开与接入时输出电压正半周的变化来观察自举电路的作用。用示波器测得单电源互补对称功放电路输入VA，输出VB工作电压波形。与上一个波形相比，可见，单电源互补对称功放电路与双电源功放电路相比，输出电压正，负两半周对称性稍差。1.7负反应放大器图7.7-1为一分立元件构成的两级共射放大电路，电路引入沟通电压串联负反应，反应网络由REF，RF和CF组成。通过开关SO的通断，控制反应网络的接入与断开。开关S1的通断，控制着负载电阻RL的接入与通断。下面通过对该电路的仿真分析，验证负反应的基本理论，并进一步加深对这些基本理论的理解。电路的反应系数：FV=0.071.测量开环电压放大倍数敲击C键，将开关SO断开，输入正弦电压VI峰值为20MV，频率为1KHZ。用示波器测量输入，输出电压的峰值VO将示波器面板展开，拖曳读数指针读取。2.测量闭电压放大倍数敲击C键，将开关S0闭合，将输入电压幅值调整为200MV，重复上述经过，测得引入反应后的输入，输出电压波形。3.测量反应放大器开环时的输出电阻在放大器开环时通过敲击B键，控制开关S1的断开与闭合。打开数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压和负载接入时输出电压，并算出RO4.测量反应放大器闭环时的输出电阻在放大器闭环工作时通过敲击B键，控制开关S1的断开与闭合。打开数字多用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压和负载接入时输出电压，并算出RO5.测量反应放大器开环时的频率响应令放大器工作在开环状态，选择EWB分析菜单中的沟通频率分析项，将沟通频率分析设置对话框中扫描的起始和终止频率分别设置为1HZ和1GHZ，扫描形式选择十进制，显示点数按缺省设置，纵向标度选择线性，选择节点8作输出节点。按仿真键后，得到反应放大器开环频率响应曲线。6.测量反应放大器闭环时的频率响应令放大器工作在闭环状态，选择EWB分析菜单中的沟通频率分析项，对话框参数设置与开环时的设置一样。按仿真键后，得到放大器闭环频率响应曲线。