第9章模拟电子技术仿真实验.ppt

模拟电子技术实验,第9章 模拟电子技术仿真实验,实验9-1 单级放大电路实验9-2 负反馈放大电路实验9-3 集成运算放大电路实验9-4 直流稳压电源,实验9-1 单级放大电路,一、实验目的(1)掌握单级放大电路静态工作点的测量方法及工作点的调整方法。(2)掌握放大电路的电压放大倍数的测量方法。(3)理解静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。,实验9-1 单级放大电路,二、预习要求(1)复习教材中有关单级放大电路的内容。(2)计算图9.1的静态工作点电压、电流。(3)学会用Multisim 2001分析电路的静态工作点、增益等。,实验9-1 单级放大电路,三、实验原理 共射极放大电路既有电压增益，又有电流增益，是一种广泛应用的放大电路。图9.1为分压式偏置共射放大电路，其静态工作点主要由VB电位决定，调节RW可改变VB电位值，从而改变放大电路的静态工作点。静态工作点不能调得太高或太低，当输入信号超过了工作点电压时，输出电压将会产生饱和失真或截止失真。,实验9-1 单级放大电路,图9.1 静态工作点测试电路,实验9-1 单级放大电路,输入信号在晶体管的发射结加了变化电压，于是使晶体管基极电流发生变化，由于晶体管的电流放大作用，基极电流变化被放大了倍后成为集电极电流的变化，集电极电流流过负载电阻，在负载上就能得到比输入信号大得多的输出信号。,实验9-1 单级放大电路,四、实验内容1调整和分析放大电路静态工作点进入仿真图9.1，按键盘上字母键A，依次调节Rw的百分比，记录各电压、电流表的值，并计算值相应填入表9-1中。,表9-1 放大电路静态工作点调整与分析,实验9-1 单级放大电路,2电压放大倍数分析(1)进入仿真电路9.2，设置输入信号源的幅度为VS=100mV，频率为1kHz。(2)双击示波器，分别将Time base区块Scale字段栏的水平扫描周期及Channel A、Channel B区块Scale字段栏的垂直刻度调节到合适的位置。(3)打开仿真开关，在输出端波形不失真的情况下，按表9-2所列测试条件进行测试Vi、Vo的值，并计算放大电路的增益Au=Vo/Vi。,实验9-1 单级放大电路,图9.2 分压式偏置共射放大电路,实验9-1 单级放大电路,表9-2 电压放大倍数比较分析,实验9-1 单级放大电路,3静态工作点对输出波形影响进入仿真图9.2，设置Vs=100mV，f=1kHz。调节Rw分别为5%、20%和90%，打开示波器，显示输出波形，并完成表9-3。,表9-3 静态工作点对输出波形影响,实验9-1 单级放大电路,4测量输入电阻进入仿真电路9.3，设置Rw为70%，打开仿真开关，测得Vi、Ii，计算Ri=Vi/Ii的值。,图9.3 测量输入电阻电路,实验9-1 单级放大电路,5测量输出电阻进入仿真电路9.4，调节Rw为70%，打开仿真开关，测出Vo、Io，计算Ro=Vo/Io的值。,图9.4 测量输出电阻电路,实验9-1 单级放大电路,五、实验报告(1)计算静态工作点值，与仿真结果进行比较分析。(2)改变RW的百分比，对静态工作点、输出波形结果进行分析。(3)分析负载电阻对放大增益的影响。(4)分析分压式偏置共射放大电路输入电阻、输出电阻的特性。,实验9-1 单级放大电路,六、思考题(1)静态工作点与输出波形有什么关系?(2)输入信号的大小与输出波形有什么关系?,实验9-2 负反馈放大电路,一、实验目的(1)掌握负反馈对放大电路输出信号的影响。(2)掌握负反馈对放大电路通频带的影响和对非线性失真的改善。(3)了解负反馈对放大电路输入电阻和输出电阻的影响。,实验9-2 负反馈放大电路,二、预习要求(1)预习负反馈放大电路相关知识，了解在放大电路中引入负反馈对放大电路输出信号以及输入/输出电阻的影响。考虑如何引入负反馈来改善放大电路的通频带。(2)熟练掌握仿真软件Multisim 2001的使用。,实验9-2 负反馈放大电路,三、实验原理放大电路引入负反馈主要用来提高放大电路的质量指标。例如稳定直流工作点、稳定放大量、减小非线性失真和扩展放大电路的通频带等。一般根据反馈方式的不同，通常可分为电压串联型、电压并联型、电流串联型和电流并联型四种。下面以图9.5电压串联型负反馈电路为例分析负反馈对放大电路的影响。,实验9-2 负反馈放大电路,实验电路如图9.5所示，晶体管Q1、Q2组成两级共射放大，Rf、R5引入电压串联负反馈。,图9.5 电压串联型负反馈电路,实验9-2 负反馈放大电路,四、实验内容1电压增益分析进入仿真图9.5，设置信号源V=5mV，f=1kHz，Rwl取50%，Rw2取50%。测量并调整各参数，选择合适的工作点。自拟表格，将各参数填入表中。打开仿真开关，按键盘空格键改变开关J2选择有无负反馈，按C键改变J1选择负载RL，将输入、输出信号参数填入表9-4中，并计算电压增益Au值(Au=Uo/Ui)。,表9-4 电压增益比较分析,实验9-2 负反馈放大电路,2负反馈对非线性失真的改善(1)进入仿真图9.5，双击信号源，将电压值调整为20mV。(2)闭合J1(接入RL)，断开J2(不加负反馈)。打开仿真开关，用示波器观察输入/输出波形。(3)闭合J2引入负反馈。打开仿真开关，观察到输入/输出波形。,实验9-2 负反馈放大电路,3负反馈对放大器频率的影响进入仿真电路9.6，按C键(扳动开关J1)，改变其状态，分别测量不接负反馈与接入负反馈时电路的幅频特性。并记录各上、下限频率和幅值。,实验9-2 负反馈放大电路,图9.6 负反馈对放大器频率的影响,实验9-2 负反馈放大电路,五、实验报告(1)根据仿真实验结果，分析负反馈对放大电路增益的影响，写出分析结论。(2)根据负反馈对非线性失真的改善的仿真结果，写出分析结论。(3)根据负反馈对放大器频率的影响的仿真结果，写出分析结论。,实验9-2 负反馈放大电路,六、思考题(1)改变负反馈电阻Rf，分析图9.5电路增益的变化。(2)分析电源电压波动10%对负反馈增益的影响。,实验9-3 集成运算放大电路,一、实验目的(1)掌握由集成运算放大电路构成的比例运算、加法运算、减法运算、微分运算和积分运算的电路结构。(2)掌握集成运算放大电路的测量方法。(3)了解微分运算、积分运算电路的波形变换原理。,实验9-3 集成运算放大电路,二、预习要求(1)认真复习集成运算放大电路的有关内容，以及本实验中实验原理部分。(2)根据实验内容，计算各电路的实验数据。(3)进一步熟练掌握仿真软件Multisim 2001的使用。,实验9-3 集成运算放大电路,三实验原理1理想运算放大电路的特性(1)开环电压放大倍数Au。(2)输入电阻Ri，输出电阻Ro0。(3)失调与漂移为零。(4)带宽BW。,实验9-3 集成运算放大电路,2理想运算放大电路在线性区中的重要特性(1)由于Au，则有u+=u-，理想运算放大电路的两个输入端之间的电位相等，可看作短路，但并不是真正的短路，因此称为“虚短”。(2)由于Ri，则有i+=i-=0，即流入理想运算放大电路两个输入端的电流视为零，可看作开路，但并不是真正的开路，因此称为“虚断”。,实验9-3 集成运算放大电路,3比例运算电路1)反相比例运算电路图9.7为反相比例运算电路，Rf构成反馈网络，由理想运算放大电路的“虚短”、“虚断”可知，此电路的电压放大倍数Au=-Rf/R1。2)同相比例运算电路图9.8为同相比例运算电路，与反相比例运算电路分析相似，利用理想运算放大电路的“虚短”、“虚断”可知，Au=1+Rf/R1。,实验9-3 集成运算放大电路,图9.7 反相比例运算电路,实验9-3 集成运算放大电路,图9.8 同相比例运算电路,实验9-3 集成运算放大电路,4加法和减法电路1)加法运算电路图9.9为加法运算电路。在输入端(此处为反相输入)输入两个信号Vi1、Vi2，由理想运算放大电路的“虚短”、“虚断”可知，此电路的输出电压与输入电压的关系为,(9-1),实验9-3 集成运算放大电路,2)减法运算电路图9.10为减法运算电路。在同相与反相输入端输入两个信号Vi1、Vi2，由运算放大电路的“虚短”、“虚断”可知，当R1=R2、R3=Rf时，此电路的输出电压与输入电压的关系为,(9-2),实验9-3 集成运算放大电路,图9.9 加法运算电路,实验9-3 集成运算放大电路,图9.10 减法运算电路,实验9-3 集成运算放大电路,5积分和微分运算电路1)积分运算电路图9.11为积分运算电路。积分电路完成输入信号的积分运算，电路的输出电压与输入电压的关系为,(9-3),实验9-3 集成运算放大电路,2)微分运算电路图9.12为微分运算电路。微分电路是积分电路的逆运算，将积分电路中的R和C互换，可组成微分电路。电路的输出电压与输入电压的关系为,(9-4),实验9-3 集成运算放大电路,图9.11 积分运算电路,实验9-3 集成运算放大电路,图9.12 微分运算电路,实验9-3 集成运算放大电路,四、实验内容(1)进入仿真电路如图9.7、图9.8所示，设置信号发生器XFG1的信号频率为1kHz，幅度为1V，开启仿真开关，读出输出电压值，并与理论值进行比较。(2)进入仿真电路如图9.9所示，设置信号发生器XFG1、XFG2的频率为1kHz，电压幅度分别为50mV、30mV，开启仿真开关，测出输出的电压值，并与理论值进行比较。(3)进入仿真电路如图9.10所示，设置信号发生器XFG1、XFG2的频率为1kHz，电压幅度分别为1V、2V，开启仿真开关，测出输出的电压值，并与理论值进行比较。,实验9-3 集成运算放大电路,(4)进入仿真电路如图9.11所示，设置信号发生器产生频率为100Hz，信号幅度为5V的矩形波，用示波器观察输入/输出波形。改变电阻的参数，观察输出波形的变化。(5)进入仿真电路如图9.12所示，设置信号发生器产生频率为100Hz，信号幅度为5V的矩形波，用示波器观察输入/输出波形。改变电阻的参数，观察输出波形的变化。,实验9-3 集成运算放大电路,五、实验报告(1)对各运算电路进行理论计算。(2)用仿真软件对反相运算电路、同相运算电路、加法运算电路、减法运算电路、积分运算电路和微分运算电路进行仿真，并与理论值进行比较。(3)改变反相运算电路、同相运算电路、加法运算电路、减法运算电路的输入信号参数，并进行仿真，自拟表格将各参数填入表中。(4)写出各电路的仿真结果分析。,实验9-3 集成运算放大电路,六、思考题(1)当积分电路输入直流信号时，输出会出现什么情况？(2)当积分电路输入交流信号时，输出会出现什么情况？,实验9-4 直流稳压电源,一、实验目的(1)掌握整流、滤波与稳压电路的工作原理。(2)掌握稳压电源电路主要性能指标及其测试方法。,实验9-4 直流稳压电源,二、预习要求(1)复习整流、滤波与稳压电路的工作原理。(2)熟悉其主要指标的意义及测量方法。,实验9-4 直流稳压电源,三、实验原理电子仪器和设备都用直流电源供电，而通常电网所供给的都是交流电。要将交流电变换成直流电最简单方法就是通过整流滤波电路进行变换。图9.13为简单的直流稳压电源电路。,图9.13 简单的直流稳压电源电路,实验9-4 直流稳压电源,1整流电路整流是把交流电变换成直流电的过程，它的基本原理是利用二极管的单向导电特性，将交流电转变成单相的脉动电。一般可分为半波、全波、桥式整流电路。桥式整流电路的输入电压与输出电压的关系为,(9-5),实验9-4 直流稳压电源,2滤波电路整流电路的输出电压包含一定的直流成分，须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。对于负载电流不太大的情况，常用电容滤波。其输出直流电压范围为,(9-6),实验9-4 直流稳压电源,3稳压电路为了得到高稳定度的电源，必须在整流滤波电路后面加入稳压电路来稳定输出电压。在本实验中用三端集成块LM7812CT进行稳压。,实验9-4 直流稳压电源,四、实验内容与步骤1观察变压器的输出波形在工作区内画出如图9.13所示的仿真电路，打开仿真开关，用示波器观察输入正弦波电压，将整流桥断开，用示波器测量变压器两端的波形，并记录电压值V2。2观察桥式整流的输出波形打开开关J1(单击“空格”键，改变开关状态)，断开滤波电路，用示波器观察桥式整流输出波形并记录电压值V3。,实验9-4 直流稳压电源,3观察桥式整流滤波的输出波形闭合开关J1，连接滤波电路，用示波器观察桥式整流滤波VC波形，并记录电压值VC。4测量稳压输出端电压将示波器接到稳压块的输出端，观察其波形，并记录电压值Vo。,实验9-4 直流稳压电源,五、实验报告(1)计算V3、VC的电压值。(2)自拟实验表格，将实验的测试记录填入表中。(3)对测试结果进行分析。,实验9-4 直流稳压电源,六、思考题(1)将桥式整流中一个二极管开路，会出现什么情况？(2)将负载电阻RL改为10，输出波形将会有何变化？,