NAＮCHANG UNIVERSITY
课程设计
( 年）
题目：基于Ｍuｌｔisim的反馈电路分析与仿真
学 院: 信息工程学院 系 自动化 专 业: 班 级: 学 号：
学生姓名: 指导教师： 完成日期：
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2．常用组态负反馈放大电路的仿真分析
2.1 电压串联负反馈电路
集成运放采用 741,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中 ,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的 A通道接输入信号 ，B通道接输出信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示。上面 A通道的波形是输入波形;下面 B通道的电流串联负反馈电路波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真
开关打向上边时 ，加入电压串联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示 ，上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ，此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ，减少非线性失真是
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相符合。
2.２电流串联负反馈电路
集成运放采用 ＬM３07H，其中,输入信号 Ｖ１是一个交流电流源信号。示波器的 A通道接输入信号,B通道接输出信号。开关打向下边时 ，没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示。下面 A通道的波形是输入波形；上面 B通道的波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。
开关打向上边时 ,加入电压串联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示 ,下面 Ａ通道的波形是输入波形上面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合的。
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2.3电压并联负反馈电路
集成运放采用 7４１,并用一个开关来控制电路有无负反馈的存在。用示波器来观察反馈时的情况。其中 ,输入信号V1是一个交流电压源信号。示波器的 Ａ通道接输出信号 ,B通道接输入信号。开关打向下边时 ,没有负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图 所示。上面 Ａ通道的波形是输出波形;下面 B通道的波形为输入波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。
开关打向上边时 ,加入电压并联负反
馈 ,输入、 输出的信号波形如图 所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波
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形是输出波形。可以看出 ,此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了 ,减少非线性失真是相符合的。
２.4电流并联负反馈电路
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集成运放采用 ＬＭ307H,其中 ,输入
信号 I 1是一个交流电流源信号。示波器的 Ａ通道接输入信号 ,B通道接输出信号。开关打向左边时 ,没有负反馈 ，输入、输出的信号波形如图所示。上面 A通道的波形是输入波形;下面 B通道的波形为输出波形 ,可以看到 ,此时输出波形已经严重失真。 开关打向右边时 ，加入电流并联负反馈 ,输入、 输出的信号波形如图所示 ,上面 A通道的波形是输入波形 ,下面 B通道的波形是输出波形。可以看出 ，此时输出信号波形没有失真。但输出信号的幅度减小了。与理论上引入负反馈放大倍数降低了是相符合的。
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3．仿真分析负反馈对放大电路的影响
3.1开环闭环的电压放大倍数比较
图1 开环无负载
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图2 开环有负载
图3闭环无负载
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图4 闭环有负载
电路如图所示,用虚拟示波器按下表分别测量输入/输出电压的峰－峰值，记入下表中:
RL RL=无穷大(J2断开) 开环(J１断开) ＲL=2ｋ（J2闭合) RL=无穷大（Ｊ2断开) 闭环(J1闭合) RL=2ｋ(Ｊ２闭合）
2.９9mV 5０mV 16.7 2.99ｍV ２.99mＶ 255ｍＶ 55ｍV ８5.2 1８.3 Vi 2．9９mＶ Vo 4９1mV Au/Ａuf 164.1 --
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3.2开环闭环的输入输出电阻比较
1)输入电阻Ri
ﻩ图５ 开环
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图6 闭环
在输入端串联一个5.1ｋ的电阻，如图所示,并且连接一个万用表,如图连接。启动仿真，记录数据,并填下表。
仿真数据 Vs Vｉ 开环（J1断开） 闭环（J１闭合)
20ｍV 20mV 1５．2mV 15.8mV 计算 Ｒi=Vi*Rs/（Vs-Vi）=１6.6kΩ Rｉf=Vi*Rs／（Vs-Vｉ）=19.２kΩ --
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2)输出电阻Ro
图7 开环有负载测VL
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图8 开环无负载测Vo
图9 闭环有负载测VL
图１0 闭环无负载测Vo
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仿真电路如图所示，先接上负载电阻,测量输出电压VL,再断开负载,测量输出电压VO。 仿真数据 Vo 开环（J1断开） 1.2３Ｖ 2.36V ＶＬ 计算 Ｒ0=（V０-VＬ)＊RＬ/VL=4.68ｋΩ Ｒof= （Ｖ0-VL)*ＲL/ＶL=０．５闭环（J１闭合) 265ｍV ２92mV 1kΩ
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３.3提高放大倍数的稳定性
RL RL=无穷大（J2断开) 开环(J1断开） RL=2ｋ（J2闭合） RL=无穷大（J2断开） 闭环（J1闭合) RL=2k(Ｊ2闭合) 2.9９mV 5０mV 16．7 ２.99mＶ 2.9９ｍV 25５ｍV 55mＶ 85.２ 1８.３ Vi 2．99mV Vo 491mV Au/Aｕf 16４．1
从表中数据可以得出:开环状态下不接负载和接负载放大倍数变化明显,而闭环后负载的变化对放大倍数几乎没有影响，但放大倍数对开环而言明显下降。可见引入复反馈能够提升放大倍数的稳定性,但以降低放大倍数为代价。
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3.４扩展频带
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可以看到 ,加入交流负反馈以后 ,电路的频带宽度明显增加。所以负反馈对频带具有明显的扩展作用。
4.利用虚拟仪器表和仿真分析方法对反馈放大电路的分析
4.1傅里叶分析
设置 Freｑuｅｎcｙ rｅsｏｌutｉoｎ 为１ 00０ Ｈz, 单击Estimａｔe 按钮, 自动设置Stoｐpiｎg timｅ for ｓａmpling。选择Nｏrmaｌize graphｓ, 纵坐标刻度为Deciｂeｌ,选择输出节点作为分析节点。J 1 断开和闭合时分别运行傅里叶分析， 可得到图1１ 和图12。并测试出无反馈时： 总谐波失真系数 THD: 1.5４８9９％。引入反馈后: THD:0.306912%。直观准确地反映了引入负反馈后， 可以减小非线性失真。
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图１１ 开环
图12 闭环
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４．2负载电阻的参数扫描分析
执行parａmetｅr ｓweeｐ analysｉs。设置分析对象为R L ,Sｔar ｔ 为１0 000， Stｏｐ 为100 000， ＃ of 为5 （R L 阻值分别为 10 k8 , 3２15 k8 , 55 k8 , 771５ k8 , 100 k8 ) , 选择Analysiｓ to 中的Ｔraｎsiｅｎt Analysis， 并选择输出节点作为分析节点。J1 断开和闭合时分别运行参数扫描分析, 得到图１3和图1４。直观的反映出无反馈时 （图13） : 随着负载电阻R L 的变化, 输出电压有显著的变化， R L 愈大， Ａ u 愈大引入反馈后 （图14） : 输出电压基本不随负载电阻Ｒ Ｌ 的变化而变化,。说明了引入电压负反馈后, , 提高带负载能力。
图13 开环
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图14 闭环
4．3温度扫描分析
执行temperatｕre sweep anaｌyｓis， 设置起始值为０ Ｄeｇ, 终止值为15０ Deg, 步长为５， 选择Anａlyｓis ｔo 中的Ｔraｎsiｅｎt Aｎalyｓｉs, 选择输出节点作为分析节点,J １ 断开和闭合时分别运行温度扫描分析, 可观测得温度为０ ℃, 3715 ℃, 75 ℃, １12１5 ℃, 150 ℃时的输出电压波形，如图１5, 图16 所示。直观地反映出无反馈时(如图15) : 随着温度的变化, 电压放大倍数发生变化, 稳定性差。引入反馈后（如图１６） : 电压放大倍数基本不随温度的变化而变化。说明负反馈可以提高放大倍数的稳定性。
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图１5 开环
图1６ 闭环
5.负反馈放大电路的实例仿真分析
１ 、仿真电路
以交流电压串联负反馈放大电路为例，首先在Mｕltisim １0中创建仿真电路。进入Muｌtiｓim 10仿真环境,从元件库中调用晶体管（２N3９04，默认值β=2００、UBＥ=0.75 V、Rbb=20０、UT=26mｖ）、电阻、电容、直流电源、开关等元件,从虚拟仪器工具栏中取出四踪示波器，创建仿真电路如图所示。
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2、静态工作点与电压放大倍数的理论值计算 （1)开关A闭合，F断开,电路为两级阻容耦合放大电路。 静态工作点的理论计算 Rb12UCC−UBERb11+Rb12Ic1=Re11+Re12Ic1β＝2.41mA ＩB1==12.０5ｕＡ UＣE１=Ucｃ－(Rc1＋Re11+Re１2）＊Ic1=4.０５Ｖ Iｃ２=IB2＝βRb22UCC−UBE Rb21+Rb22Re2＝２.15mA Ic2=１．07ｕA UCＥ2=Ucc－Ic2（Rｃ2＋Rｅ2)=5．55v 开环电压放大倍数的理论计算 UTｒbe1= ｒbb’＋βrbｅ2= ｒｂｂ’＋β＝2．61KΩ Ic2Ic1UT=2.35KΩ --
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RL1=Rc1∥Rb２1∥Rｂ22∥rbe2=1.06KΩ RL=Ｒc2∥RＬ=1ＫΩ Av1＝Av２=
βRL1rbe1+(1+β)Re12βRL
＝3.38
rbe2
=76.6３
Ａv＝Ａv1*Av２=２５９.０1
(2）开关A闭合,Ｆ闭合，电路为两级阻容耦合电压串联发反馈放大电路。
闭环电压放大倍数的理论计算
Re12
Fu=
Rf+Re12
=0.029
1+AvFu=8.5４4 Avf＝
Av1+AvFu
=30.31
３、静态工作点的仿真测试
首先,测两级的静态工作点，将信号源断开，用探针、电压表分别测出基极、集电极电流及管压降，其值为IB1=1５.0μA,IC１=2.２０ ｍA,ＵＣE１＝4．７１1V，IB2=13．0μA,IＣ２=2.03ｍA，UCE2=5.９0６V。开环和闭环时静态工作点相同。电路于图所示。
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可见，理论值与实验值大致相同。
4、开环性能的仿真测试
(１）开环无负载
开关Ａ断开,F断开，电路于图所示。启动仿真开关，在示波器Tiｍebase区设置X轴的时基扫爱描时间，在Chaｎnel A、CｈanneｌB和Chanｎｅｌ Ｃ区分别设置A、B和C通道
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输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图。
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(2)开环有负载
开关A闭合,F断开,电路于图所示。启动仿真开关,在示波器Tiｍebase区设置X轴的时基扫爱描时间,在Chａnnel Ａ、CｈannｅｌB和Channel C区分别设置A、Ｂ和Ｃ通道输入信号在Ｙ轴的显示刻度。仿真结果见图。
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由仿真数据通过计算可得
Vip2.657
Ri＝
Ro=(
Vsp−VipVopVoLpVop
Rs≈
−1)RL≈(
1142
2.818−2.657
1142
＊1K≈１6.5KΩ -1)＊2Ｋ≈1.96ＫΩ
576.777
Avｏ=AvL＝
Vip2.657VoLp582.413Vip
≈≈429.８ ≈２１9．３
≈
2.656
ΔA／Ａ=(Avo-AｖＬ)/Avｏ=(429．8-219.3)/４29.3≈0.49 BＷ＝fH－fＬ≈(１46．５7２－８9５.4*10−3) ≈１45.6８KHＺ
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５、闭环性能的仿真测试
(1)闭环无负载
断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法,仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量如图所示
(2)闭环有负载图
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断开A，闭合F，同开环性能的仿真测试方法,仿真电路，信号输入、输出电压的仿真测量,交流分析、幅频特性、通频带（BW)的仿真测量如图所示。
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由仿真数据通过计算可得 Vip2.709Rｉ=Ro＝(Avo=Vsp−VipVopRs≈VoLpVop85.749−1)RL≈（2.828−2.70985.749*１Ｋ≈22.76５KΩ -１)＊2K≈０．１3６ＫΩ 80.276AvL=Vip2.709VoLp80.276Vip≈≈３1.6５ ≈29．63 ≈2.709ΔA/A=(Avｏ-AｖL)/Avo=(31．65-２9.63)/3１.65≈0.06４ BW=fH－fL≈(3.７005-2６．34２9*10−6) ≈3.700５ＭHZ 6．仿真结果分析
在放大电路中引入负反馈可以改善放大电路某些方面的性能。通过下列表格和以上仿真图可得：
1:引入电压串联负反馈后，电路的输入电阻增大了。与无级间反馈时的输入电阻Ri相比,增加的不多，这是由于闭环时，图6(a)所示电路总的输入电阻为Rif = R'if // Rｂ１1 ／/ Rｂ12,引入电压串联负反馈只是增大了反馈环路内的输入电阻R＇if, 而Rb11 /／ Ｒｂ12不在反馈环路内,不受影响，因此总的输入电阻Rif增加的不多。 ２:引入电压串联负反馈后,、输出电阻减小了。
3:引入负反馈后,下限频率降低了、上限频率升高了，因此总的通频带展宽了。 4:引入负反馈后,电压放大倍数的变化量减小了，放大倍数的稳定性提高了，带负载的能力加强了。
５：引入负反馈后，放大电路内部产生的非线性失真明显的减小了。 6:引入负反馈后,电路的放大倍数下降了。
总的来说,采用负反馈是以降低放大倍数为代价的，目的是为了改善放大电路的工作性能,稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减少非线性失真、扩展通频带等。
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6.心得体会
通过这几天的课程设计,我觉得学到了很多。不仅仅是对于模电这门课程所包含的知识有了更好的学习,也是对于自身态度及学习方法有了更好的理解。
这个学期ｍultisｉm这个软件有了更多的使用,自从上个学期电路课程初步使用仿真软件,到这学期通过平时作业对软件逐渐熟悉了解。这为在此次课程设计中打了好的基础。通过multisim这个软件，可以弥补我们在实际学习生活中因为各种因素无法做到的实验实践，这使我们对于专业课程的学习有了更深层次的提升，也使我们学习变得更加便捷。
这次由于抽到了软件的题目，课程自己学习也不好，所以刚拿到题目感觉无从下手,没有头绪。通过几天的学习及查阅资料有了进一步的理解,掌握了课题的核心内容,从而开始一步一步下手做设计。对于反馈放大电路这个题目，我先对于负反馈电路基本组态方式进行描述，探究了负反馈对于放大电路的影响，之后利用几种分析方法和仪器对放大电路深入分析，最后举一实例对于上述内容进行验证。
在仿真中所运用原理公式虽仍有不够了解，但相比之前有了提升。通过这次课程设计也使我明白,只有付出才有收获。我也会在今后的学习当中更加投入，不要虚度大学四年时光。在此，也感谢老师们的辛苦付出。
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