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放大電路的設計與仿真范文1
【關鍵詞】Multisim 虛擬仿真 模擬電子技術 電子設計 輔助教學
一、引言
模擬電子技術是高等職業院校電類相關專業的一門應用性較強的專業基礎課，該課程主要是培養學生在模電方面的基本應用能力，培養其解決、分析與模擬電子技術相關的問題的能力。在以往的教學模式中，理論與實踐脫節現象嚴重，知識點抽象不夠直觀，學生難以理解吸收，打擊了學生學習電子技術的學習積極性。隨著計算機仿真技術的發展，在課堂和實踐教學中充分利用計算機仿真平臺將模擬電子技術中枯燥抽象的理論分析以仿真動畫、波形、指示燈等形式直觀、生動的表現出來，使模擬電子技術課程的教學內容更加易于吸收。課堂教學不僅僅停留在理論分析，而是與實踐緊密結合在一起，豐富了教學內容，幫助學生更好的掌握所學的知識點，激發學生的學習興趣和自主學習積極性，提高了教學效果。
二、Multisim簡介
Multisim是美國NI（National Instruments）公司開發的仿真軟件，經過多次更新換代，現在已經在使用Multisim11版本。此軟件主要是在PC平臺上構成一個利用圖形操作界面對一個與實際情況非常類似的電路實驗進行虛擬仿真的工作臺，它幾乎能夠仿真在實驗室內所進行的大部份的電子電路實驗，因此在電子電路分析、設計、仿真等項工作中已被廣泛地應用，是目前世界上最受歡迎的EDA軟件之一，已被廣泛應用于國內外的教育界和電子技術界。
（一）過程分析
差分放大電路又名差動放大電路，是集成運算放大器中重要的基本單元電路，廣泛地應用于多級直接耦合放大電路的輸入級，主要用于擬制“溫漂”等“零點漂移”現象，這是差分放大電路的突出優點，而往常的教學中該知識點總是較為抽象且難以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，讓學生通過溫度掃瞄儀和示波器等仿真儀器對比觀察共發射級放大電路、差分放大電路仿真測量和溫度掃描仿真分析的結果，可簡單、形象地檢測放大電路的“溫漂”（“零點漂移”）特性。通過調節各元件的參數或調整電路結構，觀測即時變化的波形和圖表，學生可以輕松對比出傳統共射放大實驗電路和帶恒流源的差分放大電路的在不同溫度情況下的性能指標。
（二）模型搭建及電路仿真
1. 傳統共射放大實驗電路的溫度掃描分析
在Multisim11仿真平臺中，搭建如圖1（a）所示共射放大實驗電路。單擊Multisim11 “仿真分析菜單”中的“溫度掃描分析”按鈕。在彈出的窗口設置欄中將相關參數設置好，如圖1（b）所示。單擊“仿真”按鈕開始仿真，得到如圖1（c）所示共發射級放大電路的溫掃分析特性曲線圖及相關參數值。
通過觀測圖1（c）的曲線圖及所得數值表，可以看出：首先圖1（a）所示實驗電路的輸出電壓負溫度系數變化現象明顯；然后當測試溫度從初始值最終上升到110°C時，此時產生的輸出電壓最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，變化了大約10.78%。
2.對改進后的差動放大電路進行溫度掃描分析
為了增加以上兩種電路的對比性，采用了相同的三極管組成的并按單端輸出、單端輸入接法的有恒流源（輸出交流電阻相當于發射極電阻Re）的差分放大實驗電路，且信號源、負載等電路參數都相同，如圖2（a）所示。在Multisim11仿真平臺中新建文件，按圖2（a）所示在平臺中構建好新的線路，同時對示波器參數調整，最后開啟仿真按鈕，得到新的測量波形圖，如圖2（b）所示。通過理論教學可得，在差分放大電路、特別是單端輸出接法的差分放大電路中，可以通過增大發射極電阻Re的阻值，來達到有效抑制任一邊電路的溫漂，并使得共模抑制比提高。
所以這種以工作在放大內的三極管所組成的恒流源來代替差分電路中的射極電阻Re和集電極電阻Rc的手段在各類集成運放電路中被廣泛運用。既使得射極電阻Re的增大了阻值，使集成電路中難以得到大電阻及高電壓的問題得到克服，又能夠將KCMR（共模抑制比）增加了1~2個級別。
再次進行溫度分析掃描。在彈出的窗口對話欄中設置線性的掃描方式；將掃描點數設為兩點；設置好分析的起點溫度26°C；以及終點溫度110°C；調整好瞬態分析類型；然后調節起始點時間值為0Sec，終點時間值改為0.001Sec，也就是信號周期；接著在“輸出”項目中將待分析的輸出節點設置為節點V；單擊仿真開始按鈕，隨即得到如圖3所示此改進電路的溫度分析掃描特性曲線圖及所得參數值。從圖3所示的溫度分析掃描特性曲線圖及參數列表中可以觀測到，當溫度從起點26°C上升到終點110°C時，圖2（a）所示帶恒流源的差分放大電路節點V[6]產生的輸出電壓最大偏差為：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高溫110°C時的輸出電壓最大值比低溫26°C時的輸出電壓最大值僅僅降低了約0.71%。
3. 對比、剖析、討論
由圖1所示共射放大電路的溫度掃描仿真分析及圖2所示差分放大電路的仿真測量和圖4所示溫度掃描仿真分析的結果可知：
（1）Multisim的溫度分析掃描能夠非常直觀地檢測放大電路的零點漂移特性。
（2）單端輸出接法的差動放大電路的KCMR較雙端輸出接法的差動放大電路要低；雙端輸出接法的差動放大電路的電壓放大倍數是相應單端輸出接法的差動放大電路的電壓放大倍數的兩倍。
（3）無論是普通放大電路還是差動放大電路，其輸出電壓都是按負溫度系數規律變化的。
四、結論
通過運用Multisim仿真平臺，幫助我們緩解了因資金不足導致設備耗材等受限這些因素的限制，使得許多不能進行實物講解的實驗得以通過仿真直觀再現，還可進行各種目的不同的訓練，使學生的自主分析、設計和應用能力得到培養，高效且低成本。在模電教學過程中，使用Multisim仿真對抽象的理論教學起到了推波助瀾的作用，使模電課程的理論與實踐完美融合在一起，極大的豐富模擬電子技術的教學內容，并在后繼課程的中也有很好的延伸性。
參考文獻：
放大電路的設計與仿真范文2
關鍵詞：protel，三極管，計算機仿真
0.引言
計算機仿真軟件在實踐中的應用，使電路設計人員能夠在電路設計階段對所設計的電路電氣特性進行分析、判斷、校驗，從而大大減輕物理實驗驗證階段的工作量，是電子專業設計工作者提高工作效率的有效方法。
Protel 99內置了功能強大的SPICE 3f5電路仿真軟件，能提供連續的模擬信號和數字信號仿真。該軟件運行于Protel的EDA/Client進程環境下，與ProtelAdvanced Schematic原理圖設計程序協同工作，為用戶提供一個完整的從設計到仿真驗證的設計環境【1】。
單管放大電路是模擬電路設計中最基礎的電路。本文利用protel99軟件,利用通用電子元件,對該電路參數賦值,仿真研究單管放大電路的工作過程。理論分析了單管放大電路的靜態與動態參數,研究基于protel99軟件仿真該電路的方法，并得到相關結論。
1.單管放大電路的理論計算
單管放大電路圖如圖1所示， 其中信號源的幅值為,頻率為，則由估算法【2】可得:
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【關鍵詞】 北斗衛星導航系統 功率放大器 InGaP/GaAs HBT 小信號增益 P1dB輸出功率
一、引言
北斗衛星導航系統（簡稱“北斗系統”）是我國自行研究與設計開發的全球衛星定位與通信系統，是繼美國的Global Positioning System（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛星導航系統[1]。
射頻功率放大器是北斗衛星導航系統中不可缺少的重要組成部分，功放特性的好壞將直接影響整個北斗系統的性能。隨著北斗系統技術的不斷發展，尤其是其獨特的雙向通訊技術，對應用于其射頻端的功率放大器的研究已成為一個極為重要的課題，也是近年來國內外研究的一個重點和熱點。
目前，應用在北斗系統中的功率放大器大多是由3-4個放大器級聯組成的[2]，面積較大且電路復雜成本較高，本文設計的單片微波集成功率放大器，大大簡化了傳統射頻功率放大器的電路結構。本文基于臺灣WIN半導體公司的InGaP/GaAs 異質結雙極型晶體管（HBT）器件Q360模型，采用美國AWR公司的Microwave office微波仿真軟件，仿真結果表明，該功率放大器在1.5-1.7GHz的工作頻率范圍內，小信號增益S21穩定在40dB左右，輸入反射系數S11、輸出反射系數S22均在-10dB以下。工作頻率為1.6GHz時對應的P1dB輸出功率為35dBm，大信號功率增益達到36.5dB，效率附加效率（PAE）穩大于50%，可為北斗系統功率放大器的研究者們提供一定的參考。
二、電路設計
本文設計的射頻功率放大器由三級基本放大電路構成每一級電路均是共射極放大電路。在第一級的輸入端有一個T型的LC高通匹配電路，可使整個功率放大器的輸入阻抗值與50歐姆匹配；級與級之間亦采用了LC高通T型匹配電路，每一級之間達到了完全匹配。
為了提高整個功放的線性度與穩定度，本電路在第一級放大器的基極與集電極之間增加了一個RC串聯支路。電源偏置電路是所有射頻功率放大器不可或缺的電路單元，本文設計的功率放大器采用獨有的電流鏡結構的基極偏置電路（如圖2所示），具有良好的溫度自適應特性，可以充分提高放大器的線性度與穩定性。其中，第一級和第二級放大電路采用同一個基極直流偏置，可有效節省芯片面積。
三、仿真結果
本文設計的北斗功率放大器使用美國AWR公司的Microwave office微波仿真軟件，采用臺灣WIN半導體公司的InGaP/GaAs異質結雙極型晶體管器件Q360模型，仿真設計圖如圖3所示。其中，第一級放大電路由8個Q360器件構成，集電極電流Ic為60mA，小信號增益S21約為12dB；第二級放大電路由16個Q360器件構成，集電極電流Ic為120mA，S21約為17dB；第三級放大電路由32個Q360器件構成，集電極電流Ic為360mA，S21約為15dB。由于級與級之間存在不可避免的增益衰減，該功率放大器總體增益約在40dB左右。
經過仿真調試，該功率放大器的小信號S參數仿真結果，該功率放大器在1.5-1.7GHz的工作頻率范圍內，增益S21基本保持在40dB左右，且始終大于40dB，輸入反射系數S11、輸出反射系數S22均在-10dB以下，具有良好的反射隔離效果。
北斗功率放大器隨輸入信號功率的增加，輸出端的各項參數變化范圍。在工作頻率為1.6GHz時，該功放的P1dB輸出功率為35dBm，對應點的大信號功率增益為36.5dB，效率附加效率（PAE）達到56.8%，穩大于50%，是一款可應用于北斗衛星導航系統的性能優越的射頻功率放大器。
四、結論
本文設計的射頻功率放大器將基本的電路結構集成在GaAs襯底上，電路結構簡單，有效簡化了通信系統中射頻電路的結構與布局。仿真結果表明，該射頻功率放大器在1.5-1.7GHz的工作頻率范圍各項性能良好，P1dB輸出功率達到35dBm（3.2W），可滿足我國北斗衛星導航系統的常規應用。
參 考 文 獻
放大電路的設計與仿真范文4
關鍵詞： EDA技術；電工電子教學
0 引言
隨著時代的發展，計算機技術在電子電路設計中發揮著越來越大的作用，許多優秀的電子設計自動化（EDA）軟件也應運而生，如PSPICE、EWB等。EDA是英文Electronic Design Automation的縮寫，即電子設計自動化。在EDA軟件應用方面，以EWB軟件的應用為之最廣。該軟件由加拿大IIT（Interactive Image Technologies）公司推出，而后又推出了該軟件的升級版Multisim2001，它可以逼真的模擬各類元器件及儀表，并可借助計算機平臺進行電路分析、模擬電路、數字電路等課程的仿真實驗[1]。
以往的教學模式主要是注重公式的推導和定理的應用，課堂教學形式比較單一，教學效果一般。若在日常的教學中恰當的運用仿真軟件，能更為直觀的將結果展現出來，且教學形式比較靈活，并可以提高學生的學習積極性。此外，仿真軟件的正確使用，可以培養學生運用軟件解決分析問題的能力，建立正確的設計及分析理念。
1 Multisim2001在電工電子教學中的應用
1.1 Multisim2001在電路分析教學模塊中的應用 當電路中僅含有獨立源時，構建仿真電路比較容易，仿真結果大多數正確且不易出現錯誤。若在電路中含有受控源時，構建電路的正確與否將直接影響到分析的結果。含有一個電壓控制的電壓源，要求求出電路中的電壓U。
首先用Multisim2001構建仿真電路，然后設置各元件的參數，即先分別從電源庫及元件庫中選取所需電源（含受控源）及負載電阻。需要注意的是受控源共有四個端與外部元件相連，其控制端應并聯在電阻R2兩端，受控端的負極與電阻R2連接，正極端接地，所以最好先構建電路的獨立源與電阻的連接部分，再接入受控源。其次，雙擊元件符號，在屬性對話框中對其參數進行設置。最后，打開仿真開關進行仿真，觀察結果。通過觀察發現電阻R2兩端的電壓為16V。
1.2 Multisim2001在模擬電路教學模塊中的應用 共發射極放大電路既有電壓增益，又有電流增益，是一種廣泛應用的放大電路，常用作各種放大電路中的主放大極。典型的分壓式放大電路，其中電阻R3、R4和R2組成分壓電路，發射極上接有電阻R5、R6，由此來穩定靜態工作點。當放大電路輸入端加一個小的交流信號Ui后，輸出端便可以輸入一個與之相位相反且幅度增大的輸出信號Uo，實現放大功能。放大電路的靜態工作點設置的是否合理，將直接影響著放大電路的動態性能指標。因而對于基本共射極放大電路，只有設置合適的靜態工作點，使交流信號馱載在直流分量之上，才能保證晶體管在輸入信號的整個周期內始終工作在放大狀態，輸出電壓波形才不會產生失真。
1.3 Multisim2001在數字電路教學模塊中的應用 施密特觸發器的主要用途是可以把變換緩慢的信號波形變換為邊沿陡峭的矩形波。施密特觸發器有兩個特點：第一，電路有兩種穩定狀態。兩種穩定狀態的轉換需要外加觸發信號，維持兩種穩定狀態也依賴于外加觸發信號。施密特觸發器屬于電平觸發電路。第二，電路有兩個轉換電平。輸入信號從低電平上升到電路輸出電平發生轉換時的電平，與輸入信號從高電平下降到電路輸出電平發生轉換時的電平不同[2]。用555定時器構成施密特觸發器的仿真電路[3]。其中CON端所接電容10nF起到濾波的作用，可以用來提高比較器參考電壓的可靠性。THR和TR端連接在一起，作為施密特觸發器的輸入端。
2 啟示
電工電子課程涵蓋的范圍比較廣，在教學的過程中適當的引入仿真技術，能較為直觀的將分析結果展現出來，其效果優于傳統意義的教學手段。隨著仿真技術在教學中的逐漸引入，必將在電工、電子及其相關領域發揮更大的作用。
參考文獻
[1]林羽.Multisim2001在“電工與電路分析”教學中的應用.甘肅科技，2005.
放大電路的設計與仿真范文5
關鍵詞 模擬電路；Multism 10；仿真
中圖分類號TN7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2010）33-0123-01
模擬電路是普通高職院校電類專業必修的一門專業基礎課，是一門實踐性和工程性很強的課程。傳統的模電理論教學模式多采用板書，同時配以多媒體課件，課后通過實驗教學鞏固所學知識鍛煉實際動手能力。這種教學模式存在的不足是教師授課主要對電路工作原理進行講解，學生是被動接受知識，不能完全理解電路的工作過程和運行結果，不利于培養高職學生的動手能力和創新能力。如果將電子仿真和EDA等新技術引入到教學中，學生在接受理論知識的同時，通過仿真軟件運行觀察電路的工作過程，加深對電路的理解，更容易掌握所學的內容，從而提高學習興趣，收到很好的教學效果。
本文以教學中的具體內容為例，詳細說明Multism 10仿真軟件在模擬電路教學中的應用。
1 Multisim10概述
Multism10軟件的作用就是在原理圖設計過程中進行仿真、調試，設計出符合功能需求的電路原理圖。Multism 10屬于新一代的電子工作平臺（Electronics Workbench）,它的試驗區就好像是一塊“面包板”，在上面可以建立各種電路進行仿真實驗。軟件提供了13 000多種的常用元器件庫（包括常見3D軟件），用戶設計和實驗時可以任意調用。同時軟件還提供了19種常見儀表，用戶可以根據設計的需求任意調用。Multism 10還提供了19種對電路不同的分析方法，包括對電路基本參數的分析、電路特性的分析、電路結果誤差的分析，還可以進行參數掃描、溫度掃描、極零點等其他參量進行分析。
2基于Multisim10的模擬電路課程設計應用實例
現以仿真分析放大電路的靜態工作點Q為例來說明軟件在課程教學中的應用。
1）首先調節放大電路正常進行工作，電路原理圖如圖1所示。
電路正常進行放大時，電路的工作狀態如圖2所示。圖中藍色波形為輸出信號波形，紅色為輸入信號波形，由圖可以看出放大電路對信號進行了不失真放大。需要說明的是放大電路的放大對象為低頻小信號，輸入信號的幅度過大會使三極管工作于非線性區引起波形的失真。同時輸入信號的頻率過高，會超過三極管的特征頻率，同樣會引起波形畸變。這里設置10mv輸入信號幅度為，頻率為1000Hz。
2）調節放大器正常工作，應用萬用表對此時電路的靜態工作點進行測量，測量電路原理圖如圖3所示。
由萬用表的讀數可知該放大電路的靜態工作點為 ，,。
3）應用Multism 10的分析功能進行靜態工作點分析
練習使用直流工作點分析來分析電路的靜態工作點（以分析為例）。分析結果如圖4所示。
由圖可以看出，,,所以?？紤]到儀表讀數的誤差，靜態分析的結果與利用萬用表所測量的結果一致。
放大電路的設計與仿真范文6
教學實例
以講解射極偏置放大電路為例，本章節內容包括溫度對工作點的影響，射極偏置放大電路穩定工作點的過程，靜態工作點分析和交流工作狀況分析，教學設計思路如下：（1）由基本共射放大電路的特點引出射極偏置放大電路。利用Multisim軟件，打開溫度掃描參數設計界面，設置起始溫度和終止溫度，分析溫度對基本共射放大電路靜態工作點的影響，基本共射放大電路如圖1所示，在溫度分別為26℃和96℃下節點1、2、3的電壓如圖2所示，從圖2中，學生可以非常直觀的看出溫度對該放大電路靜態工作點的影響。（2）分析溫度對三極管參數的影響。（3）給出能夠穩定工作點的射極偏置放大電路，如圖3所示，分析各個元件在電路中所起的作用以及講解該電路是如何穩定工作點的。（4）分別從理論上計算靜態工作點和用Multisim仿真分析靜態工作點，然后對兩者進行比較，Multisim仿真分析靜態工作點如圖4所示，與理論值相近。（5）先從理論上推導分析電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻；再用Multisim仿真。仿真結果如圖5、圖6和圖7所示，在圖5中A通道為輸出波形，B通道為輸入波形，從圖5可以看出放大倍數約192倍；圖6為輸入電阻的測量，從圖6可計算出輸入電阻約為3.24kΩ；圖7為輸出電阻的測量，從圖7可計算出輸出電阻約為5kΩ。最后對兩者進行比較。
課后作業
多數教材都配有一定的練習題，而且有答案，因此很多學生對教師布置的課后作業不感興趣，感到很枯燥，容易抄襲答案，這樣背離了教師布置習題的初衷。為了避免這種現象發生，布置課后作業也要求學生將理論計算與仿真結合起來分析電路，還可以布置一些思考題來讓學生思考，例如在講完射極偏置放大電路后，課后可以布置這樣一道題：電路如圖3所示，討論R5分別取0Ω和100Ω時溫度對放大倍數的影響，學生通過設置溫度掃描參數界面設置相應的參數。
進行仿真，得到R5=0Ω節點6的波形如圖8所示，幅度值較大的為溫度27℃時節點6的波形，而幅度值較小的為溫度90℃時節點6的波形，學生從圖8可以很明顯的看出溫度升高時，交流輸出幅度值減小了，說明放大倍數的穩定性不高。R5=100Ω溫度分別為27℃和90℃時節點6的波形如圖9所示，學生從圖9可以看出溫度升高，交流輸出幅度值變化不明顯，說明R5起到穩定工作點的作用，也抑制了溫度的變化對放大電路電壓放大倍數穩定性的影響。
在整個做作業的過程中，學生通過理論計算，搭建仿真電路圖，對原理圖進行仿真，把仿真結果和理論計算做比較，這樣既加深了學生對課堂知識的理解，又激發了學生的學習熱情。
結論
要使學生較好地掌握模擬電子技術基礎教材中的許多概念、理論知識，需在合理安排各個章節內容的基礎上，強調教與學方法的改進，在授課的過程中，為了合理利用有限的課堂授課時間，電路圖和一些重要的結論可用多媒體課件顯示；推導過程用板書，這樣可以讓學生在上課時，有足夠的時間思考和做筆記；對結果進行驗證，可利用課前準備好的Multisim文件，或者在PPT中用超鏈接。
