multisim模拟仿真实验.doc

一、实验目的和要求
(1)学习用multisim进行模拟电路的设计仿真
(2)掌握几种常见的实用电路原理图

二、实验内容和原理
2.1测量放大电路仿真分析
在multisim11中画出如下电路原理图。如图所示为测量放大电路，采用两级放大，前级采用同相放大器，可以获得很高的输入阻抗；后级采用差动放大器，可获得比较高的共模抑制比，增强电路的抗干扰能力。该电路常常作为传感器放大器或测量仪器的前端放大器，在微弱信号检测电路设计中应用广泛。

电路的电压放大倍数理论计算为
将电路参数代入计算：

2.2电压-频率转换电路仿真分析
给出一个控制电压，要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比，这种通过改变输入电压的大小来改变输出波形频率，从而将电压参数转换成频率参量电路成为电压—频率转换电路（VCO），又称压控振荡器。
在multisim11中创建如图所示的电压-频率转换电路的电路原理图。电路中，U1是积分电路，U2是同相输入迟滞比较器，它起开关左右；U3是电压跟随电流，输入测试电压U1。
电路的输出信号的振荡频率与输入电压的函数关系为

2.3单电源功率放大电路仿真分析
在许多电子仪器中，经常要求放大电路的输出机能够带动某种负载，这就要求放大电路有足够大的输出功率，这种电路通称为功率放大器，简称“功放”。一般对功放电路的要求有：（1）根据负载要求提供所需要的输出功率；（2）功率要高（3）非线性失真要小（4）带负载的能力强。根据上述这些要求，一般选用工作在甲乙类的共射输出器构成互补对称功率放大电路。单电源功放电路中指标计算公式如下：
功率放大器的输出功率： 直流电源提供的直流功率：
电路效率：
实验电路原理图如下：

2.4直流稳压电源仿真分析
在所以电子电路和电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。直流稳压电源的技术指标有：输入电压、输出电压、输出电流和输出电压范围；质量指标有：稳压系数、温度系数、输出电阻和纹波电压。
2.4.1串联型直流稳压电源
(1)建立实验电路

实验电路原理图如上所示，在multisim 11中创建该电路。
(2)测量输出电压变化范围
在电路空载条件下，即按Space 键断开负载R7，在输出端接电压表，测量电路的输出电压。

单击仿真开关，进行仿真分析。当电路处于稳定时，根据电压表的显示值，记录电路的输出电压。调节电位器R5，观察输出电压变化情况，记录输出电压的最大值和最小值。

(3)输出电阻Ro的测量
直流电源的输出电阻定义为：当输入电阻不变时，由于负载变化引起的输出端直流电压变化量与输出直流电流变化量之比。在R7支路中串入电流表，单击仿真开关进行仿真分析，电位器R5处于50%处，输入电压V1=220V不变的情况下，在开关K断开时，记录输出电压Vout；然后在开关K闭合时，测量输出电压Vout1和输出电流Iout。输出电阻Ro=(Vout-Vout1)/Iout。在multisim中，可通过传递函数分析法，求出交流输出电阻。
(4)稳压系数测定
稳压电压稳压系数Sr的定义为：当负载不变时，输出直流电压Vo的相对变化量与输入直流电压Vi的相对变化量之比。
保持负载电阻R7(为额定负载)不变，调节稳压电路输入电压Vi，使输入电压在±10%的范围变化，输出电压的波形如图所示。测试输出电压相应的变化值，并计算出电路的稳压系数Sr。

2.4.2三端集成稳压器电路
按照下图所示，组成一个由三端集成稳压器构成的稳压电路。
(1) 测试三端集成稳压器电路的电流调整率
稳压电路的内阻越小，稳压电路的输出电路变化时，在内阻上的电压降越小，输出电压就越稳定。以前对这一性能的描述，常常用电流调整率表示。现在为了简单化，用输出电流在规定的范围内变化时，所对应的输出电压的变化来表示，此书要求测出，在负载开路和RL=100Ω两种情况下的输出电压。计算电流的输出电阻。

(2) 测试三端集成稳压电路的电压调整率
稳压电流的电压调整率越小，稳压电路的输入电压变化时引起的输出电压变化就越小，输出电压就越稳定。以前对这一性能的描述，常常用电压调整率表示。现在为了简单化，用输出电压在规定的范围内变化时，一般是在±10%引起的输出电压的变化来表示。为此，在U1为198V和242V(交流)时，分别测出输出电阻，计算电压调整率。

(3) 测试三端集成稳压电路的纹波
三端集成稳压电路的纹波，与加在其输入端的整流滤波后的电压纹波大小有很大的关系，而整流滤波后的直流电压的纹波大小又与滤波电路的RC时间常数有关，当然与负载电流的大小直接相关。
纹波的测量方法是，用示波器观察输出电压波动的峰峰值。注意，此时不能简单的使用高频电压表测量，往往以输出电压波动的峰峰值来代表纹波的大小。纹波一般在不同的负载电流条件下测量，负载电流最大时测得的数值也最大。示波器采用交流耦合方式，要求测出在R3=100Ω条件下的纹波电压的峰峰值。

三、主要仪器设备
装有multisim软件的计算机

四、实验数据记录与分析
4.1测量放大电路仿真分析
用函数发生器产生幅度为40Vpp、频率为1kHz的两路正弦信号。用示波器双通道分别观测积分电路的输入信号和输出信号。设置完成后，进行仿真，示波器波形如下图所示。

由上图可以看到示，在输入信号为40uVpp时，输出电压为25mV，计算可得电路的放大倍数为625。这一结果与理论值基本一致。
4.2电压-频率转换电路仿真分析

经测试，当Ui=7.5V时，f=6.17kHz；经测试，当Ui=3.75V时，f=4.22 kHz；

分别记录其他输入电压条件下的频率，记录下表
输入电压V
0
1.946
4.081
5.849
7.984
9.047
9.931
频率kHz
0
2.61
4.35
5.15
5.69
5.92
6.37
画出拟合曲线为

频率与电压的关系为线性关系，大致为：f=0.89Vin；
4.3单电源功率放大电路仿真分析
4.3.1电路静态工作点的调整
断开信号发生器，输入端对地短路，进行仿真分析。开关K1闭合、K2断开，用万用表测量中点A的点位，调节电位器Rp的大小，使观测到的电压表示数为Vcc/2=3V
4.3.2测量最大输出功率
（1）K1闭合（加自举），连接函数发生器，使其输出f=1kHz的正弦波信号，并接在实验电路的输入端。
(2)将示波器加载实验电路的输入端和输出端，进行仿真分析，观察示波器上的输出电压波形：逐渐增大输入电压的赋值，当用示波器观察到的电压波形为临界削波时，此时减小输入电压幅值，使输出电压波形失真刚好消失，这时输出电压为电路的最大输出电压。
(3)用示波器测量Ui、Uo，并将测试结果记录，填入表格
(4)K1打开(不加自举电路R5、C2)，重复步骤(2)和步骤(3)。
(5)注意，不能让二极管D1、D2支路开路，否则Q2、Q3将过流烧毁。

加自举时，波形如上图所示。

不加自举时，波形如上图所示。

Ui/mVpp
Uo/Vpp
RL/Ω
Pom/mV
I/mA
Pv/mW
PT/mW
加自举
296.12
2.056
8.2
0.497
75.21
0.148
29.7%
不加自举
197.97
1.188
8.2
0.172
47.52
0.037
21.5%
4.3.3观察交越失真及改善措施
(1)K1闭合、K2打开，将示波器接在实验电路的输出端，调节函数发生器的幅度，直至输出波形刚好出现失真。见图
(2)K1、K2闭合，即将二极管D1、D2支路短路，观察输出波形。

K1、K2闭合，如图所示 出现交越失真

K1闭合、K2打开，加入二极管D1、D2以后，能够使三极管Q2、Q3处于微导通状态，进而使功率放大电路的输出交越失真减小。波形如上图所示。
4.4直流稳压电源仿真分析
4.4.1测量输出电压变化范围
测得空载时，稳定的输出电压数值为：19.68V，此时R5=100Ω。
当电位器R5=0时，Vmax=26.80V；R5=200Ω（最大阻值）时，Vmin=14.79V；从电压变化规律来看，随着电阻R5的增大，输出电压减小。
4.4.2输出电阻Ro测量
开关断开时，输出电压Vout=19.684V
开关闭合时，输出电压Vout1=19.67V，输出电流Iout=0.197A。
则输出电阻为Ro=(Vout-Vout1)/Iout=0.071
在multisim中，可通过传递函数分析法，求出交流输出电阻为355.7

4.4.3稳定系数测定
稳压系数定义为，当负载不变时，输出直流电压的相对变化量与输入直流电压相对变化量之比。
在实验中，调节输入电压的变化，输出波形如下所示。当输入220V时，输出直流电压19.67V；当输入200V时，输出直流电压19.581V；计算稳压系数，为224。

4.5三端集成稳压电路测试
1）测量三端集成稳压电路的电流调整率
当空载时，输出电压24.118V；当负载100Ω时，输出电压24.056，输出电流240.522mA，因此，计算输出电阻为：0.258Ω。
1） 测量电压调整率。
当输入电压为242V时，输出电压23.707V；输入电压198V时，输出为22.019V，因此电压调整率为26.1。
2） 纹波测量
在负载为100Ω时，测得纹波如下图所示。

测得峰峰值为2.41mV。
五、实验心得、体会
这次实验主要是通过multisim软件对模拟电路进行仿真，通过第二次对multisim软件的练习和学习，对如何用计算机辅助软件进行电路原理图的输入，仿真的操作更加熟悉。对实际电路的功能也同时有了认识理解，掌握了一种差动放大电路、一种电压频率转换电路的结构。在考虑放大器时，需要注意失真情况。对于饱和失真和交越失真，应当采取适当的措施来消除和避免。通过本次实验，对基础模拟电路的设计有了进一步的了解，对仿真在实际设计中的作用也有了进一步的认识。
装 订 线

10 / 10