共源极放大电路仿真及二极管特性分析--模电
目录
1 课程设计的目的与作用 . ..................................................... 2
1.1课程设计的目的 . ...................................................... 2 1.2课程设计的作用 . ...................................................... 2 2 设计任务及所用multisim 软件环境介绍 . ...................................... 2
2.1设计任务 . ............................................................ 2 2.2 Multisim软件环境介绍: . ............................................. 3 3 电路模型的建立 . ........................................................... 4 4 理论分析及计算 . ........................................................... 5 4 .1共源极放大电路 ..................................................... 5 4 .2二极管导通特性 ..................................................... 5 5 仿真结果分析 . ............................................................. 6 5 .1共源极放大电路 ..................................................... 6 5 .2二极管特性分析电路 ................................................. 7 6 设计总结和体会 . ........................................................... 8 7 参考文献......................... ............. ............................8
1 课程设计的目的与作用
1.1课程设计的目的
这次课程设计给了我们更多空间,更多自由,通过对电路的设计和连接,使我们掌握模拟电子线路实验的基本技能,并加强我们的动手能力,和对于仿真电路和二极管的特性有了更深的理解。让我们通过自己设计实验得到实验的波形图,再对结波形图进行综合性的分析,得出与理论一致的结论。
.1.2课程设计的作用
我们通过自己观察和分析实验结果,对于模电知识有了更好的应用,经过观察二极管的输出波形和共源极放大电路的输出波形,让我们更直观的理解了以前所学的理论知识,使理论和实际更好的结合在了一起。.
.2 设计任务、及所用multisim 软件环境介绍
.2.1设计任务
本次实验的设计任务是共源极放大电路仿真及二极管特性分析。通过使用Multisim 软件来实现对于电路的仿真,对于仿真的波形进行分析,从而得到与理论一致的结论。共源极放大电路即输入、输出回路的公共端为场效应管的源极S ,所以称其为共源级放大电路。通过本次实验对其电路图进行设计和仿真设计后,观察得到的波形图从而观察共源极电路的放大特性,经过计算得出结论。而二极管具有单向导通特性,本次实验可通过对于电路进行仿真,观察得到的波形来验证二极管的单向导通性。
.2.2 Multisim软件环境介绍
Multisim是加拿大IIT 公司推出的基于Windows 的电路仿真软件,适用于板级的模拟数字电路版的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入,电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。由于采用交互式界面,比较直观,操作方便,具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器,以及强大的分析功能等特点,因而得到了广泛的应用。 Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows 为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合,Multisim 推出了许多版本,用户可以根据自己的需要加以选择。在本课程中将以教育版为演示软件,结合教学的实际需要,简要地介绍该软件的概况和使用方法,并在“实验讲授”中给出若干个应用实例,其对应msm 文件见“实验仿真文件”。 Multisim是美国国家仪器(NI )有限公司推出的以Windows 为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim 交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。Multisim 提炼了SPICE 仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。通过Multisim 和虚拟仪器技术,PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
软件以图形界面为主,采用菜单、工具栏和热键相结合的方式,具有一般Windows 应用软件的界面风格,用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。 一、Multisim 的主窗界面。启动Multisim 2001后,将出现如图1所示的界面。 界面由多个区域构成:菜单栏,各种工具栏,电路输入窗口,状态条,列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑,并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。 二、菜单栏位于界面的上方,通过菜单可以对Multisim 的所有功能进行操作。 不难看出菜单中有一些与大多数Windows 平台上的应用软件一致的功能选项,如File ,Edit ,View ,Options ,Help 。此外,还有一些EDA 软件专用的选项,如Place ,Simulation ,Transfer 以及Tool 等。
.3 电路模型的建立
(1)共源极放大电路仿真电路
(2)二极管特性分析电路
.4 理论分析及计算
·4.1共源极放大电路
(1) 利用Multisim 的直流工作点分析功能测试图得静态工作点:
由上可得:
(2)加U D SQ =U D Q -U SQ =(9. 99865-2. 50067) V =7. 49798V
I DQ =
V DD -U DQ
R d
=
15-9. 99865
mA =1. 00027mA
5
(3)利用正弦输入电压,在虚拟示波器上观察u I 和u O 的波形正弦输出波形所示,可见u O 和u I 反相。
(4)在正弦的仿真电路中可测的,U i =9. 998mV 时,U O =33. 353mV , 则
A u =
∙
Uo Ui
∙
∙
=-
33. 353
=-3. 336 9. 998
'
当负载电阻R L 开路时,可测的U O =66. 705mV
'
U O 66. 705=(-1) R =(-1) ⨯5K Ω=5K Ω
U O 33. 354
则R O
·4.2二极管导通特性
在Multisim 中构建二极管电路,图中VD 是虚拟二极管,输入端加上最大值Uim=4V,频率为1KHZ 的正弦波电压,接入一台虚拟示波器XSC1,这是一台双踪示波器,有A 、B 两个通道,A 端接二极管电路的输入端,B 端接电路的输出端。
电路仿真以后,可由示波器观察到输入、输出波形,为便于区别,用较浅的颜色显示输入波形,用较深的颜色显示输出波形,由图可见,输入信号是一个双向的正弦波电压,而经过二极管以后,在输出端得到一个单方向的脉动电压,可见二极管具有单向导电性。
.5 仿真结果分析
(1)共源极放大电路
(2)二极管导通特性
.6 设计总结和体会
通过这次课程设计我更深刻的理解和体会了共源极放大电路仿真电路和二极管特性分析电路的构成,并且学会了怎样将理论知识和实际操作联系起来。在经过自己设计电路,对于电路进行仿真实验,得到对应的波形,最后对波形进行综合分析,得出与所学理论一致的结论,并证明理论成立,即得到共源极放大电路的放大特性和二极管单向导通的特性。 我觉得我们应该多多进行这类的课程,因为我们每天学习大量的理论课却缺少对于理论知识的实践能力,并且我们也不能更好的去理解他们。然而在这样实验课上我们可以通过自己的思考设计出电路在通过亲自动手进行试验来验证设计的正确性,这样得出的结论可以加深我们的记忆,也可以让我们对于理论知识更好的理解。与此同时,还加强了我们的创造性思维和动脑动手的能力,我通过这次课学会了怎样用Multisim 软件对电路进行仿真放大,也更深刻的理解了共源极放大电路的放大特性和二极管的单向导通特性,更好的把理论和实际结合在了一起。
.7 参考文献
模拟电子技术基础简明教程(第三版)
清华大学电子学教研组编。童诗白华成英主编。模拟电子技术基础,三版 华中理工大学电子教研室编,康华光主编,电子技术基础,模拟部分 浙江大学电工电子基础教学中心电子学组编,集成电子技术基础教程 哈尔滨工业大学电子学教研室编,基础电子技术