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放大电路的设计与仿真范文1
【关键词】Multisim 虚拟仿真 模拟电子技术 电子设计 辅助教学
一、引言
模拟电子技术是高等职业院校电类相关专业的一门应用性较强的专业基础课，该课程主要是培养学生在模电方面的基本应用能力，培养其解决、分析与模拟电子技术相关的问题的能力。在以往的教学模式中，理论与实践脱节现象严重，知识点抽象不够直观，学生难以理解吸收，打击了学生学习电子技术的学习积极性。随着计算机仿真技术的发展，在课堂和实践教学中充分利用计算机仿真平台将模拟电子技术中枯燥抽象的理论分析以仿真动画、波形、指示灯等形式直观、生动的表现出来，使模拟电子技术课程的教学内容更加易于吸收。课堂教学不仅仅停留在理论分析，而是与实践紧密结合在一起，丰富了教学内容，帮助学生更好的掌握所学的知识点，激发学生的学习兴趣和自主学习积极性，提高了教学效果。
二、Multisim简介
Multisim是美国NI（National Instruments）公司开发的仿真软件，经过多次更新换代，现在已经在使用Multisim11版本。此软件主要是在PC平台上构成一个利用图形操作界面对一个与实际情况非常类似的电路实验进行虚拟仿真的工作台，它几乎能够仿真在实验室内所进行的大部份的电子电路实验，因此在电子电路分析、设计、仿真等项工作中已被广泛地应用，是目前世界上最受欢迎的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。
（一）过程分析
差分放大电路又名差动放大电路，是集成运算放大器中重要的基本单元电路，广泛地应用于多级直接耦合放大电路的输入级，主要用于拟制“温漂”等“零点漂移”现象，这是差分放大电路的突出优点，而往常的教学中该知识点总是较为抽象且难以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，让学生通过温度扫瞄仪和示波器等仿真仪器对比观察共发射级放大电路、差分放大电路仿真测量和温度扫描仿真分析的结果，可简单、形象地检测放大电路的“温漂”（“零点漂移”）特性。通过调节各元件的参数或调整电路结构，观测即时变化的波形和图表，学生可以轻松对比出传统共射放大实验电路和带恒流源的差分放大电路的在不同温度情况下的性能指标。
（二）模型搭建及电路仿真
1. 传统共射放大实验电路的温度扫描分析
在Multisim11仿真平台中，搭建如图1（a）所示共射放大实验电路。单击Multisim11 “仿真分析菜单”中的“温度扫描分析”按钮。在弹出的窗口设置栏中将相关参数设置好，如图1（b）所示。单击“仿真”按钮开始仿真，得到如图1（c）所示共发射级放大电路的温扫分析特性曲线图及相关参数值。
通过观测图1（c）的曲线图及所得数值表，可以看出：首先图1（a）所示实验电路的输出电压负温度系数变化现象明显；然后当测试温度从初始值最终上升到110°C时，此时产生的输出电压最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，变化了大约10.78%。
2.对改进后的差动放大电路进行温度扫描分析
为了增加以上两种电路的对比性，采用了相同的三极管组成的并按单端输出、单端输入接法的有恒流源（输出交流电阻相当于发射极电阻Re）的差分放大实验电路，且信号源、负载等电路参数都相同，如图2（a）所示。在Multisim11仿真平台中新建文件，按图2（a）所示在平台中构建好新的线路，同时对示波器参数调整，最后开启仿真按钮，得到新的测量波形图，如图2（b）所示。通过理论教学可得，在差分放大电路、特别是单端输出接法的差分放大电路中，可以通过增大发射极电阻Re的阻值，来达到有效抑制任一边电路的温漂，并使得共模抑制比提高。
所以这种以工作在放大内的三极管所组成的恒流源来代替差分电路中的射极电阻Re和集电极电阻Rc的手段在各类集成运放电路中被广泛运用。既使得射极电阻Re的增大了阻值，使集成电路中难以得到大电阻及高电压的问题得到克服，又能够将KCMR（共模抑制比）增加了1~2个级别。
再次进行温度分析扫描。在弹出的窗口对话栏中设置线性的扫描方式；将扫描点数设为两点；设置好分析的起点温度26°C；以及终点温度110°C；调整好瞬态分析类型；然后调节起始点时间值为0Sec，终点时间值改为0.001Sec，也就是信号周期；接着在“输出”项目中将待分析的输出节点设置为节点V；单击仿真开始按钮，随即得到如图3所示此改进电路的温度分析扫描特性曲线图及所得参数值。从图3所示的温度分析扫描特性曲线图及参数列表中可以观测到，当温度从起点26°C上升到终点110°C时，图2（a）所示带恒流源的差分放大电路节点V[6]产生的输出电压最大偏差为：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高温110°C时的输出电压最大值比低温26°C时的输出电压最大值仅仅降低了约0.71%。
3. 对比、剖析、讨论
由图1所示共射放大电路的温度扫描仿真分析及图2所示差分放大电路的仿真测量和图4所示温度扫描仿真分析的结果可知：
（1）Multisim的温度分析扫描能够非常直观地检测放大电路的零点漂移特性。
（2）单端输出接法的差动放大电路的KCMR较双端输出接法的差动放大电路要低；双端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数是相应单端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数的两倍。
（3）无论是普通放大电路还是差动放大电路，其输出电压都是按负温度系数规律变化的。
四、结论
通过运用Multisim仿真平台，帮助我们缓解了因资金不足导致设备耗材等受限这些因素的限制，使得许多不能进行实物讲解的实验得以通过仿真直观再现，还可进行各种目的不同的训练，使学生的自主分析、设计和应用能力得到培养，高效且低成本。在模电教学过程中，使用Multisim仿真对抽象的理论教学起到了推波助澜的作用，使模电课程的理论与实践完美融合在一起，极大的丰富模拟电子技术的教学内容，并在后继课程的中也有很好的延伸性。
参考文献：
放大电路的设计与仿真范文2
关键词：protel，三极管，计算机仿真
0.引言
计算机仿真软件在实践中的应用，使电路设计人员能够在电路设计阶段对所设计的电路电气特性进行分析、判断、校验，从而大大减轻物理实验验证阶段的工作量，是电子专业设计工作者提高工作效率的有效方法。
Protel 99内置了功能强大的SPICE 3f5电路仿真软件，能提供连续的模拟信号和数字信号仿真。该软件运行于Protel的EDA/Client进程环境下，与ProtelAdvanced Schematic原理图设计程序协同工作，为用户提供一个完整的从设计到仿真验证的设计环境【1】。
单管放大电路是模拟电路设计中最基础的电路。本文利用protel99软件,利用通用电子元件,对该电路参数赋值,仿真研究单管放大电路的工作过程。理论分析了单管放大电路的静态与动态参数,研究基于protel99软件仿真该电路的方法，并得到相关结论。
1.单管放大电路的理论计算
单管放大电路图如图1所示， 其中信号源的幅值为,频率为，则由估算法【2】可得:
放大电路的设计与仿真范文3
【关键词】 北斗卫星导航系统 功率放大器 InGaP/GaAs HBT 小信号增益 P1dB输出功率
一、引言
北斗卫星导航系统（简称“北斗系统”）是我国自行研究与设计开发的全球卫星定位与通信系统，是继美国的Global Positioning System（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统[1]。
射频功率放大器是北斗卫星导航系统中不可缺少的重要组成部分，功放特性的好坏将直接影响整个北斗系统的性能。随着北斗系统技术的不断发展，尤其是其独特的双向通讯技术，对应用于其射频端的功率放大器的研究已成为一个极为重要的课题，也是近年来国内外研究的一个重点和热点。
目前，应用在北斗系统中的功率放大器大多是由3-4个放大器级联组成的[2]，面积较大且电路复杂成本较高，本文设计的单片微波集成功率放大器，大大简化了传统射频功率放大器的电路结构。本文基于台湾WIN半导体公司的InGaP/GaAs 异质结双极型晶体管（HBT）器件Q360模型，采用美国AWR公司的Microwave office微波仿真软件，仿真结果表明，该功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围内，小信号增益S21稳定在40dB左右，输入反射系数S11、输出反射系数S22均在-10dB以下。工作频率为1.6GHz时对应的P1dB输出功率为35dBm，大信号功率增益达到36.5dB，效率附加效率（PAE）稳大于50%，可为北斗系统功率放大器的研究者们提供一定的参考。
二、电路设计
本文设计的射频功率放大器由三级基本放大电路构成每一级电路均是共射极放大电路。在第一级的输入端有一个T型的LC高通匹配电路，可使整个功率放大器的输入阻抗值与50欧姆匹配；级与级之间亦采用了LC高通T型匹配电路，每一级之间达到了完全匹配。
为了提高整个功放的线性度与稳定度，本电路在第一级放大器的基极与集电极之间增加了一个RC串联支路。电源偏置电路是所有射频功率放大器不可或缺的电路单元，本文设计的功率放大器采用独有的电流镜结构的基极偏置电路（如图2所示），具有良好的温度自适应特性，可以充分提高放大器的线性度与稳定性。其中，第一级和第二级放大电路采用同一个基极直流偏置，可有效节省芯片面积。
三、仿真结果
本文设计的北斗功率放大器使用美国AWR公司的Microwave office微波仿真软件，采用台湾WIN半导体公司的InGaP/GaAs异质结双极型晶体管器件Q360模型，仿真设计图如图3所示。其中，第一级放大电路由8个Q360器件构成，集电极电流Ic为60mA，小信号增益S21约为12dB；第二级放大电路由16个Q360器件构成，集电极电流Ic为120mA，S21约为17dB；第三级放大电路由32个Q360器件构成，集电极电流Ic为360mA，S21约为15dB。由于级与级之间存在不可避免的增益衰减，该功率放大器总体增益约在40dB左右。
经过仿真调试，该功率放大器的小信号S参数仿真结果，该功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围内，增益S21基本保持在40dB左右，且始终大于40dB，输入反射系数S11、输出反射系数S22均在-10dB以下，具有良好的反射隔离效果。
北斗功率放大器随输入信号功率的增加，输出端的各项参数变化范围。在工作频率为1.6GHz时，该功放的P1dB输出功率为35dBm，对应点的大信号功率增益为36.5dB，效率附加效率（PAE）达到56.8%，稳大于50%，是一款可应用于北斗卫星导航系统的性能优越的射频功率放大器。
四、结论
本文设计的射频功率放大器将基本的电路结构集成在GaAs衬底上，电路结构简单，有效简化了通信系统中射频电路的结构与布局。仿真结果表明，该射频功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围各项性能良好，P1dB输出功率达到35dBm（3.2W），可满足我国北斗卫星导航系统的常规应用。
参 考 文 献
放大电路的设计与仿真范文4
关键词： EDA技术；电工电子教学
0 引言
随着时代的发展，计算机技术在电子电路设计中发挥着越来越大的作用，许多优秀的电子设计自动化（EDA）软件也应运而生，如PSPICE、EWB等。EDA是英文Electronic Design Automation的缩写，即电子设计自动化。在EDA软件应用方面，以EWB软件的应用为之最广。该软件由加拿大IIT（Interactive Image Technologies）公司推出，而后又推出了该软件的升级版Multisim2001，它可以逼真的模拟各类元器件及仪表，并可借助计算机平台进行电路分析、模拟电路、数字电路等课程的仿真实验[1]。
以往的教学模式主要是注重公式的推导和定理的应用，课堂教学形式比较单一，教学效果一般。若在日常的教学中恰当的运用仿真软件，能更为直观的将结果展现出来，且教学形式比较灵活，并可以提高学生的学习积极性。此外，仿真软件的正确使用，可以培养学生运用软件解决分析问题的能力，建立正确的设计及分析理念。
1 Multisim2001在电工电子教学中的应用
1.1 Multisim2001在电路分析教学模块中的应用 当电路中仅含有独立源时，构建仿真电路比较容易，仿真结果大多数正确且不易出现错误。若在电路中含有受控源时，构建电路的正确与否将直接影响到分析的结果。含有一个电压控制的电压源，要求求出电路中的电压U。
首先用Multisim2001构建仿真电路，然后设置各元件的参数，即先分别从电源库及元件库中选取所需电源（含受控源）及负载电阻。需要注意的是受控源共有四个端与外部元件相连，其控制端应并联在电阻R2两端，受控端的负极与电阻R2连接，正极端接地，所以最好先构建电路的独立源与电阻的连接部分，再接入受控源。其次，双击元件符号，在属性对话框中对其参数进行设置。最后，打开仿真开关进行仿真，观察结果。通过观察发现电阻R2两端的电压为16V。
1.2 Multisim2001在模拟电路教学模块中的应用 共发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，常用作各种放大电路中的主放大极。典型的分压式放大电路，其中电阻R3、R4和R2组成分压电路，发射极上接有电阻R5、R6，由此来稳定静态工作点。当放大电路输入端加一个小的交流信号Ui后，输出端便可以输入一个与之相位相反且幅度增大的输出信号Uo，实现放大功能。放大电路的静态工作点设置的是否合理，将直接影响着放大电路的动态性能指标。因而对于基本共射极放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，才能保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生失真。
1.3 Multisim2001在数字电路教学模块中的应用 施密特触发器的主要用途是可以把变换缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。施密特触发器有两个特点：第一，电路有两种稳定状态。两种稳定状态的转换需要外加触发信号，维持两种稳定状态也依赖于外加触发信号。施密特触发器属于电平触发电路。第二，电路有两个转换电平。输入信号从低电平上升到电路输出电平发生转换时的电平，与输入信号从高电平下降到电路输出电平发生转换时的电平不同[2]。用555定时器构成施密特触发器的仿真电路[3]。其中CON端所接电容10nF起到滤波的作用，可以用来提高比较器参考电压的可靠性。THR和TR端连接在一起，作为施密特触发器的输入端。
2 启示
电工电子课程涵盖的范围比较广，在教学的过程中适当的引入仿真技术，能较为直观的将分析结果展现出来，其效果优于传统意义的教学手段。随着仿真技术在教学中的逐渐引入，必将在电工、电子及其相关领域发挥更大的作用。
参考文献
[1]林羽.Multisim2001在“电工与电路分析”教学中的应用.甘肃科技，2005.
放大电路的设计与仿真范文5
关键词 模拟电路；Multism 10；仿真
中图分类号TN7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）33-0123-01
模拟电路是普通高职院校电类专业必修的一门专业基础课，是一门实践性和工程性很强的课程。传统的模电理论教学模式多采用板书，同时配以多媒体课件，课后通过实验教学巩固所学知识锻炼实际动手能力。这种教学模式存在的不足是教师授课主要对电路工作原理进行讲解，学生是被动接受知识，不能完全理解电路的工作过程和运行结果，不利于培养高职学生的动手能力和创新能力。如果将电子仿真和EDA等新技术引入到教学中，学生在接受理论知识的同时，通过仿真软件运行观察电路的工作过程，加深对电路的理解，更容易掌握所学的内容，从而提高学习兴趣，收到很好的教学效果。
本文以教学中的具体内容为例，详细说明Multism 10仿真软件在模拟电路教学中的应用。
1 Multisim10概述
Multism10软件的作用就是在原理图设计过程中进行仿真、调试，设计出符合功能需求的电路原理图。Multism 10属于新一代的电子工作平台（Electronics Workbench）,它的试验区就好像是一块“面包板”，在上面可以建立各种电路进行仿真实验。软件提供了13 000多种的常用元器件库（包括常见3D软件），用户设计和实验时可以任意调用。同时软件还提供了19种常见仪表，用户可以根据设计的需求任意调用。Multism 10还提供了19种对电路不同的分析方法，包括对电路基本参数的分析、电路特性的分析、电路结果误差的分析，还可以进行参数扫描、温度扫描、极零点等其他参量进行分析。
2基于Multisim10的模拟电路课程设计应用实例
现以仿真分析放大电路的静态工作点Q为例来说明软件在课程教学中的应用。
1）首先调节放大电路正常进行工作，电路原理图如图1所示。
电路正常进行放大时，电路的工作状态如图2所示。图中蓝色波形为输出信号波形，红色为输入信号波形，由图可以看出放大电路对信号进行了不失真放大。需要说明的是放大电路的放大对象为低频小信号，输入信号的幅度过大会使三极管工作于非线性区引起波形的失真。同时输入信号的频率过高，会超过三极管的特征频率，同样会引起波形畸变。这里设置10mv输入信号幅度为，频率为1000Hz。
2）调节放大器正常工作，应用万用表对此时电路的静态工作点进行测量，测量电路原理图如图3所示。
由万用表的读数可知该放大电路的静态工作点为 ，,。
3）应用Multism 10的分析功能进行静态工作点分析
练习使用直流工作点分析来分析电路的静态工作点（以分析为例）。分析结果如图4所示。
由图可以看出，,,所以。考虑到仪表读数的误差，静态分析的结果与利用万用表所测量的结果一致。
放大电路的设计与仿真范文6
教学实例
以讲解射极偏置放大电路为例，本章节内容包括温度对工作点的影响，射极偏置放大电路稳定工作点的过程，静态工作点分析和交流工作状况分析，教学设计思路如下：（1）由基本共射放大电路的特点引出射极偏置放大电路。利用Multisim软件，打开温度扫描参数设计界面，设置起始温度和终止温度，分析温度对基本共射放大电路静态工作点的影响，基本共射放大电路如图1所示，在温度分别为26℃和96℃下节点1、2、3的电压如图2所示，从图2中，学生可以非常直观的看出温度对该放大电路静态工作点的影响。（2）分析温度对三极管参数的影响。（3）给出能够稳定工作点的射极偏置放大电路，如图3所示，分析各个元件在电路中所起的作用以及讲解该电路是如何稳定工作点的。（4）分别从理论上计算静态工作点和用Multisim仿真分析静态工作点，然后对两者进行比较，Multisim仿真分析静态工作点如图4所示，与理论值相近。（5）先从理论上推导分析电压放大倍数、输入电阻和输出电阻；再用Multisim仿真。仿真结果如图5、图6和图7所示，在图5中A通道为输出波形，B通道为输入波形，从图5可以看出放大倍数约192倍；图6为输入电阻的测量，从图6可计算出输入电阻约为3.24kΩ；图7为输出电阻的测量，从图7可计算出输出电阻约为5kΩ。最后对两者进行比较。
课后作业
多数教材都配有一定的练习题，而且有答案，因此很多学生对教师布置的课后作业不感兴趣，感到很枯燥，容易抄袭答案，这样背离了教师布置习题的初衷。为了避免这种现象发生，布置课后作业也要求学生将理论计算与仿真结合起来分析电路，还可以布置一些思考题来让学生思考，例如在讲完射极偏置放大电路后，课后可以布置这样一道题：电路如图3所示，讨论R5分别取0Ω和100Ω时温度对放大倍数的影响，学生通过设置温度扫描参数界面设置相应的参数。
进行仿真，得到R5=0Ω节点6的波形如图8所示，幅度值较大的为温度27℃时节点6的波形，而幅度值较小的为温度90℃时节点6的波形，学生从图8可以很明显的看出温度升高时，交流输出幅度值减小了，说明放大倍数的稳定性不高。R5=100Ω温度分别为27℃和90℃时节点6的波形如图9所示，学生从图9可以看出温度升高，交流输出幅度值变化不明显，说明R5起到稳定工作点的作用，也抑制了温度的变化对放大电路电压放大倍数稳定性的影响。
在整个做作业的过程中，学生通过理论计算，搭建仿真电路图，对原理图进行仿真，把仿真结果和理论计算做比较，这样既加深了学生对课堂知识的理解，又激发了学生的学习热情。
结论
要使学生较好地掌握模拟电子技术基础教材中的许多概念、理论知识，需在合理安排各个章节内容的基础上，强调教与学方法的改进，在授课的过程中，为了合理利用有限的课堂授课时间，电路图和一些重要的结论可用多媒体课件显示；推导过程用板书，这样可以让学生在上课时，有足够的时间思考和做笔记；对结果进行验证，可利用课前准备好的Multisim文件，或者在PPT中用超链接。
