单片机论坛

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 2770|回复: 3
收起左侧

小信号调谐放大器Multisim仿真实验

[复制链接]
monster_ 发表于 2019-1-11 10:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
小信号调谐放大器仿真实验报告

小信号调谐放大器同时具有选频和放大功能,电路由有源器件和无源选频网络组成。高频小信号调谐放大器在通信设备中的主要用途是作为接收机的高频放大器和中频放大器。

一、实验目的
1.熟悉Multisim仿真工具的使用方法,包括:
(1)静态工作点分析方法。根据电路参数设置,判断晶体管处于放大区,以确保电路正常工作;
(2)运用参数扫描的方法研究元件参数改变对电路性能的影响;
(3)运用交流分析,或波特仪分析信号的幅频特性。用示波器观察时域波形图。
2.借助于Multisim仿真工具分析研究电路元件参数对放大器交直流特性的影响。包括:
(1)掌握谐振放大器的基本工作原理,掌握小信号放大器偏置电路设计方法;
(2)分析放大器静态工作点、集电极等效电阻及发射极电阻对单调谐放大器幅频特性的影响。包括电压增益、通频带、Q值等;
(3)分析耦合电容对双调谐放大器选频特性的影响。包括增益特性,带宽及强耦合状态下耦合电容变化对双峰及凹陷点频率的影响;
(4)培养通信电路综合分析能力,掌握仿真实验报告撰写的基本规范。

单调谐放大器
1.实验原理
小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和选频。单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。图中,R1、W1、RE为偏置电阻,用以保证晶体管工作于放大区域,使放大器工作于甲类。C1是RE的旁路电容,C2、C7是输入、输出耦合电容,L2+L3、CT+C3构成放大器谐振回路,R2是集电极可变等效电阻,它对谐振回路Q值、带宽有重要影响。为了减轻负载对集电极回路Q值的影响,采用部分接入方式。
2.单调谐放大器实验电路
图1-1给出单调谐放大器的原理图。
图1-1单调谐放大器原理图

图中W1为100K可变电位器,回路电感由 “L2(5.6μH)和L3(2.4μH)两个电感构成,输出由两个电感之间引出,实现了负载电阻的部分接入。集电极等效电阻为20K可变电阻,通过改变该阻值研究等效电阻对放大器选频特性的影响。发射极电阻RE(2K、1K和100Ω)通过开关选择接入,用以研究该电阻对放大器增益特性的影响。
电路的有源器件采用NPN型的三极管2N2222作为调谐放大器的核心器件。该器件最大集电极电流IC=800mA、集电极-发射极击穿电压VCE=30V,工作截止频率为250MHz,β取值范围在100-300,导通电压为 0.7V。

按图1-1给出的单调谐放大器连接电路

3.仿真研究内容及要求
3.1 静态工作点分析
取RE为1K,调节可变电阻W1,设置其阻值分别为100K、68K、22K、330Ω,用Multisim中的探针或数字万用表测量三极管基极、发射极电压,填写表1,并判断三极管工作状态(截止、饱和、放大)。

表1

可变电阻W1
(kΩ
实  测
实测计算
根据VCE 判断晶体管工作状态
原 因
VB (V)
VE (V)
IB(μA)
IC(mA)
VCE (V)
100
0.694
0.129
1.17
-0.128
11.871
截止
VCE≈VCC
68
0.900
0.397
2.36
-0.395
11.603
放大
VCE≥UBE
22
2.59
1.96
9.27
-1.95
10.038
放大
VCE≥UBE
0.33
11.4
10.7
104
-10.6
1.332
放大
VCE≥UBE


3.2 静态特性研究
(i)将可变电阻W1初值设定为22K使晶体管工作于放大区,取R2=10K,Re=1K,输入频率为3MHz,Vop-p=60mV的正弦信号,用示波器观察输出波形。调节可变电容CT,使输出信号幅度最大,以确保选频回路谐振在3MHz附近,记录此时可变电容CT的数值36pF,根据谐振回路的L、C值计算放大器中心频率f03.07MHz 如与3MHz有偏差说明原因。进一步计算并填写表2第1列。
(ii)将可变电阻W1顺时旋转到底,此时可变电阻阻值最大,记作W1max,用示波器观察放大器输出波形。如果没有输出信号(因为处于截止区)则缓慢逆时针调整W1直至有输出波形,记录此时W1max的阻值,计算并填写表2第2列。(有波形输出)
(iii)逆时针调整W1使其阻为W1med时,记录此时的最大不失真输出信号幅值,及W1med的阻值,计算并填写表2第3列。
(iv)进一步逆时针调整W1使其阻值为W1min时,输出信号出现饱和失真,记录此时的W1min阻值,填写表2第4列。
表2
W1(kΩ)
22
W1max
W1med
W1min
100
20
10
VCE (V)
10.04
11.851
9.841
8.131
Vop-p (V)
6.891
1.319
6.901
6.206
G
114.85
21.98
115.02
103.43
静态工作点所处位置
放大
截止
放大
饱和


W1取值22K、W1max、W1med及W1min相对应的仿真输出波形
W1=22kΩ

W1= W1max

W1= W1med

W1= W1min

设置合适的静态工作点Q,以获得较大的不失真输出信号,Q点过高(或过低)会引起输出信号的饱和(或截止) 失真。

根据仿真分析结果确定最优上偏置电阻W1的阻值(最优指的是放大器输出最大不失真电压时所对应W1的阻值)W1med=20kΩ

从理论上分析输出波形产生饱和失真的原因,并解释调谐放大器为何不会出现截止失真。
当W1的值过小,VCE值过小,静态工作点过高,三极管进入饱和状态,引起输出信号的饱和失真;因选频网络的选频特性,无法观察到截止失真波形。

如何正确设置偏置电路(W1、R1)以满足,并通过仿真分析验证该方法的正确性。
直流偏置电路的作用在于为晶体管正常工作提供合适的静态工作点。该电路静态工作点Q主要由RE、W1、R1、VCC确定。利用W1和R1的分压固定基极偏置电位VBQ。只有当IW1>>IBQ时,才能获得恒定的VBQ,故要求IW1=(5~10)IBQ。负反馈越强,电路稳定性越好,故要求 VBQ>>VBE,一般硅管取VBQ=(3~5)VBE。
由于放大电路是工作在小信号放大状态的,放大电路的工作电路 ICQ一般在0.8~2mA范围内为宜,设计电路中取VCC=12V,IC=1.5mA,β=100,设发射极电阻 RE=1kΩ,VBEQ=0.7 V
VEQ=IEQRE =ICQRE =2mA×1kΩ=2V
VBQ= VEQ+ VBEQ=2V+0.7 V=2.7V
VCEQ= VCC-VEQ=12 V-2V =10V
VBQ=VCC=2.7V
=
设R1=6.2kΩ,则W1=21.4kΩ,所以取W1为22kΩ。
仿真验证:分别在W1、R1处加入探针测得

3.3 动态特性研究
1.集电极等效电阻对放大器幅频特性的影响
将W1设置为最优阻值W1med,Re=1K,R2分别设置为20K、10K、2K、470Ω,将频率范围设置为1—5MHz,用波特仪或在Multisim中执行“视图>图示仪”,打开图形显示窗口,观察放大器的幅频特性,根据仿真结果计算3dB带宽、Q值及中心频率的增益G0,填写表3。
表3

带宽BW(MHZ)
Q
G0(dB)
R2=470
1.2595
2.382
23.1826
R2=2K
0.7003
4.284
51.8510
R2=10K
0.6144
4.883
66.3695
R2=20K
0.6015
4.988
68.1943

用参数扫描的方法,观察集电极等效电阻分别为20K、10K、2K、470Ω时的幅频特性曲线。请描述实现的方法与步骤。
置集电极电阻为R3
通过 “仿真>分析>参数扫描”打开参数扫描设置界面,扫描参数、待扫描的点等设置如图所示
设置合理的频率扫描及点数
在输出中添加输出端口V(7)
设置完成后点击“仿真”按钮执行分析,得到如图所示的幅频特性曲线

根据表3分析结果,说明集电极等效电阻R2对放大器G0、3dB带宽及Q值产生的影响。
仿真结果表明,R2增大,电压增益变大、品质因数变大、通频带变窄,选择性变好,意味着L的损耗越小,仿真结果表明提高电感元件的品质因数有利于改善放大器的选频特性,该结果与理论相符合。

发射极电阻对放大器增益特性的影响
设置RE分别取100Ω,1kΩ,2kΩ 时,利用参数扫描中的瞬态分析得到如图所示的输出波形。
观察仿真结果可得出以下结论:
a.当发射极总电阻RE设置为100Ω时,输出波形出现幅度衰落,放大电路无法稳定工作,仿真结果与理论相符。
b.当RE分别设置为1kΩ、2kΩ时,输出波形幅值稳定,RE值增大,输出波形幅度减小,即电压增益减小。
综合上述仿真结果可知,要提高静态工作点的稳定性,应增加发射极总电阻RE,但RE增加导致放大电路的增益减小。兼顾静态稳定性和放大电路增益两个因素,发射极总电阻值设置为 1kΩ。

完整的Word格式文档51黑下载地址:
小信号调谐放大器仿真实验.docx (363.92 KB, 下载次数: 6)

评分

参与人数 2黑币 +65 收起 理由
tieq1952 + 15
admin + 50 共享资料的黑币奖励!

查看全部评分

回复

使用道具 举报

yy3900636 发表于 2019-5-21 18:09 | 显示全部楼层
学习了 ,谢谢楼主分享。。。。
回复

使用道具 举报

tieq1952 发表于 2019-5-22 07:03 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享。。。。
回复

使用道具 举报

aklimc 发表于 2019-6-4 17:10 | 显示全部楼层
感谢分享
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

QQ|手机版|小黑屋|单片机论坛 |51黑电子论坛单片机 联系QQ:125739409;技术交流QQ群582644647

Powered by 单片机教程网

快速回复 返回顶部 返回列表