【正文】 的輸出電壓，直到輸入信號(hào)只要一有變大，這時(shí)候截止失真與飽和失真就會(huì)出現(xiàn)；然而輸入信號(hào)有一些減小的時(shí)候，截止失真與飽和失真的現(xiàn)象的輸出信號(hào)同時(shí)消失，此時(shí)的放大電路即處于最佳靜態(tài)工作點(diǎn)。 圖 212 最大不失真電壓 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 4. 靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量 最大不失真電壓出現(xiàn)在放大電路中出現(xiàn)的時(shí)候，共射極放大電路的最佳靜態(tài)工作點(diǎn)就是此時(shí)。在 Multisim 仿真軟件中，放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量措施包括直接測(cè)量方法和直流分析法兩種方法。 在直接測(cè)量法中又包括了用電壓表、用電流表測(cè)量，用萬(wàn)用表測(cè)量、用測(cè)量探針測(cè)量。 我們首先將萬(wàn)用表接入自己設(shè)計(jì)電路中，按照自己所需要求接到特定的電位點(diǎn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量與分析。此時(shí)，萬(wàn)用表中所顯示的工作電壓數(shù)值，就是放 大電路工作在最佳狀態(tài)點(diǎn)時(shí)候的數(shù)值。然后在 Multisim軟件中點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行電路的仿真分析。在輸出電壓 ou 波形沒(méi)有失真的情況下，使用萬(wàn)用表 XMM1和 XMM2 測(cè)出輸入電壓 iu 的有效值 iU 和輸出電壓 ou 的有效值 oU 。如果想要得到放大器中的輸入電阻，在放大器正常工作情況下，按圖 216 所示的電路中，把已知電阻 R 接入被測(cè)量放大器的出入端和信號(hào)源之間，把 SU 和 iU 用交流毫伏表測(cè)出來(lái)，于是在根據(jù)輸入電阻的公式計(jì)算就出來(lái)了 iR =iiIU =RUURi= RUUU iS i 在上圖 215所示的電路中，關(guān)上開關(guān) S2，打開圖中函數(shù)發(fā)生器 XFG1，會(huì)彈出一個(gè)界面，把欄中輸入電壓改為 iu =20mV，把欄中的頻率改為 if =1kHz。在輸出電壓 ou 波形正常的情況下，操作開關(guān) S1，分別在打開和閉合的情況下用萬(wàn)用表測(cè)出輸出電壓波形 ou 的有效值 o1U = 與 o2U =，于是按照下式計(jì)算輸入電阻 iR 。我們可以把一個(gè)理想的電壓源和輸出電阻 oR 串聯(lián)所構(gòu)成的電路等效為放大器的輸出端。 在本節(jié)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)測(cè)量放大器空載時(shí)的輸出電壓 oU 和加上負(fù)載后的輸出電壓LU ，來(lái)測(cè)試其輸出電阻 oR 。當(dāng)打開 S2 時(shí)，萬(wàn)用表 XMM2 這個(gè)時(shí)候的讀數(shù)為 oU =；當(dāng)打開 S2時(shí)，萬(wàn)用表 XMM2 這個(gè)時(shí)候顯示的讀數(shù)為 LU =。 圖 216 放大電路輸入電阻測(cè)量原理 RC 一階電路仿真分析 RC 一階電路的特征 在 RC一階電路中最明顯的特征是含有電感或電容等儲(chǔ)能元件。在此過(guò)程期間，電路中的電壓、電流會(huì)處于暫時(shí)的不穩(wěn) 定狀態(tài)，因此成為暫態(tài)過(guò)程。當(dāng)開關(guān) S1接通電源 V1時(shí)， V1 此時(shí)會(huì)通過(guò)電阻 R1 對(duì)電容 C1 進(jìn)行充電；當(dāng)開關(guān)由上面的觸點(diǎn)切換到下端的觸點(diǎn)是，這時(shí)電容 C1 將經(jīng)歷通過(guò)電阻 R1 的放電過(guò)程；在充電和放電的過(guò)程中，電路就處于暫態(tài)過(guò)程。這種電流和電壓隨時(shí)間的變化，即成為 RC 一階線性電路的時(shí)域分析。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 221 RC電路的電容 充放電仿真電路 RC 一階動(dòng)態(tài)電路仿真分析 1. RC 電路的零狀態(tài)響應(yīng)的仿真分析 通俗的講電容 C1 充電的過(guò)程就是 RC 電路的零狀態(tài)響應(yīng)。也就是在此過(guò)程中我們將對(duì)電容兩端用 Multisim 進(jìn)行了仿真，即可得到 RC 一階電路零狀態(tài)響應(yīng)曲線。其實(shí)，在 RC 一階電路中存在一個(gè)時(shí)間常數(shù) ? ，當(dāng)時(shí)間大約達(dá)到 3? 4? 時(shí)電容即將飽和，亦電容充滿。 2. RC 電路的零輸入響應(yīng)的仿真分析 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 RC 電路的額零輸入響應(yīng)的仿真分析即是研究電容 C1放電的過(guò)程。在此時(shí)的過(guò)程中我們將對(duì)電容兩端的電壓用軟件 Multisim進(jìn)行仿真，即可得到 RC 一階電路零輸入響應(yīng)曲線。其實(shí)， RC 一階電路的放電和充電過(guò)程是一樣的，放電的長(zhǎng)短也是和時(shí)間常數(shù) ? 有關(guān)，當(dāng)放電時(shí)間達(dá)到 3? 4? 時(shí)電容放電完成。 3. 一階 RC 電路的全響應(yīng)仿真分析 其實(shí)，零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)之和就是一階 RC 電路的全響應(yīng)，這是因?yàn)殡娐返娜憫?yīng)是由出入激勵(lì)和原始狀態(tài)共同產(chǎn)生的響應(yīng)，而上述提到的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別是由原始狀態(tài)和輸入激勵(lì)產(chǎn)生的，故而說(shuō)全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的匯總。 首先，在 Multisim軟件搭建出如下圖 224所示的一階 RC 電路的全響應(yīng)仿真電路。 最后，在 Multisim軟件中點(diǎn)擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，接著雙擊示波器 XSC1 圖標(biāo)，在彈出的面板中即可看到出入的方波信號(hào)和一階 RC電路全響應(yīng)波形，如下圖 225所示。即 RC?? 與上述結(jié)果一樣，在電容器充電和放電過(guò)程中電壓和電流都會(huì)發(fā)生變化，而且我們能夠看出，大約在總量變化的 63%所需要的時(shí)間時(shí)，就能測(cè)出時(shí)間常數(shù)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3 章 簡(jiǎn)單濾波電路仿真 本章引言 濾波的由來(lái)其實(shí)是根據(jù)一個(gè)在工程上提出的理念。換另外一句話而言，也就是工程信號(hào)是由不同頻率和不同性質(zhì)的正弦波而構(gòu)成的，而這些組成信號(hào)的有區(qū)分的頻率的正弦波稱為信號(hào)的頻率成分。其實(shí)，最早在無(wú)線電的通信、自動(dòng)測(cè)量和控制系統(tǒng)上，就常常會(huì)利用濾波電路進(jìn)行模擬信號(hào)的處理，例如經(jīng)常會(huì)用在數(shù)據(jù)傳送、抑制干擾上等。 低通濾波器從字面意思就很明了的看出就是低頻信號(hào)能夠順利的通過(guò)而高頻信號(hào)則不能通過(guò)；顯而易見，高通濾波器則與其恰恰相反，也即是高頻信號(hào)能通過(guò)而低頻信號(hào)不能通過(guò)；帶通濾波器是設(shè)置了一個(gè)頻帶范圍只 要信號(hào)在其里面就能夠很容易的通過(guò)，而在這個(gè)設(shè)定的頻率范圍外的所有信號(hào)都不能通過(guò)；而帶阻濾波器的性能也是恰好與其相反，都是在設(shè)定了一個(gè)頻帶范圍內(nèi)，在里面的信號(hào)被阻斷，但只要在設(shè)定的此頻帶范圍之外的信號(hào)全部通過(guò)。從這里也可以很清楚的知道濾波電路的作用的重要性，在我們現(xiàn)實(shí)生活中作用更是巨大。正如下圖 31（ a）所示為典型的二階有源低通濾波器。下圖 31（ b）為二階有源低通濾波器的幅頻特性曲線。 二階低通濾波器的各個(gè)參數(shù)， 是 影響其濾波特性 的關(guān)鍵因素 ， 比 如 它的 阻尼系數(shù)的大小，決定了幅頻特性 是否 有峰值， 后者它的 諧振峰的高低。因此，它要求我們的要謹(jǐn)慎細(xì)微的做好計(jì)算的工作。當(dāng) 3up?A 時(shí) , ??Q ,此時(shí)有源濾波器將會(huì)產(chǎn)生自激效果。一旦實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了自激的效果，那就造成實(shí)驗(yàn)失敗的結(jié)果。 3. 電路設(shè)計(jì) 在本次試驗(yàn)中我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)低通有源濾波器電路。由公式 CfR o?2 1? 計(jì)算得出 ?? ,去標(biāo)稱值 ?? 。其中運(yùn)算放大器的型號(hào)則是采用 UA741。接下來(lái)只需要根具要求來(lái)完成電路 的仿真與分析即可達(dá)到目的。依據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求在仿真電路中把函數(shù)發(fā)生器 XFG1所提供的輸入信號(hào)設(shè)置為：幅度欄中改為 500mV、頻率欄中改為 5kHz、波形應(yīng)用正弦波信號(hào)。用波特 圖測(cè)試儀 XBP1 來(lái)測(cè)量電路的頻率響應(yīng)，設(shè)置器參數(shù)如下圖 33（ a）所示。在示波器 XSC1 中清晰顯示出來(lái)，波形如圖 34所示，低通有源濾波器的幅頻特性如圖 33（ b）所示。 圖 34 輸入、輸出波形圖 實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，只要電路參數(shù)設(shè)置合理，就可以構(gòu)成性能良好的低通濾波電洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 路。 其實(shí)高通濾波器很容易組成，只要把低通濾波電路中起濾波作用的電阻和電容變換就可以了 ，這樣就是二階有源濾波電器，如圖 35（ a）所示。它的幅頻特性曲線和二階低通濾波電路的幅頻特性曲線正好相反且對(duì)照。 此次試驗(yàn)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單高通濾波器，它的要求：截止頻率為 、電容選用 10nF， upA =。 由公式 upA ，則 ?RR ，取 ?? k101R ， ?? 。 在 Multisim 仿真軟件中找出自己設(shè)計(jì)電路對(duì)需要的元器件并設(shè)置好自己所需要的參數(shù)值搭建好高通有源濾波器電路，如下圖 36所示。在仿真電路中把函數(shù)發(fā)生器 XFG1 所提供的輸入信號(hào)設(shè)置為：幅度欄目中為 500mV、頻率欄目中為 5kHz、波形欄目中為正弦波信號(hào)。用波特圖測(cè)試儀 XBP1 來(lái)測(cè)量電路的頻率響應(yīng)，設(shè)置器參數(shù)如下圖 37（ a）所示。波形如圖 38 所示，低通有源濾波器的幅頻特性如圖 37（ b）所示。我們可以看出這次的仿真設(shè)計(jì)和理論值很接近。 圖 39 輸入、輸出波形圖 帶通濾波電路的仿真分析 通常用頻率響應(yīng)來(lái)描述濾波器的特性。濾波器在通帶內(nèi)應(yīng)具有零衰減的幅頻響應(yīng)和線性的相位響應(yīng)，而在阻帶內(nèi)應(yīng)具有無(wú)限大的幅度衰減。如洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 果把他們?cè)O(shè)置反了將成為帶阻濾波器。 （ a）電路圖 (b)幅頻特性 圖 31 二階帶通濾波器 2. 電路性能參數(shù) 二階帶通濾波器性能參數(shù)如下： 通帶增益 upA ： abup 1 RRA ?? 中心頻率 o? ： 2132121o 21 CCRRR RR ?? ?? 通帶寬度 B ： QB o/?? 品質(zhì)因數(shù) Q ? ? 22112321 /1/1/1/1 CRACRCRCRQ oo ????? ? 本電路自身有自己的優(yōu)點(diǎn)，不影響中心頻帶的情況下，改變 fR 和 4R 的比例就可以改變頻寬。我們需要測(cè)量出該電路的通頻帶增益、中心頻率和帶寬，計(jì)算品質(zhì)因數(shù)并與理論值作比較。我們需要在建立好的上圖 311 中，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求來(lái)設(shè)置一些硬件的參數(shù)。電路的輸入信號(hào) iU 、輸出信號(hào)oU 波形由示波器 XSC1 的通道 A， B 分別觀測(cè)。在所有所需設(shè)置參數(shù)的硬件設(shè)備設(shè)置完畢后，在 Multisim 仿真軟件中點(diǎn)擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真分析。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 （ a）帶通的通帶增益及中心頻率 （ b）帶通的下線截止頻率 圖 312 二階帶通濾波器幅頻特性 在示波器 XSC1 中我們能看出輸出波形和輸入波形的比例大約是 2 倍，從圖313（ a）我們可以看出它的通帶增益為 6dB，中心頻率為 ，當(dāng)下降 3dB對(duì)應(yīng)的下 限截止頻率大約為 。其實(shí)基本的二階有源帶阻濾波器是很容易構(gòu)成的，一般只要在雙 T網(wǎng)絡(luò)后加上一級(jí)同向的比例運(yùn)算電路就可以構(gòu)成了。 （ 1） 運(yùn)算放大器采用 UA741。 （ 3） 品質(zhì)因數(shù)：1221 RRQ? =Bo? =10。 4. 電路仿真 在 Multisim 軟件中找出自己設(shè)計(jì)的電路原理圖所需的電器元器件并設(shè)置好所需要的參數(shù)，搭建好高通有源濾波器電路，如下圖 315所示。在仿真電路中把函數(shù)發(fā)生器 XFG1 所提供的輸入信號(hào)設(shè)置為：幅度為 1V、頻率為 500Hz、正弦波信號(hào)。使用波特圖測(cè)試儀 XBP1 來(lái)測(cè)量帶阻濾波器電路的頻率特性，設(shè)置參數(shù)如下圖 316（ a）所示。接下來(lái)電路的輸入波形和輸出波形將會(huì)在示波器 XSC1 中清晰的顯示出來(lái)，波形如下圖 317 所示。 （ a）通帶增益 （ b）中心頻率 圖 316 二階帶阻濾波器幅頻特性 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 從圖 318中可以看出當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為 500Hz 時(shí)，輸出的波形幅值很小。 圖 317 二階帶阻有源濾波器輸入、輸出波形圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 結(jié) 論 兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本完成，通過(guò)運(yùn)用 Multisim 仿真軟件對(duì)電路的仿真和分析不僅讓我學(xué)到了新的知識(shí)而且對(duì)原來(lái)已學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行了鞏固和加強(qiáng)。在這些試驗(yàn)中得到了一些結(jié)論雖然和我們?cè)谡n本中所學(xué)到的理論有所不同，但是都是在誤差允許的范圍內(nèi)。 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅能夠體現(xiàn)到 Multisim 仿真軟件的準(zhǔn)確度而且更加能夠顯出這個(gè)軟件的強(qiáng)大，它就是一個(gè)虛擬的小實(shí)驗(yàn)室在這里你能夠仿真出任何你想仿真的電路。 Multisim 仿真軟件就是將實(shí)驗(yàn)室裝進(jìn)了電腦里，把理論和實(shí)踐結(jié)合在了一起，這樣也就體現(xiàn)出了 Multisim 仿真軟件不僅 節(jié)省了實(shí)驗(yàn)器材而且為實(shí)踐節(jié)約了大量的成本，這樣使許多運(yùn)用者都非常青睞它。在 Multisim仿真軟件中的得到的結(jié)夠也是及形象而且直觀，輕輕松松完成實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論。 雖然 Multisim 仿真軟件優(yōu)點(diǎn)比比皆是到他也有它的不足之 處和它的局限性，畢竟這個(gè)軟件是一個(gè)虛擬的東西，我們是客觀存在的人，它阻止了我們對(duì)現(xiàn)實(shí)中客觀存在的實(shí)物的接觸，讓我們學(xué)生缺少了實(shí)際操作的能力，這是 Multisim 仿真軟件不能夠滿足的了的。有利有弊永遠(yuǎn)不可避免，我們可以用它當(dāng)做額外的輔助學(xué)習(xí)軟件。 雖然在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，但是回顧專升本兩年來(lái)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲，我感到無(wú)限欣慰和開心。在論文的寫作過(guò)程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了難關(guān)。另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支 持與幫助。 其次感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)術(shù)研究者。通過(guò)你們?cè)趯W(xué)術(shù)研究的成果