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放大電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第1篇

[關(guān)鍵詞]低噪聲放大器；射頻識(shí)別；噪聲系數(shù)；增益；穩(wěn)定系數(shù)

中圖分類號(hào)：TN722.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）44-0072-02

1 引言

射頻識(shí)別（RFID）是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，LNA作為RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一， 主要功能是放大從天線接收到的信號(hào)，用于后級(jí)電路處理，同時(shí)抑制噪聲干擾，提高系統(tǒng)的靈敏度，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸過(guò)程中起重要作用。為了減少射頻前端電路及天線的體積，目前針對(duì)RFID系統(tǒng)的研究主要集中于5.8GHz的高頻段。本文采用ATF-541m4晶體管，利用ADS軟件通過(guò)電路級(jí)以及版圖級(jí)聯(lián)合仿真，設(shè)計(jì)了一種可用于RFID系統(tǒng)的5.8GHz單級(jí)低噪聲放大器。

2 電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)LNA電路時(shí)，需要綜合考慮放大器的增益、噪聲系數(shù)與輸入輸出匹配等參數(shù)。本文采用ATF-541m4晶體管實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的設(shè)計(jì)，放大器晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)將決定所設(shè)計(jì)的放大器的工作狀態(tài)，偏置狀態(tài)不同，晶體管的阻抗特性差別會(huì)很大，需要在選定器件后根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)獲得偏置電壓信息，設(shè)置ATF-541m4晶體管的直流工作點(diǎn)為。所設(shè)計(jì)的LNA電路原理如圖1所示。

其中，R1、R2、R3為直流偏置電阻，Vdc為工作電壓，C1、C2為隔直電容，L1、L2為扼流電感，C3、C4為旁路電容，C5、C6、C7為去耦電容。TL1、TL2和Tee1組成了輸入端的微帶線匹配電路，Tee2、Tee3、TL3、TL4和TL5組成了輸出端的微帶線匹配電路。電路的穩(wěn)定性是放大器能夠正常工作的前提，因此需要對(duì)晶體管進(jìn)行增強(qiáng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明在3GHz-8GHz頻帶內(nèi)，穩(wěn)定性因子k=1.004，大于1，放大器保持絕對(duì)穩(wěn)定。偏置電路是射頻電路的設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分，其主要作用是為放大器等有源器件提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以保證整個(gè)電路能夠正常工作。根據(jù)晶體管的直流工作點(diǎn)可以計(jì)算出，R1=28Ω，R2=222Ω，R3=33Ω。輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是減小信號(hào)反射。若電路不匹配，則會(huì)形成反射，降低效率。對(duì)于低噪聲放大器而言首先需要考慮的是最小噪聲，再根據(jù)最佳噪聲匹配來(lái)設(shè)計(jì)輸入端的匹配電路。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)主要考慮LNA的駐波比和增益，輸出端一般采用共軛匹配以獲得最小駐波比和最大增益。通過(guò)仿真優(yōu)化得出本文設(shè)計(jì)的LNA輸出阻抗ZL=73.17-j16.719Ω。

3 電路及版圖級(jí)聯(lián)合仿真結(jié)果

針對(duì)圖1所示的電路原理圖，利用計(jì)算出的各元件參數(shù)進(jìn)行ADS仿真，得出LNA的增益、噪聲系數(shù)、輸入/輸出反射系數(shù)等的電路仿真結(jié)果。再根據(jù)原理圖生成版圖，在版圖設(shè)計(jì)中，需增加一定數(shù)量的接地過(guò)孔，如果缺少接地過(guò)孔，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法得到S參數(shù)理想結(jié)果。優(yōu)化后得到的電路版圖如圖2所示。

圖3所示為利用版圖進(jìn)行的聯(lián)合仿真以及原理圖級(jí)仿真結(jié)果對(duì)比。當(dāng)工作頻率為5.8GHz時(shí)，聯(lián)合仿真中增益為10.25dB，滿足大于10dB的設(shè)計(jì)指標(biāo)，與電路仿真結(jié)果相比略有減??；聯(lián)合仿真中放大器的噪聲系數(shù)與電路仿真結(jié)果良好吻合，約為0.95dB；聯(lián)合仿真的輸入反射系數(shù)S11 = -30.16dB，輸出反射系數(shù)S22 = -15.72dB，說(shuō)明該放大器的輸入匹配較好，但由于輸出匹配中微帶線的長(zhǎng)度較長(zhǎng)等原因，輸出匹配沒(méi)有輸入匹配的效果好，但滿足設(shè)計(jì)要求。

4 總結(jié)

本文以ATF-541m4晶體管為核心，通過(guò)設(shè)計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)、增益反饋、輸入/輸出匹配等電路，仿真實(shí)現(xiàn)了一種單級(jí)低噪聲放大器，利用ADS進(jìn)行了電路級(jí)、版圖級(jí)聯(lián)合仿真優(yōu)化，結(jié)果表明在5.8 GHz處，放大器增益為10.25dB，噪聲系數(shù)為0.95 dB，輸入與輸出的反射系數(shù)分別為-30.16 dB和-15.72 dB，穩(wěn)定系數(shù)大于1。

參考文獻(xiàn)

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放大電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第2篇

分別以電工及工業(yè)電子學(xué)課程中典型電路為設(shè)計(jì)實(shí)例，利用Multisim設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解能力以及學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生真正做到變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

1.1基爾霍夫電流和電壓定律的仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律是電路理論中最基本的定律之一，也是最重要的定律之一，它闡明了電路整體結(jié)構(gòu)的規(guī)律，應(yīng)用極為廣泛，對(duì)該定律掌握的好壞直接影響后續(xù)電路知識(shí)的學(xué)習(xí)。該部分內(nèi)容的仿真實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證為主，利用Multisim仿真基爾霍夫定律，繪制具體電路，驗(yàn)證理論教學(xué)中的結(jié)論。在Multisim環(huán)境中設(shè)計(jì)的驗(yàn)證基爾霍夫電流定律的電路如圖1所示。由圖1可知：I1＋I(xiàn)2＝I3，I3＋I(xiàn)4＝I2，從仿真實(shí)驗(yàn)的角度驗(yàn)證了基爾霍夫電流定律，幫助學(xué)生理解電路結(jié)點(diǎn)電流代數(shù)和等于零，以及電流的正負(fù)問(wèn)題。學(xué)生在學(xué)習(xí)基爾霍夫電壓定律時(shí)，對(duì)回路方向和電位降以及電位升之間的關(guān)系問(wèn)題容易理解錯(cuò)誤。為此，通過(guò)Multisim仿真實(shí)驗(yàn)可以直觀地觀察到測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)圖2）。

1.2晶體三極管放大電路仿真分析晶體三極管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)分析和動(dòng)態(tài)性能分析是電子學(xué)課程中一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，尤其是小信號(hào)放大電路動(dòng)態(tài)性能分析，在實(shí)際中應(yīng)用十分廣泛。結(jié)合Multisim對(duì)共發(fā)射極分壓式偏置電路進(jìn)行仿真，使學(xué)生能夠直觀地理解信號(hào)放大的原理，以及靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置與信號(hào)失真的關(guān)系。在Multisim環(huán)境中設(shè)計(jì)的晶體三極管放大電路如圖3所示。為了使三極管能夠完成正常的信號(hào)放大，需要設(shè)置合理的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)R7＝136kΩ，使Vb＝2．42V，Vc＝7．41V，Ve＝1．79V。此時(shí)，在輸入端輸入一個(gè)正弦信號(hào)，輸出端將輸出一個(gè)放大的信號(hào)（見(jiàn)圖4（a））。圖中，示波器上半部分顯示的為輸入信號(hào)波形，下半部分顯示的波形為輸出波形。調(diào)節(jié)R7＝13．6kΩ，輸出端信號(hào)將出現(xiàn)飽和失真（見(jiàn)圖4（b））；調(diào)節(jié)R7＝340kΩ，則由于靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)低，輸出端信號(hào)將出現(xiàn)截止失真（見(jiàn)圖4（c））。

1.3運(yùn)算放大器的電路仿真驗(yàn)證運(yùn)算放大器在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛。運(yùn)算放大器可以用來(lái)設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，完成比例、積分、微分、濾波以及信號(hào)發(fā)生器等功能［10］。掌握了運(yùn)算放大器的使用，可以方便地設(shè)計(jì)各種控制電路。本文以LM324為例設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)。

1.3.1反向比例放大器仿真分析反向比例放大器是基本的放大電路，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以更好地理解負(fù)反饋以及放大器的“虛短”和“虛斷”概念。利用Multisim繪制反相放大電路如圖5所示。為了驗(yàn)證電路的性能，輸入頻率為500Hz、峰值為99．72mV的正弦信號(hào)，輸出信號(hào)峰峰值為1．98V，輸入和輸出相位差為π，信號(hào)幅度之比約為10。值得注意的是，運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益有上萬(wàn)倍，但由于引入了深度負(fù)反饋，放大器的增益只與外接的元件數(shù)有關(guān)。

1.3.2有源濾波電路仿真分析濾波器就是一種選頻電路，它能夠從含有各種頻率成分的信號(hào)中選出有用的信號(hào)。利用運(yùn)算放大器可以設(shè)計(jì)各種濾波器，這里僅對(duì)有源低通濾波器進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)Multisim仿真一種Sallen－Key電路結(jié)構(gòu)的濾波器的原理（見(jiàn)圖6（a））。由圖6（b）可知，在增益達(dá)到－2．728dB時(shí)，fc＝10．879kHz。在0～10kHz范圍內(nèi)的頻率對(duì)應(yīng)增益約為0dB，并且增益穩(wěn)定，符合理論設(shè)計(jì)要求。

1.3.3運(yùn)算放大器構(gòu)成信號(hào)發(fā)生器仿真分析運(yùn)算放大器工作在開(kāi)環(huán)或者是正反饋情況下，可以構(gòu)成信號(hào)發(fā)生器。該電路采用維恩電橋振蕩電路，通過(guò)引入正反饋產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)，電路如圖7所示。運(yùn)放反相端接反相差動(dòng)放大電路，同相端接維恩電橋，電路振蕩時(shí)產(chǎn)生頻率為f＝1／（2πRC）的正弦信號(hào)。

1.4555定時(shí)器電路仿真分析555時(shí)基電路是一種模擬／數(shù)字混合集成電路，在外部配上適當(dāng)阻容元件，可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生、整形和變換電路，如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、自動(dòng)控制電路、頻率變換電路等。555定時(shí)器電路除了產(chǎn)生常見(jiàn)的正弦波、矩形波外，還可以產(chǎn)生三角波、鋸齒波等。矩形波是其他信號(hào)的基礎(chǔ)，例如，若矩形波信號(hào)加在積分運(yùn)算電路的輸入端，則輸出可得三角波；改變積分電路正向積分和反向積分時(shí)間常數(shù)，使某一方向的積分常數(shù)趨于零，則可獲得鋸齒波。

2結(jié)束語(yǔ)

放大電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第3篇

以高頻實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行高頻小信號(hào)放大實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，且對(duì)高頻小信號(hào)放大器的理論學(xué)習(xí)幫助有限。若輔以Multisim12.0仿真軟件，硬件無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以進(jìn)行仿真，對(duì)于高頻小信號(hào)放大器理論學(xué)習(xí)將有更大的幫助。

【關(guān)鍵詞】高頻小信號(hào)放大 硬件實(shí)驗(yàn) Multisim12.0仿真

高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器是各類通信設(shè)備中常用的功能電路。由于高頻小信號(hào)放大器電路的理論分析比較抽象，在性能指標(biāo)計(jì)算過(guò)程中大多用到近似方法。高頻小信號(hào)放大器實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)可以有更助于學(xué)生對(duì)理論教學(xué)中的理論分析及性能指標(biāo)含義等理解，提高小信號(hào)放大器的教學(xué)質(zhì)量。但基于目前實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生操作只限定在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有限的實(shí)驗(yàn)箱上，硬件電路難以升級(jí)，內(nèi)容理解程度受限。本文將利用Multisim12.0仿真軟件，以實(shí)驗(yàn)箱的高頻小信號(hào)放大電路為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真搭建，并進(jìn)行仿真研究，從而彌補(bǔ)硬件電路無(wú)法進(jìn)行的性能指標(biāo)測(cè)試及參數(shù)變化對(duì)放大電路的性能指標(biāo)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)硬件電路

目前高頻電子線路實(shí)驗(yàn)所用的主要儀器為ZYE1201C3實(shí)驗(yàn)箱，高頻小信號(hào)放大實(shí)驗(yàn)電路為共射極接法放大器，硬件電路原理如圖1所示。

目前由于實(shí)驗(yàn)條件所限，能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只有電路調(diào)諧和測(cè)量電壓增益，在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)整中周，使電路諧振于輸入信號(hào)頻率10.7MHz，并測(cè)量電路的放大倍數(shù)為Av===14.7。由于高頻小信號(hào)放大器的通頻帶與電壓增益的乘積的關(guān)系為Av0*Δf0.7=，根據(jù)晶體管的工作點(diǎn)查有關(guān)手冊(cè)可計(jì)算出其等效Y參數(shù) （其中，|yfe|≈22.5ms，CΣ=123pF ），可近似估算出通頻帶2Δf0.7=1.97MHz。由于通頻帶是通過(guò)理論近似計(jì)算得出，因此實(shí)際數(shù)值與計(jì)算值可能用較大誤差。對(duì)于理論教學(xué)中提到的LC回路的選頻作用是怎么樣實(shí)現(xiàn)的，LC回路的品質(zhì)因數(shù)對(duì)放大器性能指標(biāo)的影響是如何體現(xiàn)的，在上述的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中不能得到體現(xiàn)，這樣對(duì)于理論教學(xué)的中有關(guān)問(wèn)題的幫助作用不大。若在完成實(shí)驗(yàn)箱硬件電路基礎(chǔ)上，采用Multism12.0仿真軟件，搭建與實(shí)驗(yàn)箱硬件一樣的高頻小信號(hào)放大電路并進(jìn)行仿真分析，可以使學(xué)生了解高頻小信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)方法，并深入理解各部分元件在電路中所起到的作用。當(dāng)改變仿真電路參數(shù)時(shí)，用虛擬儀器對(duì)改變參數(shù)后電路的輸出電壓和通頻帶進(jìn)行測(cè)量，還能使學(xué)生加深高頻小信號(hào)放大器電路參數(shù)變化對(duì)性能指標(biāo)影響的理解。

2 Multisim12.0的仿真電路及分析

2.1 軟件介紹

Multisim12.0是美國(guó)國(guó)家儀器有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。軟件包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，再結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

將Multisim12.0 仿真軟件引入高頻小信號(hào)放大實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能夠克服實(shí)驗(yàn)室中的儀器不足的缺點(diǎn)，而且可以實(shí)現(xiàn)“軟件就是儀器”，“一臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室”，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)營(yíng)造另一種真實(shí)的電路工作場(chǎng)景[2]。

2.2 高頻小信號(hào)放大器仿真電路

用Multisim12.0對(duì)實(shí)驗(yàn)的硬件電路進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)仿真電路如圖2所示。由于Multism12.0中沒(méi)有國(guó)產(chǎn)的晶體管3DG12C，這里用通用的2N5551來(lái)代替，但在參數(shù)模型中將2N5551的參數(shù)可以設(shè)置與3DG12C的參數(shù)相同。由于在Multism12.0中無(wú)中周模型[3]，仿真電路中用理想變壓器替換，且接入系數(shù)假設(shè)原邊和副邊設(shè)置為1，并假設(shè)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為100。經(jīng)如上假設(shè)后，用理論近似計(jì)算出的放大倍數(shù)AV==16.1。在輸出端用虛擬示波器所得到的電壓波形和使用特性分析儀測(cè)量通頻帶輸出如圖3所示， 在輸入輸出波形圖，可計(jì)算出電壓放大倍數(shù)AV=17.8。在波特分析儀中可以計(jì)算出通頻帶2Δf0.7=2.19MHz。因此，用2N5551所做的仿真電路是可行的。

2.3 LC回路的選頻功能

單調(diào)諧高頻小信號(hào)放大器是采用具有選頻功能LC諧振回路作為負(fù)載的，即對(duì)于接近于LC諧振頻率的信號(hào)進(jìn)行有較大的增益，對(duì)遠(yuǎn)離諧振頻率的信號(hào)增益迅速下降。對(duì)于ZYE1201C3高頻電子線路實(shí)驗(yàn)箱來(lái)說(shuō)，其產(chǎn)生的信號(hào)源為單一10.7MHz信號(hào)，對(duì)于LC回路的選頻作用將不能進(jìn)行驗(yàn)證。Multism12.0的仿真電路中，可以設(shè)置多個(gè)不同頻率的信號(hào)源，來(lái)觀察LC的選頻功能。高頻小信號(hào)放大器LC選頻功能仿真電路中，同時(shí)設(shè)置有大小為30mV頻率10.7MHz，大小10mV頻率60MHz和大小10mV頻率120MHz三種電源信號(hào)。用虛擬頻率計(jì)測(cè)量放大器輸出端的頻率，用示波器分別測(cè)量輸入和輸出端的電壓波形，如圖4所示。從頻率計(jì)示和輸出波形來(lái)看，LC回路只對(duì)10.7MHz的信號(hào)有較大的增益，對(duì)其它頻率的信號(hào)增益近似為0。通過(guò)仿真電路，可以使學(xué)生加深對(duì)C回路選頻作用的理解，及如何設(shè)置L和C的參數(shù)。

2.4 電路參數(shù)變化對(duì)放大器性能指標(biāo)的影響

由于實(shí)驗(yàn)箱中的電路參數(shù)是固定不能改變的，因此，分析高頻小信號(hào)放大器的性能指標(biāo)受參數(shù)變化影響將不能實(shí)現(xiàn)。Multism12.0的仿真電路中，可以方便地設(shè)置電路中任一元件的參數(shù)。對(duì)于學(xué)生理解參數(shù)變化對(duì)高頻小信號(hào)放大器性能指標(biāo)影響將有很大的幫助。

2.4.1 選頻回路的品質(zhì)因數(shù)對(duì)放大器性能的影響

當(dāng)LC選頻網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)下降到50時(shí)，高頻小信號(hào)放大器的放大倍數(shù)將會(huì)減小，通頻帶將增大。品質(zhì)因數(shù)下降后仿真波特圖如圖5所示。

2.4.2 負(fù)載電阻變化對(duì)放大器性能的影響

當(dāng)負(fù)載電阻增加到10KΩ時(shí)，高頻小信號(hào)放大器的放大倍數(shù)將增大，通頻帶將會(huì)減小。負(fù)載增加后仿真波特圖如圖6所示。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析可以看出，在高頻小信號(hào)放大實(shí)驗(yàn)中，若先在硬件實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行調(diào)諧和電壓增益的實(shí)驗(yàn)，將使學(xué)生對(duì)放大器作用有初步了解。然后用Multism12.0搭建仿真電路，通過(guò)改變仿真電路參數(shù)，分析當(dāng)電路參數(shù)變化時(shí)對(duì)高頻小信號(hào)放大器的增益和通頻帶的影響。把傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱和仿真軟件結(jié)合起來(lái)的實(shí)驗(yàn)方法，可以幫助學(xué)生加深高頻小信號(hào)放大器的理論知識(shí)的理解、激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

參考文獻(xiàn)

[1]張肅文.高頻電子線路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]雷躍，譚永紅.NI Multisim11在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2011（06）：62-65.

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作者簡(jiǎn)介

張振紅（1978-），女，赤峰市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)供職于長(zhǎng)治學(xué)院物理系，主要從事電子線路研究。

放大電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第4篇

伴隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)被廣泛運(yùn)用到教學(xué)領(lǐng)域中，仿真技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，同樣也被運(yùn)用到電子專業(yè)的教學(xué)當(dāng)中，且對(duì)促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量與效率的提升，起到了舉足輕重的作用。以下筆者以“放大電路”的學(xué)習(xí)為例，對(duì)仿真技術(shù)在電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。在模擬電路中，放大電路是一個(gè)極為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，其中最為基本的電路形式就是共射極放大電路。因此，在放大電路教學(xué)過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)利用多媒體課件對(duì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，例如信號(hào)放大的基本概念、共射極電路的構(gòu)成、各個(gè)組成部分的作用、放大電路的動(dòng)靜態(tài)特性等。

在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)計(jì)以下問(wèn)題：怎樣在放大電路輸入端添加正弦信號(hào)？輸出信號(hào)是否會(huì)出現(xiàn)變化？電壓放大倍數(shù)與什么因素相關(guān)？倘若對(duì)電路的偏置予以調(diào)整，那么輸出信號(hào)又將發(fā)生怎樣的改變？之后通過(guò)Multisim軟件建立共射極電路，然后再展開(kāi)以下仿真實(shí)驗(yàn)。共射極放大電路圖如圖1所示。將Simulate菜單內(nèi)的Anslysis下的DCOperatingPoint命令打開(kāi)，進(jìn)而得到靜態(tài)的參數(shù)：VB=1.82V，VC=4.84V，VE=1.20V。將正弦電壓信號(hào)（幅值是5mV）添加在輸入端，進(jìn)而對(duì)處于空載狀態(tài)與接10kΩ負(fù)載下的放大電路的輸出電壓波形予以測(cè)定，進(jìn)而得出參數(shù)值分別是1.2V、753.7mV，具體如圖2所示。對(duì)輸入信號(hào)的幅值予以改變，輸入電壓增加到15mV，而在此時(shí)輸出電壓波形如圖3（1）所示。對(duì)偏置電阻予以改變，把電阻Rb1增加至25kΩ，最終所得到的電壓波如下圖3（2）所示。通過(guò)對(duì)上述仿真結(jié)果的總結(jié)與分析，可以得出以下五點(diǎn)結(jié)論：第一，當(dāng)輸出電壓大于輸入電壓幅值時(shí)，電路具備電壓放大的功能；第二，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓在相位上相差180º時(shí)，共射極電路具備反相功能；第三，在輸入信號(hào)較大，且輸出信號(hào)正負(fù)半周不對(duì)稱時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)失真的現(xiàn)象；第四，放大電路當(dāng)中的放大倍數(shù)和負(fù)載有一定的聯(lián)系，其中當(dāng)負(fù)載小時(shí)，放大電路的放大倍數(shù)就小，反之，負(fù)載大，放大倍數(shù)也大；第五，當(dāng)偏置電阻Rb1增加至一定值時(shí)，輸出電壓波形的負(fù)半周會(huì)發(fā)生失真的現(xiàn)象。

二、仿真技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及注意事項(xiàng)

在中職電子專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用仿真技術(shù)，具有一定的優(yōu)越性。一是應(yīng)用范疇比較廣，且有極強(qiáng)的拓展性。仿真教學(xué)能夠提供多種多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序與實(shí)驗(yàn)電路板，能夠廣泛運(yùn)用于各種電子課程，例如模擬電子技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)等。二是有比較高的效率。仿真技術(shù)能夠提供各種信號(hào)源、數(shù)字存儲(chǔ)示波器等虛擬儀器，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理，展開(kāi)溫度檢測(cè)控制，以及進(jìn)行電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。三是有較強(qiáng)的趣味性。在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行仿真教學(xué)，能夠極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情，將全部的精力都投入到教學(xué)活動(dòng)中。此外，仿真實(shí)驗(yàn)的成本較低，可以隨時(shí)展開(kāi)仿真教學(xué)。

放大電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第5篇

關(guān)鍵詞： OTL功率放大電路Multisim仿真教學(xué)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，電路設(shè)計(jì)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助分析和仿真技術(shù)完成。計(jì)算機(jī)仿真在教學(xué)中的應(yīng)用，代替了大包大攬的試驗(yàn)電路，大大減輕驗(yàn)證階段的工作量；其強(qiáng)大的實(shí)時(shí)交互性、信息的集成性和生動(dòng)直觀性，為電子專業(yè)教學(xué)搭建了良好的平臺(tái)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠突出教學(xué)重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)；并能保存仿真中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，為整機(jī)檢測(cè)提供參考數(shù)據(jù)，還可保存大量的單元電路、元器件的模型參數(shù)。采用仿真軟件能滿足整個(gè)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證過(guò)程的自動(dòng)化。

Multisim軟件是一個(gè)專門(mén)用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為Windows下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，Multisim是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問(wèn)題。學(xué)生可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)地再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。Multisim能極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，真正地做到了變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)——這些在教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)有了很好的體現(xiàn)。

因?yàn)椤峨娮泳€路》是一門(mén)比較抽象的課程，也基于學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱，所以在課堂教學(xué)上要充分利用現(xiàn)有的資源調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。比如說(shuō)電路模型、投影、仿真，還可以結(jié)合實(shí)際，讓同學(xué)們自己動(dòng)手制作一些電路，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)融合在里面，這樣就能避免全理論的灌輸，能讓學(xué)生在實(shí)際操作時(shí)理解理論，教師再在這個(gè)基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析理論，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的效果?！禣TL功率放大電路的調(diào)試與測(cè)量》是《電子線路》中的內(nèi)容，本文主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)對(duì)象是職中學(xué)生。

關(guān)于《OTL功率放大電路的調(diào)試與測(cè)量》的教學(xué)設(shè)計(jì)，集講授、師生互動(dòng)、操作演示、學(xué)生操作等多種授課方式，主要目的是讓學(xué)生在熟悉OTL功率放大器的組成和理解電路的工作原理的基礎(chǔ)上，完成電路的調(diào)試和測(cè)量。

本設(shè)計(jì)的操作演示環(huán)節(jié)是利用電路仿真軟件Multisim實(shí)現(xiàn)的。該軟件的界面相當(dāng)于一個(gè)真實(shí)的電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來(lái)，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。Multisim既可對(duì)模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真，又可進(jìn)行數(shù)?；旌戏抡妫抡媸r(shí)會(huì)顯示出錯(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因，仿真結(jié)果可隨時(shí)儲(chǔ)存和打印。

本教學(xué)設(shè)計(jì)的具體流程如下：

1.實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，針對(duì)OTL功率放大電路的電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí)；

2.進(jìn)入主課程，聯(lián)系實(shí)際，將功率放大電路的作用更具體地表現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)的目的，也可以此充分激發(fā)學(xué)生的興趣，活躍課堂氣氛；

3.試驗(yàn)前，檢查儀器設(shè)備，把實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題向?qū)W生說(shuō)明，讓學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)中著重注意，布置試驗(yàn)任務(wù)：OTL功率放大電路的調(diào)試與測(cè)量；

4.教師在Multisim做演示實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)步驟，及實(shí)驗(yàn)所需記錄的數(shù)據(jù)和注意細(xì)節(jié)；

5.學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，在Multisim軟件上操作，同時(shí)結(jié)合具體電路操作，記錄數(shù)據(jù)，教師進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)；

6.教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，將Multisim上的仿真數(shù)據(jù)與具體電路得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，或者將學(xué)生的數(shù)據(jù)與老師的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，總結(jié)OTL功率放大電路的特點(diǎn)，同時(shí)也在其中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決；

7.實(shí)驗(yàn)總結(jié)，提出要求，在操作過(guò)程中，沒(méi)有達(dá)到要求的學(xué)生應(yīng)在課后加緊練習(xí)，跟上課程進(jìn)度；

8.整理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。

在《OTL功率放大電路的調(diào)試與測(cè)量》實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，Multisim軟件既用于教師的演示實(shí)驗(yàn)，又可讓學(xué)生親自體驗(yàn)，同時(shí)還結(jié)合了具體電路的操作，更能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有：實(shí)驗(yàn)步驟有條理，學(xué)生容易理解和上手；教師在Multisim軟件中的實(shí)驗(yàn)示范，可以讓學(xué)生更清楚地看到實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，有利于增強(qiáng)教學(xué)效果。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行仿真和具體電路操作，就能很好地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。利用仿真和電路模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，操作較簡(jiǎn)單，也能減少資源的損耗，提高效率。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還充分利用教學(xué)資源，如多媒體課件、投影、電路模型等，直觀地展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，任課老師在課前把儀器設(shè)備及元器件準(zhǔn)備好，學(xué)生照講義的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班地進(jìn)行，這就不可避免地把學(xué)生置于被動(dòng)地位，他們很少有機(jī)會(huì)按自己的思維開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。利用Multisim軟件和一臺(tái)計(jì)算機(jī)就能進(jìn)行電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)，打破了時(shí)間和空間的限制，學(xué)生可以在不同的時(shí)間、地點(diǎn)和領(lǐng)域自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)他們提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并根據(jù)自己的興趣愛(ài)好，選擇一些學(xué)生喜歡的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

利用Multisim軟件，對(duì)教師的教學(xué)也是一個(gè)很好的提高和促進(jìn)，計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)給了教師一個(gè)更好的平臺(tái)，可在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)室的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)。