基于Protel 99 se的負(fù)反饋放大電路分析

摘 要:對(duì)開環(huán)和閉環(huán)放大電路進(jìn)行分析，利用Protel 99 se仿真軟件對(duì)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、交流小信號(hào)進(jìn)行了分析。通過分析，說(shuō)明了負(fù)反饋電路可以提高電路穩(wěn)定性，減少非線性失真，拓展通頻帶。Protel 99 se提供了高級(jí)模擬數(shù)字器件混合仿真功能，可以仿真由各種器件(例如TTL，CMOS，BJT等)構(gòu)成的電路。關(guān)鍵詞:Protel 99 se;仿真軟件;負(fù)反饋; 閉環(huán)放大電路

中圖分類號(hào):TN710-33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)16-0008-02

Analysis of Negative Feedback Amplifier Circuit Based on Protel99se

XING Guo-quan

(Xianning College， Xianning 437100， China)

Abstract: The open-loop and closed-loop amplifier circuits are analyzed. The Protel 99se simulation software is used to analyze the static working section， transient charachteristic and AC small-signal. The analysis shows that the negative feedback amplifier circuit can improve the circuit stability， reduce the nonlinear distortion and broaden the transmission bands of the circuit; and that theProtel 99se can provide a mixed emulational function for the advanced analog-digital devices and simulate the circuit comprised of many elements such as TTL， CMOS， BJT， etc.

Keywords: Protel 99se; simulation software; negative feedback; closed-loop amplifier circuit

收稿日期:2010-03-24

基金項(xiàng)目:咸寧學(xué)院教研課題(J09125)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)手段將變得日益豐富和多樣化，原來(lái)必須在實(shí)驗(yàn)室才能完成的實(shí)驗(yàn)及功能演示可以通過計(jì)算機(jī)在教室里面仿真出來(lái)，并可以映射在教室屏幕上。Protel 99 se具有豐富的仿真器件和齊全的仿真功能，使它能勝任大多數(shù)電路的仿真工作，構(gòu)成一個(gè)方便、界面友好的用戶環(huán)境;Protel 99 se的出現(xiàn)給電路分析提供了極大的方便[1-2]。

1 典型電路

圖1為兩級(jí)共射放大電路，圖2為帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級(jí)共射放大電路，其反饋網(wǎng)絡(luò)由R11，C6，R4組成，它可構(gòu)成交流負(fù)反饋電路[3]。

2 靜態(tài)工作點(diǎn)分析

由于采用的是交流負(fù)反饋，理論上分析加入反饋網(wǎng)絡(luò)后電路的直流工作狀態(tài)應(yīng)該不變。在Protel 99 se平臺(tái)上，選擇Simulate下拉菜單，點(diǎn)擊Run項(xiàng)，在*.sdf圖下方點(diǎn)擊Oprating Point就可顯示圖1和圖2電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是相同的，這與理論分析結(jié)果一致[4]，如圖3所示。

圖1 開環(huán)放大電路

3 瞬態(tài)特性分析

設(shè)置信號(hào)源幅值為2 mV，頻率為1 kHz，在*.sdf圖下方點(diǎn)擊Transient Analysis就可顯示圖1和圖2電路的輸入/輸出波形圖。從圖4可看出，開環(huán)放大電路的輸出波形存在明顯的截止失真;從圖5可看出，在輸入信號(hào)幅值不變的情況下，加入負(fù)反饋后消除了非線性失真，并且從中可以算出閉環(huán)放大倍數(shù)為30，這與理論上分析的在深度負(fù)反饋的情況下閉環(huán)電路放大倍數(shù)AF≈1F=1+R11R4=31相吻合。圖4和圖5清晰地顯示了信號(hào)傳遞過程VI→c1→b2→VO的相位變化過程[5]。

圖2 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

圖3 開環(huán)和閉環(huán)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

圖4 開環(huán)放大電路輸入輸出波形圖

圖5 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路輸入輸出波形圖

4 參數(shù)掃描分析

在Simulate下拉菜單中setup選擇Parameter Sweep項(xiàng)[6]，選中反饋電阻R11，起始值選為1 kΩ，終值選為10 kΩ，步長(zhǎng)選為3 kΩ進(jìn)行分析，于是得到R11變化后的閉環(huán)輸出信號(hào)波形，如圖6所示。其中，vo_p01，vo_p03，vo_p06，vo_p08分別顯示當(dāng)R11=1 kΩ，4 kΩ，7 kΩ，10 kΩ閉環(huán)狀態(tài)下輸出信號(hào)波形圖，其放大倍數(shù)分別為12.5，30，50，62.5。從中可以發(fā)現(xiàn)，隨著R11的增大，反饋系數(shù)F=R4R4+R11越來(lái)越小，閉環(huán)系統(tǒng)漸漸退出深度負(fù)反饋狀態(tài)，AF不再近似等于1/F。

圖6 電壓串聯(lián)負(fù)反饋參數(shù)掃描圖

5 交流小信號(hào)分析

改變電路中V1和V2的設(shè)置，在Simulate下拉菜單setup中選擇AC Small Signal Analysis項(xiàng)，在*.sdf圖中就顯示出開環(huán)和閉環(huán)電路的AC Analysis圖。對(duì)比圖7和圖8可以發(fā)現(xiàn)，閉環(huán)電路電壓放大倍數(shù)明顯減小，電路的通頻帶變寬，特別是高頻部分顯著拓寬[7]。

圖7 開環(huán)放大電路輸出信號(hào)頻率曲線

圖8 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路輸出信號(hào)頻率曲線

6 結(jié) 語(yǔ)

通過以上的各項(xiàng)分析，借助于Protel 99 se的仿真軟件，則不需購(gòu)買電子元器件，也不需要示波器、毫伏表、信號(hào)源等實(shí)驗(yàn)儀器，就可以分析負(fù)反饋放大電路的多項(xiàng)性能指標(biāo)，同時(shí)顯示出了負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善，比如負(fù)反饋可以減小非線性失真，降低放大倍數(shù)，擴(kuò)展頻帶;還可以很方便地進(jìn)行參數(shù)掃描分析，從而獲得反饋電阻不同情況下的輸出信號(hào)波形和閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。

Protel 99 se功能強(qiáng)大，還可進(jìn)行直流掃描分析、溫度掃描分析、噪聲分析、傳遞函數(shù)分析，蒙特卡羅分析[8]。在實(shí)驗(yàn)過程中所能觀看的現(xiàn)象和測(cè)量的數(shù)據(jù)都能用Protel 99 se仿真實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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