基于Protel 99 se的負(fù)反饋放大電路分析

摘 要:對開環(huán)和閉環(huán)放大電路進(jìn)行分析，利用Protel 99 se仿真軟件對電路的靜態(tài)工作點、瞬態(tài)特性、交流小信號進(jìn)行了分析。通過分析，說明了負(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:TN710-33文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號: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

基金項目:咸寧學(xué)院教研課題(J09125)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)手段將變得日益豐富和多樣化，原來必須在實驗室才能完成的實驗及功能演示可以通過計算機在教室里面仿真出來，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為兩級共射放大電路，圖2為帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級共射放大電路，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平臺上，選擇Simulate下拉菜單，點擊Run項，在*.sdf圖下方點擊Oprating Point就可顯示圖1和圖2電路的靜態(tài)工作點，發(fā)現(xiàn)兩個電路的靜態(tài)工作點是相同的，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)置信號源幅值為2 mV，頻率為1 kHz，在*.sdf圖下方點擊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

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[6]，選中反饋電阻R11，起始值選為1 kΩ，終值選為10 kΩ，步長選為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，在*.sdf圖中就顯示出開環(huán)和閉環(huán)電路的AC Analysis圖。對比圖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)放大電路輸出信號頻率曲線

圖8 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路輸出信號頻率曲線

6 結(jié) 語

通過以上的各項分析，借助于Protel 99 se的仿真軟件，則不需購買電子元器件，也不需要示波器、毫伏表、信號源等實驗儀器，就可以分析負(fù)反饋放大電路的多項性能指標(biāo)，同時顯示出了負(fù)反饋對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波形和閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。

Protel 99 se功能強大，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]。在實驗過程中所能觀看的現(xiàn)象和測量的數(shù)據(jù)都能用Protel 99 se仿真實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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