1、電子電路EWB仿真技術 1 靜態工作點穩定電路靜態工作點穩定電路 2 文氏電橋正弦波發生器文氏電橋正弦波發生器 3 帶阻濾波器帶阻濾波器(陷波器陷波器) 4 分壓分壓-自偏壓共源極放大電路自偏壓共源極放大電路 5 多級放大器多級放大器 6 負反饋放大器負反饋放大器 1.1 靜態工作點的穩定電路靜態工作點的穩定電路 1. 電路結構及工作原理電路結構及工作原理 圖5.1-1給出了最常用的靜態工作點穩定電路。不難發現，此電路與固定偏置的單管共射放大電路的差別在于，三極管的發射極接有電阻Re。另外，直流電源經電阻Rb1、Rb2分壓后接到三極管的基極，所以通常將此電路稱為分壓式工作點穩定電路。 圖1.1

2、-1 靜態工作點穩定電路原理圖 在圖1.1-1所示的電路中，三極管的靜態基極電位UBQ經電阻分壓后得到，故可認為其不受溫度變化的影響，基本上是穩定的。當集電極電流ICQ隨溫度的升高而增大時，發射極電流IEQ也將相應地增大，此IEQ使發射極電位UEQ升高，則三極管的發射結電壓UBEQ=UBQ-UEQ將降低，從而使靜態基極電流IBQ減小，于是ICQ也隨之減小，結果使靜態工作點基本保持穩定。 可見，本電路是通過發射極電流的負反饋作用牽制集電極電流的變化，從而使靜態工作點Q保持穩定的，所以圖5.1-1所示的電路也稱為電流負反饋式工作點穩定電路。 顯然，Re愈大，同樣的IEQ變化量所產生的UEQ變化量也

3、愈大，則電路的溫度穩定性愈好。但是，Re增大以后，UEQ值也隨之增大，此時為了得到同樣的輸出電壓幅度，必須增大Vcc值。 另外，如果僅接入發射極電阻Re，則電壓放大倍數將大大降低。在本電路中，在Re兩端并聯一個大電容Ce，若Ce足夠大，則Ce兩端的交流壓降可以忽略，此時，Re和Ce的接入對電壓放大倍數基本沒有影響。Ce稱為旁路電容。 為了保證UBQ基本穩定，要求流過分壓電阻的電流IR比IBQ大得多，為此希望電阻Rb1、Rb2 小一些。但Rb1、Rb2減小時，電阻上消耗的功率將增大，而且放大電路的輸入電阻將降低。在實際工作中，通常選用適中的Rb1、Rb2值，一般取IR=(510)IBQ。且UBQ

4、=(510)UBEQ。 2. 靜態分析與動態分析靜態分析與動態分析 圖1.1-2 分壓式工作點穩定放大電路 其靜態工作點的估算為 mA 3.2 17.03ReUUIV 3125.75.25.2VccRRRUBEQBQEQ1b2b1bBQAmAIVRRIVccUmAIIBQecCQCEQEQCQ 77 303 . 2I 1 . 5)( 3 . 2CQ 若換上=60的三極管，只是IBQ的值發生了變化。計算結果表明，當值由30增加到60時，分壓式工作點穩定電路中Q點的位置基本保持不變，這正是此種放大電路的優點。 3. 分壓式工作點穩定電路的分壓式工作點穩定電路的EWB仿真過程仿真過程 按圖1.1-3

5、連接好電路，運用“Simulate/Analysis”菜單中的“DC Operating Point”功能選項分析直流工作點，結果如圖1.1-4所示，UCEQ=5.9V(節點$2的電壓減去節點$4的電壓)，UBQ=2.8 V(節點$3的電壓)，與理論分析的數值相符。 圖1.1-3 仿真電路圖 圖1.1-4 靜態工作點仿真結果 圖1.1-5 溫度設置 圖1.1-6 溫度掃描變化曲線 圖1.1-7 輸出電壓的波形 圖1.1-8 設置放大倍數 圖1.1-9 =60的靜態工作點 1.2 文氏電橋正弦波發生器文氏電橋正弦波發生器 圖1.2-1 文氏電橋正弦波發生器的原理圖 1. 電路結構及工作原理電路結

6、構及工作原理 圖中，具有選頻特性的串、并聯網絡構成了正反饋支路。負反饋支路中的電位器R4是用來調節負反饋深度以保證起振條件和改善波形的。根據起振條件，反饋系數F應滿足 則RF=2Rf (RF是指節點1與節點5之間的阻值)。由于實際運放的開環增益是有限值，因此RF必須略大于Rf的兩倍。 同樣，考慮到實際運放輸入電阻Ri(這里是同相端的)和輸出電阻Ro的影響，正弦波的頻率為 21210)/()(21CCrRrRfio31fFFRRRF 當取C1=C2=C，R1=R2=R，且滿足ri Rro時，f0=1/(2RC)。 通常，電路元件值的確定，可按下列步驟進行： (1) 根據所需要的振蕩頻率f0計算R

7、C值。 (2) 由riRro，選取合適的R，然后再確定C。 (3) 為了減小偏置電流的影響，應盡量使RF/Rf=R，同時由反饋系數的要求，即可確定RF和Rf的大小。 (4) 當需要頻率較高時，選用增益帶乘積較高的集成運放。 該電路中采用了匹配對接的兩只二極管作為穩幅電路，其上并聯R0可適當削弱二極管的非線性影響，改善波形失真。 2. 正弦波發生器的分析正弦波發生器的分析 根據上述電路原理的描述，欲產生頻率為1.6kHz的正弦波信號，由 s 1012160012f1RC40 先確定R1=R2=R=10 k，從而得C1=C2=C=0.01F。電路中其他各元件的參數如圖1.2-2所示。 圖1.2-2

8、 1.6 kHz正弦波發生器 調節R5，使RF的值略大于Rf的兩倍，并用示波器觀察輸出波形，使輸出為不失真的正弦波。 若在R1、R2上并聯同值電阻R，R=5k，則正弦波頻率f0變為3.2 kHz。 圖1.2-3 仿真電路 3. 正弦波發生器的正弦波發生器的EWB仿真過程仿真過程 圖1.2-4 正弦波波形圖 1.3 帶阻濾波器帶阻濾波器(陷波器陷波器) 1. 電路結構及工作原理電路結構及工作原理 將低通濾波器和高通濾波器并聯在一起，可以形成帶阻濾波電路，其典型電路如圖1.3-1所示。輸入信號經過一個由RC元件組成的雙T型選頻網絡后，送至集成運放的同相輸入端。當輸入信號頻率比較高時，由于電容的容抗

9、很小，可認為短路，因此高頻信號可從上面兩個電容和一個電阻構成的支路通過。而當頻率較低時，因容抗很大，可將電容視為開路，故低頻信號可從下面兩個電阻和一個電容構成的支路通過。只有頻率處于低頻和高頻中間某一范圍的信號將被阻斷。所以雙T網絡具有“帶阻”的特性。 圖1.3-1 帶阻濾波器的原理圖 設雙T網絡中電阻、電容元件參數值之間的關系為：上面支路中兩個電容C1、C2的容值相等，均為C，二者之間的電阻R3的阻值為R/2；而下面支路中兩個電阻R1、R2的阻值均為R，二者之間的電容C3的容值為2C。通過分析可得到此帶阻濾波器的電壓放大倍數為 up0up2020uAff)A2(2 j)ff(1)ff(1A式

10、中， ，。 RC21f04FupRR1A 由式可看出，當f=f0時，|Au|=0；當f=0或f時，|Au|均趨近于Aup，可見電路具有“帶阻”的特性。以上f0和Au分別稱為帶阻濾波器的中心頻率和通帶電壓放大倍數。此外，可求得帶阻濾波器的阻帶寬度為 令 )A2(21BfQf )A2(2ffBup00up12當Aup=2時，Q將趨于無窮大，表示電路將產生自激振蕩。為了避免發生此種情況，根據Aup的表達式可知，選擇電路元件參數時應使RF UT ， uDS uGSUT 其中，UT為N溝道增強型MOS場效應管的開啟電壓，UGS為柵源電壓。 2. 靜態分析與動態分析 根據圖的輸入回路可列出以下方程： sD

11、Q211GSQRIVDDRRRU式中，UGSQ為靜態柵源電壓，IDQ為靜態漏極電流。又已知N溝道增強型MOS管的漏極電流ID與柵源電壓UGS之間近似滿足以下關系： 2TGS0DD) 1UU(II(當UGSUT時) 式中，ID0為UGS=2UT時的ID值。 將式(1.4-1)和式(1.4-2)聯立求解，即可得到UGSQ和IDQ。然后根據圖1.4-2的輸出回路可求得UDSQ=VDDIDQ(Rd+Rs)其中，UDSQ為靜態漏、源極電壓。 圖1.4-2 場效應管前置放大器 假設圖中所示的隔直電容C1、C2 和旁路電容Cs均足夠大，則可得出電壓放大倍數、輸入及輸出電阻分別為 do21giLdmdmiouRR)R/R(RR)R/R(gRguuA 例如，一高輸入阻抗的場效應管前置放大器各元件參數如圖1.4-2所示，可估算出其靜態工作點如下： V I5 . 26)I5 . 215300200200(RIVDDRRRUDQDQsDQ211GSQ2GSQ2TGS0DD) 12U(9 . 1) 1UU(II解得UGSQ=3.5 V，IDQ=1 mA，進而得： k 5RRM 1 .10)R/R(RR45. 3)R/R(gRguuA