沈阳理工大学模电课设.doc

摘 要

题目1. 集成运算放大电路的multisim仿真
对模拟电子技术运算放大电路使用multisim进行仿真分析；要求熟练掌握multisim软件的使用及仿真方法，画出原理图，改变参数进行理论分析，写出实际实现过程，得出结论。

关键词
运算放大电路；电压放大倍数；输入,输出电阻

题目二. 负氧离子发生器的设计
设计一个负氧离子发生器，要求：
a.负氧离子（人们称为“空气维生素”）发生器，净化空气效果好，使用安全可靠，适合家庭和办公室使用
b.负氧离子发生器由电源电路、适度检测电路、振荡器和高压发生器等电路组成
c.给出各部分元器件的具体参数；
d.用PROTEL软件画出电路原理图，并生成PCB版图

关键词
负氧离子发生器；原理分析；PCB

目录
第一章 集成运算放大电路的multisim仿真 1
1.1 习题5.1仿真 1
1.1.1 仿真电路图 1
1.1.2 利用multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点 1
1.1.3 观察uc1与uI，uc2与uI的关系 2
1.1.4 测量输入输出电阻 2
1.2 习题5.2仿真 2
1.2.1 仿真电路图 3
1.2.2 利用multisim分析放大电路静态工作点 3
1.2.3 观察uc1与uI，uc2与uI的关系 4
1.2.4 测量输入输出电阻 4
1.3 习题5.5仿真 4
1.3.1 仿真电路图 5
1.3.2利用multisim分析放大电路静态工作点 5
1.3.4 将电流表开路，测量差分放大电路的差模电压放大倍数Ad。 6
1.4 习题5.6仿真 7
1.4.1仿真电路图 7
1.4.2 利用multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点 7
1.4.3 观察uc1与uI，uc2与uI的关系 8
1.4.4 测量输入输出电阻 8
1.5 实验总结 9
第二章 负氧离子发生器电路设计仿真 10
2.1 题目简介 10
2.2 设计原理 11
2.3 Protel软件特点 11
2.4 负氧离子发生器原理图 11
2.5 负氧离子发生器PCB版 12
2.6 负氧离子发生器部分电路仿真 12
2.7 元件列表 15
2.8 实验总结 15
参考文献 16

第一章 集成运算放大电路的multisim仿真

1.1 习题5.1仿真
在multisim中构建一个接有调零电阻的长尾式差分放大电路如图1.1.1，其中两个三级管的参数为β1=β2=40，rbb’1=rbb’2=300Ω，调零电位器的滑动端在中点。
1.1.1 仿真电路图

图1.1.1 长尾式差分放大电路仿真电路
1.1.2 利用multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点
分析结果如下：

图 1.1.2 长尾式差分放大电路直流静态工作点分析
可知 UCQ1 = UCQ2 = 5.51 218 V（对地）
UBQ1 = UBQ2 = -5.56 610 mV（对地）
则 ICQ1 = ICQ2 = (VCC – UCQ1)/(RC1 + 0.5RW ) = 126.224 uA

1.1.3 观察uc1与uI，uc2与uI的关系
图 1.1.3 uc1与uI，uc2与uI的关系
加上正弦输入电压，由虚拟示波器可看出uc1与uI相反，而uc2与uI相同。

1.1.4 测量输入输出电阻
当Ui = 10mV时，由虚拟仪表测得U0 = 487.078 mV，Ii = 484.331 nA,
则 Ad = -Uo/Ui =48.707 8
Ri = Ui / Ii = 20.647 kΩ

图 1.1.4 输出电压与输出电流大小
将负载电阻RL开路，测得Uo’ = 1.627 V
则 Ro = (UO’/UO-1)RL = 0.11334 KΩ

1.2 习题5.2仿真
在multisim中构建一个接有调零电阻的长尾式差分放大电路如图1.2.1，其中两个三级管的参数为β1=β2=100，rbb’1=rbb’2=300Ω，调零电位器的滑动端在中点。
1.2.1 仿真电路图
图1.2.1 长尾式差分放大电路仿真电路

1.2.2 利用multisim分析放大电路静态工作点
分析结果如下：

图 1.2.2 长尾式差分放大电路直流静态工作点分

可知 UCQ1 = UCQ2 = 6.28061V（对地）
UBQ1 = UBQ2 =669.449mV（对地）

1.2.3 观察uc1与uI，uc2与uI的关系

图 1.2.3 uc1与uI，uc2与uI的关系

加上正弦输入电压，由虚拟示波器可看出uc1与uI相反，而uc2与uI相同。

1.2.4 测量输入输出电阻
当Ui = 10mV时，由虚拟仪表测得U0 =400.343mV，Ii = 278.566 nA,
则 Ad = -Uo/Ui =-40.0343
Ri = Ui / Ii = 35.898 kΩ

图 1.2.4 输出电压与输出电流大小

1.3 习题5.5仿真
在multisim中构建一个单端输入、双端输出长尾式差分放大电路如图1.3.1，其中两个三级管的参数为β1=β2=50，VCC=VEE=6V，Rc1=Rc2=5.1kΩ，Re=5.1kΩ，R1=R2=10kΩ，电路中的微安表由虚拟表充当，调零电位器的滑动端在中点。
1.3.1 仿真电路图

图1.3.1 单端输入、双端输出长尾式差分放大电路仿真电路

1.3.2利用multisim分析放大电路静态工作点
分析结果如下：
图 1.3.2 长尾式差分放大电路直流静态工作点

U1BQ=-127.02649 mV；U2BQ=-118.30022 mV；
IBQ=(VEE-VBE)/(R+2(1+β)Re)=10uA；ICQ=β*IBQ=0.5mA
1.3.3 在输入端加上直流工作电压uI,调节uI大小
使虚拟电流表的读数为100uA（实际为100.148uA）,此时的uI为：61.131mV。

图 1.3.3 电流表读数与uI大小

1.3.4 将电流表开路，测量差分放大电路的差模电压放大倍数Ad。
Ad=-（β*Re）/（R+rbe）=（50*5.1）/（10+3）≈-19.6

图 1.3.4 断开电流表后电路图

图

图1.3.5 uo、uI值

Ad=-Uo/UI=-1.375/0.07≈-19.6
1.4 习题5.6仿真
在Multisim中构建双输入、单端输出恒流源差分放大电路如图1.6.1，其中差分放大三极管的β1=β2=70，rbb’1=rbb’2= rbb’3=300Ω
1.4.1仿真电路图

图1.4.1 长尾式差分放大电路仿真电路

1.4.2 利用multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点
分析结果如下：

图1.4.2 长尾式差分放大电路直流静态工作点分析

可知 UCQ2 =4.61245V
UBQ1 = UBQ2 =-3.97498mV（对地）
ICQ3 ≈IEQ3 =(UE– UBEQ)/RE =(4-0.7)/11mA=0.3mA
ICQ1 =ICQ1 =1/2 ICQ3 =1/2*0.3mA=0.15mA

1.4.3 观察uc1与uI，uc2与uI的关系

图 1.4.3 uc1与uI，uc2与uI的关系
1.4.4 测量输入输出电阻

当Ui = 10mV时，由虚拟仪表测得U0 = 7.071 mV，Ii = 201.243nA,
则 Ad = -Uo/Ui =-0.7071
Ri = Ui / Ii = 49.691kΩ

图 1.4.4 输出电压与输出电流大小

1.4.5 当电源电压改为正负18V，放大电路的静态工作点

图1.4.5 电源为18V长尾式差分放大电路直流静态工作点分析

可知 UCQ2 =7.63860V（对地）
UBQ1 = UBQ2 =-365555mV（对地）
ICQ3 ≈IEQ3 =(UE– UBEQ)/RE =(4-0.7)/11mA=0.3mA
ICQ1 =ICQ1 =1/2 ICQ3 =1/2*0.3mA=0.15mA

1.5 实验总结
通过本次利用Multisim进行对差分放大电路的仿真，我们可以熟练的掌握和利用Multisim进行原理图的仿真。仿真的效果还算满意，仍然有一些不足，例如在修改一些元件的参数时，还是无法准确的找出修改点，使仿真的时候仍然存在一些误差，影响了仿真实验的结果。由于长尾式差分放大电路和恒流源式差分放大电路是集成运算放大器的输入端，所以通过对这两种电路的仿真，我们也对集成运算放大器有了更深刻的认识，也可以熟练的计算电路中的静态工作点，对电路的工作原理理解的更加透彻。

第二章 负氧离子发生器
一、 题目简介
a.负氧离子（人们称为“空气维生素”）发生器，净化空气效果好，使用安全可靠，适合家庭和办公室使用
b.负氧离子发生器由电源电路、适度检测电路、振荡器和高压发生器等电路组成
c.给出各部分元器件的具体参数；
d.用PROTEL软件画出电路原理图，并生成PCB版图。
二、设计原理
负氧离子发生器由电源电路、湿度检测电路、振荡器和高压发生器等电路组成。
电源电路由电源开关S、熔断器FU1、FU2、电源变压器T1、整流二极管VD1~VD4、滤波电容器C1~C3、三端集成稳压器IC1等组成。
湿度检测电路由集成电路IC2、稳压管V、电位器RP1和电容器C5组成。
振荡器由时基集成电路IC3和外围元器件组成。
高压发生器电路由场效应管VF、升压变压器T2、整流二极管VD7、电阻器R6、R7、氖指示灯HL和放电针（放电电极）等组成。
接通电源开关S后，交流220V电压经T1降压、VD1~VD4整流和C1~C3滤波后，产生18V左右的直流电压。该电压一路经T2的一次绕组给VF；另一路经IC1稳压为+5V后，供给IC2、V和IC3。
在室内湿度相对较小（低于80%）时，IC2的2脚输出电压较低，V处于截止状态，IC3的4脚为高电平。振荡器震荡工作，从IC3的3脚输出20kRz的振荡信号，控制VT2，使之工作在开关状态，从T2的二次线组两端产生8-9kV的脉冲高压，经VD7整流后，通过放电针产生负氧离子，同时指示灯HL点亮。 当室内相对湿度较大（超过80%）时，为防止使用者触电，IC2的2脚输出高电平，使VT1导通，IC3的4脚变为高电平，振荡器停振，IC3的3脚无振荡信号输出，高压发生电路不工作，指示灯HL不亮。
湿度检测电路由湿度集成传感器IC2（IH-3605）、控制管VT1、电位器RP1、电阻器R1和电容器C5组成。
IH-3605是一种电容式湿度传感器，它与调整电路集成在一起，做在陶瓷基片上，在相对湿度为（0-100) % RH的范围内变化时，相应输出0.8-4V直流电压（典型值）；
振荡器由时基集成电路IC3和外围元器件组成；
高压发生器电路由场效应管VT2,升压变压器T2、整流二极管VD7、电阻器R6、R7、氖指示灯HL和放电针（放电电极）等组成。
三、Protel软件特点
Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。
四、负氧离子发生器原理图

2.1原理图

2.2仿真原理图

五、负氧离子发生器PCB图

2.3toplayer

2.4bottomlayer

六、 负氧离子发生器仿真结果

七、元件列表

Part Type
Designator
Footprint
Description
Libraries
0.1u
C3
RAD0.2
Capacitor
Miscellaneous Devices.lib
0.1u
C5
RAD0.2
Capacitor
Miscellaneous Devices.lib
0.1u
C7
RAD0.2
Capacitor
Miscellaneous Devices.lib
1A
FU1
FUSE
Fuse
Miscellaneous Devices.lib
1K
R1
AXIAL-0.4
Res
Miscellaneous Devices.lib
2.2M
R7
AXIAL-0.4

Miscellaneous Devices.lib
2.2M
R6
AXIAL-0.7

Miscellaneous Devices.lib
2.5A
FU2
FUSE
Fuse
Miscellaneous Devices.lib
2DL15
VD7
DIODE-0.7
Diode
Miscellaneous Devices.lib
10K
R2
AXIAL-0.4

Miscellaneous Devices.lib
10K
R4
AXIAL-0.4

Miscellaneous Devices.lib
10K
R5
AXIAL-0.4

Miscellaneous Devices.lib
22K
RP1
TO-5
Potentiometer
Miscellaneous Devices.lib
1000u
C1
RB.3/.6
Capacitor
Miscellaneous Devices.lib
1000u
C4
RB.3/.6
Capacitor
Miscellaneous Devices.lib
1000u
C2
RB.3/.6
Capacitor
Miscellaneous Devices.lib
9014
VT1
TO-92B
NPN Transistor
Miscellaneous Devices.lib
CON2
DIANYUAN
XTAL1
Connector
DIANYUAN.lib
IH3605
IC2
IH-3605
IC
IH3605.lib
IN4007
VD6
DIODE-0.4
Diode
Miscellaneous Devices.lib
IN4007
VD5
DIODE-0.4
Diode
Miscellaneous Devices.lib
IN4007
VD1_4
VD1-4
Diode Bridge
Miscellaneous Devices.lib
IRF513
VT2
TO-92A
MOS
Miscellaneous Devices.lib
LM7805
IC1
TO220H
IC
Miscellaneous Devices.lib
NE555
IC3
DIP-8
IC
Protel DOS Schematic Linear.lib
放电针
FD
FANGDIAN

放电针.lib

八、总结画图技巧
首先，找出要用到的工具条，并将其放到合适的位置；其次，在元件库中找到相应的元件，然后开始连线；最后，对照封装库中有的封装形式对元件进行封装并生成PCB图，绘制PCB图时，在自动布局后要进行手动布局以达到最好的效果，布局后进行自动布线就行了。

参考文献
【1】 清华大学教研组编.杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社.2006
【2】 沈精虎.Protel99入门与提高.北京：人民邮电出版社.2008
【3】 林远长.Protel 99 SE入门与典型实例.人民邮电出版社.2008
【4】 老虎工作室.王力、张伟主编.Protel DXP库元件手册.人民邮电出版社.2003
【5】王冠华编.Multisim10电路设计及应用.国防工业出版社.2008

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