電路設(shè)計(jì)及仿真精選(九篇)

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第1篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

關(guān)鍵詞：模8計(jì)數(shù)器 Multisim2001 交通燈控制器 BCD碼顯示器

中圖分類號(hào):TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007-9416(2012)01-0001-03

1、交通燈控制器的功能及要求

設(shè)計(jì)目標(biāo)及任務(wù)分析。

本設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)工作的十字路口由A、B兩條交叉的道路組成，要求實(shí)現(xiàn)的控制過程為：

A街道綠燈亮，同時(shí)B街道紅燈亮，保持3秒；3秒后A街道綠燈熄滅，黃燈亮，保持1秒；1秒后A街道黃燈與B街道紅燈同時(shí)熄滅，繼而A街道紅等亮，B街道綠燈亮，并保持3秒；3秒后B街道綠燈熄滅，黃燈亮，保持1秒；1秒后A街道紅燈與B街道黃燈同時(shí)熄滅，繼而A街道綠燈與B街道紅燈亮。依照上述過程如此循環(huán)。

路通燈控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)一樣，劃分為控制器和受控電路兩部分。根據(jù)交通燈控制器的設(shè)計(jì)要求，本課題需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)8秒的周期循環(huán)控制。整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)模8計(jì)數(shù)器和6個(gè)交通燈組成，為了更直觀地觀察模8計(jì)數(shù)器工作過程及交通燈的受控狀態(tài)，電路中接入BCD碼顯示其顯示循環(huán)過程。

2、交通燈控制器數(shù)字電路設(shè)計(jì)

2.1 模8計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

74LS160 是一個(gè)具有異步清零、同步置數(shù)、可以保持狀態(tài)不變的十進(jìn)制上升沿計(jì)數(shù)器,功能管腳圖及功能說明分別如圖1和表1所示。

因?yàn)?4LS160兼有異步置零和同步預(yù)置數(shù)功能，所以置零法和置數(shù)法均可采用。圖2所示電路是采用異步置零法接成的八進(jìn)制計(jì)數(shù)器。由于要產(chǎn)生8s的控制信號(hào)，所以CLK端輸入1Hz的脈沖信號(hào)，而8s一循環(huán)相當(dāng)于摸8計(jì)數(shù)器，即0000-0111，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)成QDQCQBQA=1000狀態(tài)時(shí)，非門74LS04D將QD=1的信號(hào)轉(zhuǎn)化為低電平信號(hào)給CLR端，將計(jì)數(shù)器置零，QDQCQBQA回到0000狀態(tài)。

2.2 顯示電路

譯碼器的邏輯功能是將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)或另外一個(gè)代碼。在數(shù)字測(cè)量?jī)x表和各種數(shù)字系統(tǒng)中得到廣泛的采用，一方面供人們直接讀取測(cè)量和運(yùn)算的結(jié)果；另一方面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。

本邏輯系統(tǒng)電路采用CTCMOSIC，這是一種采用CMOS-TTL混合集成工藝的CMOS邏輯電路。因此，它既具有一般COMS集成電路的各種特點(diǎn)，還具有一般CMOSIC所欠缺的強(qiáng)驅(qū)動(dòng)特性，即所謂的低能耗、強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的特性，是一種COMS-TTL兼容的集成電路，具有靜電功耗低（一般為微瓦數(shù)量級(jí)）；電源電壓范圍寬（4～15V），適宜與各種電平的電路相匹配；抗噪聲能力大。直流噪聲容限可達(dá)45%電源電壓；負(fù)載能力強(qiáng)，可直接匹配驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管等特點(diǎn)。完成的設(shè)計(jì)的電路圖如圖3所示。

2.3 交通燈邏輯表達(dá)式的設(shè)計(jì)

首先對(duì)A街道綠燈（GA）的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。根據(jù)設(shè)計(jì)要求GA的時(shí)序波形如圖4a)所示；根據(jù)波形圖得到GA真值表，如表2所示；得到真值表后可以根據(jù)卡諾圖的步驟進(jìn)行卡諾圖化簡(jiǎn)如圖6b)所示。

化簡(jiǎn)后的邏輯表達(dá)式為：

同理可以得到A街道黃燈（YA）、A街道紅燈（RA）、B街道綠燈（GB）、B街道黃燈（YB）、B街道紅燈（RB）的化簡(jiǎn)后的邏輯表達(dá)式，分別為：

3、交通燈控制器電路實(shí)現(xiàn)及仿真

根據(jù)上述邏輯表達(dá)式，可以用門電路畫出相應(yīng)的電路圖。在完成電路設(shè)計(jì)后就可以采用Multisim軟件進(jìn)行仿真分析，其步驟為：創(chuàng)建仿真電路原理圖電路圖選項(xiàng)的設(shè)置使用仿真儀器設(shè)定仿真分析方法啟動(dòng)Multisim仿真。

步驟一：按照常規(guī)方式從各元件庫(kù)中調(diào)用元器件放置到電路窗口中，并按照已經(jīng)計(jì)算好的參數(shù)對(duì)元器件進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。Multisim的界面上的In Use List欄內(nèi)列出了電路所使用的所有元器件，使用它可以檢查所調(diào)用的元器件是否正確。放置完所有元器件后需要按照設(shè)計(jì)好的原理圖對(duì)其進(jìn)行線路連接，連接后的交通燈控制器電路如圖5所示。

步驟二：正確連接電路及邏輯分析儀后啟動(dòng)Simulate菜單中的Run命令或者按下F5

步驟三：交通燈交替閃爍過程及時(shí)間顯示功能的仿真結(jié)果。

如圖6a)所示，上排的是A街道燈，下排是B街道燈，圖6b)所示的是BCD碼顯示器，可以觀察到的現(xiàn)象：BCD碼顯示器自0開始計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)到7時(shí)回到0重新計(jì)數(shù)，如此循環(huán)。與此同時(shí)A街道綠燈（GA）和B街道紅燈（RB）同時(shí)亮，依照計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)節(jié)奏3秒后，GA熄滅YA亮；1秒后YA與RB同時(shí)熄滅，RA與GB亮；隨后相對(duì)于上半周期，3秒后GB熄滅YB 亮，并且在1秒后同RA一起熄滅。如此完成一個(gè)周期，再回到計(jì)數(shù)器0狀態(tài)繼續(xù)循環(huán)。

步驟四：通過邏輯分析儀對(duì)電路的工作情況進(jìn)行分析，得到時(shí)序邏輯圖，如圖7a)所示為的仿真時(shí)序波形圖，圖7b)所示為的仿真時(shí)序波形圖。邏輯分析儀窗口，自上到下的波形依次是，A街道綠燈（GA）、A 街道黃燈（YA）、A街道紅燈（RA）、B街道綠燈(GB)、B街道黃燈（YB）B街道紅燈（RB）。

注意事項(xiàng)：Simulate菜單中的Default Instrument Settings...命令，在打開的Default Instrument Settings對(duì)話框中選擇“Real”或“Ideal”可調(diào)整仿真速度。邏輯分析儀的時(shí)鐘設(shè)置為1Hz。

4、結(jié)語

本課題是為十字路通燈的控制而設(shè)計(jì)的，可以實(shí)現(xiàn)交通控制的自動(dòng)化。結(jié)合課題設(shè)計(jì)的要求，確立了一個(gè)基于74LS160計(jì)數(shù)器的交通燈控制器的設(shè)計(jì)方案。交通燈控制器的設(shè)計(jì)采用的是時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，按設(shè)計(jì)要求將同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成為八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過對(duì)實(shí)際情況的分析，得出交通燈相應(yīng)的時(shí)序波形圖，之后得到真值表，最后通過卡諾圖依次對(duì)各交通燈狀態(tài)進(jìn)行化簡(jiǎn)得出邏輯表達(dá)式，完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，本課題通過Multisim軟件來創(chuàng)建電路原理圖，然后再通過基本操作對(duì)電路仿真情況進(jìn)行觀察。通過仿真，可以看出仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)果正確，達(dá)到了預(yù)期的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]劉建沁.從零開始學(xué)電路仿真Multisim與電路設(shè)計(jì)Protsl技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

[2]王冠華，王伊娜. Multisim 8電路設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

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[4]鄭步生,吳渭.Multisim 2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[5]郭勇.EDA技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

作者簡(jiǎn)介

第2篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

關(guān)鍵詞 Multisim仿真；電子電路設(shè)計(jì)；搶答器

中圖分類號(hào)：TP319.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）10-0035-03

Abstract Introduces the function and characteristic of Multisim simu-

lation software， and describes the use of Multisim simulation software for electronic circuit design process with a digital responder

design as an example.

Key words Multisim simulation； electronic circuit design； responder

1 前言

隨著電子電路復(fù)雜程度越來越高、更新速度越來越快、設(shè)計(jì)規(guī)模越來越大、推向市場(chǎng)時(shí)間越來越短，這就迫切需要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)的出現(xiàn)，改革了傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)方法。

2 Multisim仿真軟件的功能及特點(diǎn)

Multisim是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件，可實(shí)現(xiàn)原理圖捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測(cè)試等功能；具有如下特點(diǎn)：界面設(shè)計(jì)人性化、操作簡(jiǎn)潔明了、元件庫(kù)規(guī)模龐大、儀器儀表庫(kù)種類齊全（包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等）、分析功能強(qiáng)大（包括直流工作點(diǎn)分析、交流分析、噪聲分析等）。

3 應(yīng)用實(shí)例

以數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)為例，闡述采用Multisim仿真軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)的過程。

設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字搶答器，設(shè)計(jì)要求：

1）搶答器可同時(shí)供8名選手參加比賽，每個(gè)選手擁有一個(gè)搶答按鍵，分別用按鍵J0～J7表示，按鍵編號(hào)和選手編號(hào)相同；

2）主持人扳動(dòng)控制開關(guān)J8，可控制系統(tǒng)的復(fù)位和搶答的開始；

3）搶答器具有第一搶答信息的鑒別、鎖存和顯示功能，搶答開始后，第一搶答者按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，該選手的編號(hào)立即被鎖存，并顯示在LED數(shù)碼管上，控制電路使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音，并對(duì)輸入電路進(jìn)行封鎖，使其他選手的搶答不起作用；

4）搶答器具有定時(shí)搶答功能，主持人通過設(shè)定一次搶答時(shí)間，控制比賽的開始和結(jié)束[1]。

電路組成 搶答器由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路由主持人控制開關(guān)、搶答按鍵、控制電路、優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼器、編號(hào)顯示器和報(bào)警電路構(gòu)成，完成基本搶答的功能；擴(kuò)展電路由秒脈沖產(chǎn)生電路、定時(shí)電路、譯碼器和定時(shí)顯示器構(gòu)成，完成定時(shí)搶答的功能。

搶答器工作過程：首先，接通搶答器電源，主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置，禁止搶答器工作，編號(hào)顯示器被熄滅，定時(shí)顯示器顯示定時(shí)時(shí)間；然后，主持人將開關(guān)J8置于開始位置，允許搶答器工作，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)；當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，計(jì)數(shù)器停止工作，編號(hào)顯示器顯示搶答選手的編號(hào)，定時(shí)顯示器顯示剩余搶答時(shí)間，并禁止其他選手隨后的搶答；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，但無人搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并禁止選手超時(shí)搶答。

電路設(shè)計(jì)及仿真

1）搶答器電路。搶答器電路如圖1所示。優(yōu)先編碼器74LS148能鑒別第一搶答者的按鍵操作，并使其他選手的操作無效；RS鎖存器74LS279能鎖存第一搶答者的編號(hào)，并經(jīng)譯碼器74LS48譯碼后顯示在LED數(shù)碼管上。

搶答器電路仿真波形如圖2所示。借助于Multisim仿真軟件中的邏輯分析儀，可對(duì)搶答器電路的多路邏輯信號(hào)同步進(jìn)行高速采集和時(shí)序分析。將邏輯分析儀的輸入端口相應(yīng)地連接到電路的如下測(cè)試點(diǎn)上：開關(guān)J8，74LS279的輸出端Q4、Q3、Q2、Q1（EI、BI），按鍵J7、J6、J5、J4、

J3、J2、J1、J0。被采集的輸入信號(hào)將顯示在屏幕上。

由圖2可知，在第一個(gè)Clock脈沖的上升沿，主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置時(shí)，74LS279被復(fù)位，禁止鎖存器工作，其輸出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的選通輸入端EI=0，允許優(yōu)先編碼器工作；74LS48的消隱輸入端BI=0，編號(hào)顯示器被熄滅。在第一個(gè)Clock脈沖的下降沿，當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于開始位置時(shí)，允許優(yōu)先編碼器和鎖存器工作。在第二個(gè)Clock脈沖的下降沿，將J6按鍵按下時(shí)，74LSl48的輸出A2A1A0=001，GS=0，經(jīng)RS鎖存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使BI=1，允許74LS48工作；Q4Q3Q2=110，經(jīng)譯碼顯示為“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即在第三個(gè)Clock脈沖的上升沿J3按鍵的輸入）。在第四個(gè)Clock脈沖的上升沿，當(dāng)按下的J6鍵松開后，GS=1，此時(shí)由于仍為Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即第五個(gè)Clock脈沖的下降沿J0按鍵的輸入），從而實(shí)現(xiàn)了搶答的優(yōu)先性，保證了電路的準(zhǔn)確性。在第六個(gè)Clock脈沖的下降沿，主持人將開關(guān)J8重新置于復(fù)位位置，以便進(jìn)行下一輪的搶答。

2）定時(shí)電路。將兩片同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LSl92級(jí)聯(lián)，以串行進(jìn)位方式構(gòu)成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖由555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖電路提供；通過預(yù)置時(shí)間電路，主持人對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行一次搶答時(shí)間的預(yù)置；74LS48譯碼器和定時(shí)顯示器構(gòu)成譯碼顯示電路。當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置時(shí)，計(jì)數(shù)器預(yù)置定時(shí)時(shí)間，并顯示在定時(shí)顯示器上。當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于開始位置時(shí)，74LS279的輸出Q1=0，經(jīng)非門反相后，使555定時(shí)器的時(shí)鐘輸出端CP與74LSl92的時(shí)鐘輸入端CPD相連，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)；在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允許74LSl48工作。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，Q1=1，經(jīng)非門反相后，封鎖CP信號(hào)，計(jì)數(shù)器停止工作，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位為止；同時(shí)，EI=1，禁止74LSl48工作。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到無人搶答時(shí)，BO2=0，EI=1，禁止74LSl48工作，禁止選手超時(shí)搶答；同時(shí)，BO2=0，封鎖CP信號(hào)，計(jì)數(shù)器停止工作，定時(shí)顯示器上顯示00[2]。

3）報(bào)警電路。報(bào)警電路由555定時(shí)器、三極管推動(dòng)級(jí)和揚(yáng)聲器構(gòu)成。由若干電阻、電容和555定時(shí)器接成多諧振蕩器，將時(shí)序電路控制信號(hào)PR接至555定時(shí)器的清零端，以控制多諧振蕩器振蕩的起停，多諧振蕩器輸出信號(hào)控制三極管的導(dǎo)通、截止，從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，畫出各單元電路的仿真電路圖，先對(duì)各單元電路逐個(gè)進(jìn)行仿真調(diào)試，再將各單元電路連接起來進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；通過Multisim仿真，觀察各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系，測(cè)量電路各項(xiàng)性能指標(biāo)，調(diào)整部分元器件參數(shù)，檢查電路各部分功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求；最后進(jìn)行電路焊接與裝配，并對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行測(cè)試。

4 結(jié)語

Multisim是電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析的基礎(chǔ)，在電子電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用Multisim仿真軟件，把虛擬仿真和硬件實(shí)現(xiàn)相結(jié)合，可以節(jié)約設(shè)計(jì)成本、縮短開發(fā)周期和提高設(shè)計(jì)效率，有利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐、綜合分析和開發(fā)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工具的能力。

參考文獻(xiàn)

第3篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

關(guān)鍵詞：Multisim；單管放大電路；仿真分析；放大電路

中圖分類號(hào)：TN7；TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）05-0-02

0 引 言

模擬電子技術(shù)是電子、通信類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。通過這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電子電路的基本理論與基本實(shí)驗(yàn)技能，并初步具有電子電路的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。隨著科技的發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化和自動(dòng)化，在教學(xué)中適當(dāng)引用計(jì)算機(jī)輔助工具實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化，讓實(shí)驗(yàn)變得簡(jiǎn)單、方便，同時(shí)可幫助學(xué)生快速理解理論知識(shí)。使用Multisim軟件不僅可以快速設(shè)計(jì)電路，還可與理論設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，為電路的進(jìn)一步調(diào)試提供便利，極大地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

本文以典型的單管放大電路為例，具體介紹了利用Multisim設(shè)計(jì)單管放大電路，并對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，得到放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，分析靜態(tài)工作點(diǎn)的影響因素；在動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)上得到了電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及帶寬。

1 Multisim仿真軟件功能及特點(diǎn)

學(xué)習(xí)電子技術(shù)，不僅要熟練掌握電子器件以及電路的基本原理、參數(shù)計(jì)算方法，更重要的是對(duì)電路的分析、應(yīng)用以及開發(fā)。Multisim是一款在業(yè)內(nèi)廣泛采用的電子電路仿真與設(shè)計(jì)軟件，其功能強(qiáng)大，能最大化滿足使用者的需求，其擁有的專業(yè)功能可以輕松處理較為復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。它包含電路原理圖的輸入、電路硬件描述語言輸入，具有豐富的仿真分析能力，元件庫(kù)中提供了大量仿真模型，確保了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和實(shí)用性，并集成了多種虛擬儀表，包含大量設(shè)計(jì)實(shí)例、課程設(shè)計(jì)和研究項(xiàng)目，使得實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)便快捷。

2 單管共射放大電路設(shè)計(jì)

根據(jù)NPN型晶體管的特性，設(shè)計(jì)一個(gè)輸入電阻為Ri、輸出電阻為Ro、電壓放大倍數(shù)為Au的共射放大電路，電路設(shè)計(jì)具體過程如下：

（1）晶體管是放大的核心元件，輸入信號(hào)為正弦波電壓Ui。在輸入回路中，加入基極電源VBB使晶體管基極與集電極之間的電壓UBE大于開啟電壓UON，并與基極電阻Rb同時(shí)決定基極電流IB；在輸出回路中，應(yīng)該讓集電結(jié)反向偏置，使晶體管處在放大狀態(tài)，所以集電極電源VCC應(yīng)該足夠高，這里取12 V，基本共射放大電路如圖1所示。

（2）在實(shí)際電路中，通常用一個(gè)直流電源代替基極電源和集電極電源，為了設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在輸入回路中增加一個(gè)電阻Rb1，得到如圖2所示的直接耦合共射放大電路。

（3）加入輸入信號(hào)時(shí)，圖1的Rb和圖2的Rb1上均有電壓損失，減小了基極與發(fā)射極之間的電壓差值，影響了電路的放大能力。由于電容有“隔直通交”的作用，在輸入端加入大電容C1，使輸入信號(hào)可以無損失地加在基極與發(fā)射極之間，在輸出端加入電容C2，連接放大電路與負(fù)載。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，并增大放大電路的交流電壓增益，在發(fā)射極端增加一個(gè)電阻Re和一個(gè)電容Ce并聯(lián)電路，具體電路如圖3所示。

3 靜態(tài)工作點(diǎn)分析

為保證放大電路不失真地對(duì)已知小信號(hào)進(jìn)行放大，設(shè)置合m的靜態(tài)工作點(diǎn)非常必要。將輸入信號(hào)置零，使直流電源單獨(dú)作用時(shí)，將基極電流、集電極電流、晶體管b-e間電壓和管壓降稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，通常記為IbQ、IcQ、UBEQ、UCEQ。在圖3所示的阻容耦合共射放大電路中，已知Vcc=12 V，Rb1=5kΩ，Rb2=15 kΩ，Re=2.3 kΩ，Rc=5.1 kΩ，RL=5.1 kΩ；晶體管的β=50，rbe=1.5 kΩ，UBEQ=0.7 V，分別取C1、C3、Ce為30 μF、10 μF、50 μF。根據(jù)晶體管特性以及回路方程，估算靜態(tài)工作點(diǎn)。因?yàn)椋?+β）Re>>Rb1∥Rb2，所以 ：

（1）

（2）

（3）

（4）

然后通過Multisim的仿真功能與菜單欄Simulate選項(xiàng)中Analysis and Simulation中的DC Operating Point Analysis直接測(cè)出b、c、e的節(jié)點(diǎn)電壓和Rc的支路電流。靜態(tài)工作點(diǎn)分析如圖4所示，其中V（b）=2.98 V， UCEQ=V（c）-V（b）= 6.80V-2.35 V=4.45 V， I（Rc1）=1.01 mA，由此可以看出仿真結(jié)果與理論估計(jì)值接近。

通過公式（1）～（4）可知，靜態(tài)工作點(diǎn)與Rb2的取值有關(guān)，Rb2越小，靜態(tài)工作點(diǎn)越高。將Rb2換成最大阻值為100 kΩ的滑動(dòng)變阻器。改變Rb2，采用直流仿真方法測(cè)出四組不同阻值下的靜態(tài)工作點(diǎn)，數(shù)據(jù)結(jié)果見表1所列，可以看出隨著Q點(diǎn)的增高，IEQ越大。

4 動(dòng)態(tài)參數(shù)分析

在電路的交流通路中，用h參數(shù)等效模型代替晶體管得到交流等效電路，這樣的分析方式稱為h參數(shù)等效模型分析。電容對(duì)交流信號(hào)短路，晶體管用h參數(shù)模型代替，畫出圖3的交流等效電路圖如圖5所示。電路的放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro稱之為動(dòng)態(tài)參數(shù)，根據(jù)電路的回路方程，可以得到動(dòng)態(tài)參數(shù)的表達(dá)式：

（5）

（6）

（7）

在輸入輸出端接入萬用表，設(shè)置為交流電壓檔，測(cè)得輸入端電壓為14 .142 mV記作Ui，輸出端電壓為1.173 V記作Uo，根據(jù)公式（5）計(jì)算得到放大增益Au為83.57，輸入輸出電壓如圖6所示。也可以放入雙蹤示波器，A通道連接輸入端，B通道連接輸出端，打開仿真開關(guān)，得到圖7所示的輸入、輸出波形，可以看出輸入輸出波形有180°的相位差，并且輸入波形被放大了81.5倍，與理論值相差甚微。

在輸入端并聯(lián)一個(gè)電壓表，串聯(lián)一個(gè)電流表，測(cè)得輸入端電壓和電流，通過計(jì)算得出輸入端電阻Ri為1 kΩ；在輸出端采用同樣的方式得到輸出電阻Ro為5 kΩ，電表均設(shè)置為交流檔（即AC檔）。由以上分析可知理論計(jì)算數(shù)值與仿真結(jié)果基本一致。

用波特圖示儀測(cè)試電路的幅頻特性曲線，共射放大電路幅頻如圖8所示。由圖可知中頻電壓增益為39.834 dB，根據(jù)頻帶寬度的測(cè)量原理，移動(dòng)測(cè)試指針，使幅度值下降3dB，找到半功率點(diǎn)，低端頻率fL約為134.4 Hz，高端l率fH約為1.425 MHz，同時(shí)計(jì)算出放大器的頻帶寬度fW=fH-fL≈1.4MHz。

5 結(jié) 語

利用Multisim仿真軟件對(duì)單管共射放大電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，對(duì)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，理論與仿真結(jié)果基本相同。在仿真過程中充分利用Multisim的多種仿真方式，快速得到仿真結(jié)果，先仿真后制作增加了設(shè)計(jì)成功率，提高了實(shí)驗(yàn)效率。作為教學(xué)輔助工具，該設(shè)計(jì)方法對(duì)其他電子電路的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值與不可估量的作用。

參考文獻(xiàn)

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第4篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

關(guān)鍵詞：Liu混沌系統(tǒng)；虛擬儀器；LabVIEW；自治混沌系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：O415.5；TM132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)09-098-02オ

LabVIEW Simulation Research and Circuit Design of Liu Chaotic System

LIU Xingyun1，2

(1.Hubei Normal University,Huangshi,435002,China；2.Faculty of Material Science and Engineering,Hubei University,Wuhan,430062,China)

オ

Abstract：The chaotic dynamic characteristic of Liu chaotic system is further investigated.The software system of Liu chaotic system based on virtual instrument is designed.Topology construction of experimental system based on virtual instrument technique is given.The hardware circuit design is designed and the interrelated circuit implementation is realized.A feasible program is provided for the research of nonlinear system.As the approach has been used,the result of experimental system is satisfactory.To compare the traditional autonomous chaotic system,it has many advantages,such as a convenient parameter changing,easy gaining,high accuracy,good real-time capability and so on.

Keywords：Liu chaotic system;virtual instrument;LabVIEW;autonomous chaotic system

1 引 言

自從1963年，Lorenz在三維自治系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)混沌吸引子以來[1]，其混沌理論研究和實(shí)際應(yīng)用得到了極大的關(guān)注，但供研究的混沌系統(tǒng)并不多。1999年Chen等采用線性反饋控制方法控制Lorenz混沌系統(tǒng)而發(fā)現(xiàn)了一種與Lorenz混沌系統(tǒng)類似但不拓?fù)涞葍r(jià)的Chen混沌系統(tǒng)[2] ;2001年和2002年，呂金虎等人相繼發(fā)現(xiàn)了Lü混沌系統(tǒng)和連接上述三個(gè)混沌系統(tǒng)的統(tǒng)一混沌系統(tǒng)[3,4]；2003年，Liu等發(fā)現(xiàn)了在三維連續(xù)自治混沌系統(tǒng)中能產(chǎn)生四螺旋混沌吸引子的混沌系統(tǒng)，并用實(shí)際的硬件電路證實(shí)了該混沌系統(tǒng)的存在[5]。2005年，Qi等在Lorenz混沌系統(tǒng)的第一個(gè)式子上，加上一個(gè)非線性項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)了一類變形Lorenz混沌系統(tǒng)，并對(duì)該混沌系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析[6]。 2004年，Liu等提出了一類含有平方非線性項(xiàng)的三階連續(xù)自治混沌系統(tǒng)[7]，由于Liu混沌系統(tǒng)是一個(gè)新的混沌系統(tǒng)，開展其動(dòng)力學(xué)特性及電路實(shí)現(xiàn)的研究具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值,便于作為混沌保密通信系統(tǒng)的信息載體，提高通信系統(tǒng)的安全性。

2 Liu混沌系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及數(shù)值仿真

Liu混沌系統(tǒng)是一類含有平方非線性項(xiàng)的混沌系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型描述如下[7]：

И

=a(y－x)=bx－kxz=－cz+hx2

(1)

И

圖1 隨b變化的李雅普諾夫指數(shù)譜

當(dāng)a=10,k =1,c=25,h=4時(shí)，b在-10~100之間變化時(shí)，Ю用Jacobia方法計(jì)算的李雅普諾夫指數(shù)譜如┩1所示，用最大值法計(jì)算的分岔圖如圖2所示[3]，從圖可以看出b=40時(shí)，此系統(tǒng)的李雅普諾夫指數(shù)有一個(gè)大于零，分岔圖中x有很多個(gè)最大值，可知該系統(tǒng)為混沌系統(tǒng)。

下面將設(shè)計(jì)一個(gè)基于LabVIEW 8.2仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[8]，此系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)方便，易實(shí)現(xiàn)，可靠性高，實(shí)時(shí)性好。圖3是前面板圖，圖4是程序框圖。圖中給出了各狀態(tài)變量的時(shí)序圖，相互之間的相圖。

圖2 隨b變化的分岔圖

圖3 基于虛擬儀器Liu混沌系統(tǒng)前面板圖

圖4 基于虛擬儀器Liu混沌系統(tǒng)流程框圖

Liu混沌系統(tǒng)混沌信號(hào)的輸出，安裝NI公司的PC 6014數(shù)據(jù)采集卡并設(shè)置參數(shù)，這樣就可由數(shù)據(jù)采集卡輸出狀態(tài)變量X(或Y，Z)的混沌信號(hào)[9]。

3 Liu混沌系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)及硬件實(shí)驗(yàn)

3.1 電路設(shè)計(jì)

采用線性電阻、線性電容、運(yùn)算放大器(LM741)、模擬乘法器(AD633) 來設(shè)計(jì)Liu混沌系統(tǒng)的電路[7]，如圖5所示。其中運(yùn)算放大器是用來進(jìn)行電路的加減運(yùn)算，模擬乘法器則用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的非線性項(xiàng)。由于運(yùn)算放大器(LM741)的容許電壓僅為±18 V，對(duì)于乘法器(AD633)來說，其容許電壓僅為±10 V。為了有效地進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，我們把混沌信號(hào)的輸出電平調(diào)小為原來的1/10，設(shè):

И

u=10x,v=10y,w=10z

(2)

И

又由于系統(tǒng)變量的變換，不影響系統(tǒng)的狀態(tài)及性能，從而再令:

И

x=u,y=v,z=w

(3)

И

則式(1)可變?yōu)?

И

=a(y－x)=bx－10kxz=－cz+10hx2

(4)

И

其中參數(shù)a=10,k=1,c=2.5,h=4,b=40。根據(jù)電路理論以及各個(gè)元件的特性，其電路如圖5所示。其中R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10為10 kΩ，R11，R12，R14為1 kΩ，R13，R16為250 Ω，R15為4 kΩ，У縟菸10 nF，運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M741，模擬乘法器為AD633。

圖5 電路原理圖

3.2 電路仿真結(jié)果及硬件實(shí)驗(yàn)

根據(jù)圖5的電路在EWB的仿真結(jié)果如圖6所示。硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是一致的，說明基于虛擬儀器技術(shù)的方案是可行的。

圖6 EWB實(shí)驗(yàn)的混沌吸引子

4 結(jié) 語

本文首先對(duì)Liu混沌系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，當(dāng)參數(shù)b∈［-10,100］變化時(shí)，給出了李雅普諾夫指數(shù)譜圖和分岔圖，然后應(yīng)用美國(guó)NI公司的LabVIEW虛擬儀器技術(shù)結(jié)合混沌理論設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器Liu混沌系統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器，該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是：用戶在操作時(shí)感覺同操作真實(shí)的儀器設(shè)備一樣，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，易實(shí)現(xiàn)，可靠性高，實(shí)時(shí)性好，更適合于作為加密混沌通信系統(tǒng)的信息載體，提高通信系統(tǒng)的安全性,也提供了一種研究非線性混沌系統(tǒng)的新途徑。最后進(jìn)行Liu混沌系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，仿真及其硬件設(shè)計(jì)，結(jié)果與理論分析是一致的。

參 考 文 獻(xiàn)

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第5篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

3.1 基本理論

常用的開關(guān)電壓電源未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu可分為單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)兩種，對(duì)于單極點(diǎn)一般采用PI（比例積分）補(bǔ)償，雙極點(diǎn)一般采用PID（比例積分微分）補(bǔ)償。也可以大致理解為電流型控制的采用PI補(bǔ)償，電壓型控制的采用PID補(bǔ)償。

PI補(bǔ)償可以用如下電路實(shí)現(xiàn)：

WL=1/(R2C2) Wp=1/(R2C1) Gc=R2/R1 (C2>>C1)

Gc是比例因子；零點(diǎn)WL引入積分，當(dāng)頻率小于WL，增益增加，直流增益提高，意味著穩(wěn)壓精度提高；極點(diǎn)Wp使高頻的干擾信號(hào)迅速衰減。需要注意的是上面的等式是在C2>>C1的假設(shè)下得到的，實(shí)際選擇反饋參數(shù)時(shí)要注意滿足這個(gè)條件。

PID補(bǔ)償可以采用如下方式：

若R1>>R3，C2>>C1，有：

為在fc點(diǎn)獲得θ的超前補(bǔ)償，有：

fL使低頻增益加大，提高穩(wěn)壓精度；fz引入相位超前補(bǔ)償，增加相位裕度；fp1、fp2使高頻干擾衰減。注意滿足：R1>>R3，C2>>C1。

3.2補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)例

畫出Tu的Bode圖之后，就可以設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)了。下面對(duì)幾個(gè)實(shí)際電路進(jìn)行分析。

3.2.1 非隔離的電壓型BUCK（TPS40007）

輸入5.5V，輸出3.3V/5A，開關(guān)頻率fs=300kHz。按照TPS40007的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鋸齒波的幅值是Vm=0.9V，所以控制電壓Vc到占空比D的傳遞函數(shù)Gain=1/Vm。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)步驟如下：

/psimu/ZXTJ/TJ6700/small signal 3V

第一步：去掉補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，對(duì)控制電壓Vc（即補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出）進(jìn)行直流掃描，找到使Vo=3.3V時(shí)的Vc值，將Vc的直流分量設(shè)為次值，即設(shè)置了電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

第二步：對(duì)Vc進(jìn)行交流掃描，得到未補(bǔ)償?shù)腣c到Vo的傳遞函數(shù)Tu。Tu的直流增益為15.7dB，交越頻率為10.5kHz。

第三步：設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。由于是電壓型控制，所以采用PID補(bǔ)償。設(shè)補(bǔ)償后的交越頻率fc=20kHz，在fc處得到60°的相位補(bǔ)償；而Tu在fc處的增益是dbGc=-12.38；設(shè)置極點(diǎn)fp2=180kHz以抑制高頻干擾；R1=36K。按上述參數(shù)得到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的反饋參數(shù)：R2=40K（取39k）， C2=7.4nF（取4.7nF），C1=53pF（取47pF），R3=1k， C3=820pF（取1nF）。

仿真結(jié)果：fc=24.7kHz， 相位裕度φm=43°。下面是實(shí)測(cè)的環(huán)路BODE 圖。

實(shí)測(cè)的交越頻率及相位裕度都比仿真的大些，這是由于頻率高了以后，電路的分布參數(shù)影響的結(jié)果。

3.2.2 隔離的電流型BUCK（TDA16888）

輸入400Vdc，輸出54V/5A，開關(guān)頻率fs=100kHz。

/psimu/zx500W/main/small signal1

為便于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，將光藕部分也歸入未補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)Tu，即：只將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)分開。那么Tu是光藕的輸入Vc（補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)運(yùn)放的輸出）到輸出Vo的傳遞函數(shù)。

補(bǔ)償斜率mva的計(jì)算：芯片15腳的外接電容100pF，通過內(nèi)部的10K電阻充電，時(shí)間常數(shù)只有1us，電源的開關(guān)頻率是100kHz，在電流信號(hào)與Vc比較的瞬間，外接電容已經(jīng)基本充滿了電，對(duì)斜率補(bǔ)償沒有多大影響，實(shí)際上此處電容的作用只是消除電流檢測(cè)波形前端的尖峰。對(duì)環(huán)路特性有影響的斜率是指鋸齒波與Vc比較時(shí)的斜率。TDA16888芯片內(nèi)部是將電流檢測(cè)信號(hào)放大了5倍，即加在電流鋸齒波信號(hào)上的補(bǔ)償斜率是電流信號(hào)本身斜率的4倍。根據(jù)實(shí)際電路結(jié)構(gòu)，可以算出在變壓器原邊檢流電阻上的電流信號(hào)（實(shí)際是電壓信號(hào)）的斜率：

輸入電壓Vi=400V，變壓器變比n=2.875，輸出電感Lo=200uH，輸出電壓Vo=54V，輸出電感電流的上升斜率mi=(Vi/n-Vo)/Lo=0.425A/us，折合到原邊，電流上升斜率mip=mi/n=0.148A/us，在檢流電阻上的電壓上升率mv=mip*Rs(0.22)=0.0325V/us=32.5K V/s，也可以通過仿真直接得到電流斜率。由此得到補(bǔ)償斜率mva=4*mv=130K V/s。

V9是芯片內(nèi)部的壓降。

第一步：先得到Vc到Vo的傳遞函數(shù)Tu。方法是對(duì)Vc進(jìn)行DC掃描，得到使輸出電壓為Vo時(shí)的Vc值，從而確定了電路的工作點(diǎn)（Bias point）。設(shè)定Vc的直流分量為工作點(diǎn)的值，然后進(jìn)行AC掃描，得到Tu：DC增益32.84dB、轉(zhuǎn)折頻率fo=23.6Hz。

第二步：確定補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的形式。因?yàn)槭请娏餍涂刂疲梢圆捎肞I補(bǔ)償。補(bǔ)償前Tu的直流增益dbTuo=32.84dB，Tu的轉(zhuǎn)折頻率fo=23.57Hz，Tu的交越頻率fc’=1kHz。為提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，將補(bǔ)償后的fc提高到2kHz（由于光藕的帶寬只有10kHz左右，所以在有光藕隔離的場(chǎng)合，很難將交越頻率提得很高）；為提高穩(wěn)壓精度，加入零點(diǎn)fL=fc/10；為抑制高頻干擾，加入極點(diǎn)fp=10*fc；在確定R1=33k后，可以算出反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)：R2=64k C2=12nF C1=120pF

第三步：將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)加入環(huán)路中，此時(shí)得到的電路就和實(shí)際的一樣了。進(jìn)行偏置點(diǎn)掃描（biaos point swip），得到電路各點(diǎn)的電壓，與實(shí)際的測(cè)試結(jié)果比較，保證電路的參數(shù)設(shè)計(jì)合適，比如可以看看光藕的If是否合適。將環(huán)路中各器件設(shè)計(jì)到合適的工作點(diǎn)是保證電路在各種環(huán)境下穩(wěn)定工作及長(zhǎng)的工作壽命的前提。注意：補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)不會(huì)影響電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。確定環(huán)路的靜態(tài)工作點(diǎn)后，加入Lf、Cf及Vsti進(jìn)行AC掃描，得到整個(gè)系統(tǒng)補(bǔ)償后的開環(huán)傳遞函數(shù)T。

在上述仿真電路中，電感Lf很大，對(duì)直流信號(hào)相當(dāng)于短路，所以不會(huì)影響整個(gè)環(huán)路的靜態(tài)工作點(diǎn)，Lf對(duì)交流信號(hào)來說相當(dāng)于開路，所以仿真出的T是開環(huán)傳遞函數(shù)；Cf也很大，對(duì)激勵(lì)源Vsti來說相當(dāng)于短路，從而引入激勵(lì)信號(hào)，Cf對(duì)直流信號(hào)相當(dāng)于開路，Vsti的任何直流分量不會(huì)影響環(huán)路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

從仿真結(jié)果可以看出，交越頻率fc處的相位裕度φm=66°，且頻率低于fc的最低相位裕度也有36°，所以系統(tǒng)是穩(wěn)定的。下面是實(shí)測(cè)的開環(huán)Bode圖。

3.2.3 帶前饋的電壓型隔離BUCK（LM5025）

輸入48V，輸出3.3V/40A，LM5025控制器，開關(guān)頻率fs=280kHz，下圖是實(shí)際電路參數(shù)，可以看出測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果很相似，表示所建的仿真模型準(zhǔn)確度是可以信賴的！

LM5025-2

下面對(duì)此電路按上面的方法重新設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

首先，將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)移出，畫出從光藕輸入到Vo的未補(bǔ)償傳遞函數(shù)Tu。C8、C9、C6、R12不要，R6及Vr1是芯片內(nèi)部參數(shù)，需保留。

從仿真結(jié)果可以看出，Tu的直流增益很小，只有-0.44dB。原因是光藕的電阻R5接到了輸出Vo，從而降低了Vo對(duì)Vc的增益。若將R5接到一個(gè)固定電平VCC上，則整個(gè)增益增加了，Tu的直流增益增加到25.6dB！以此為基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。由于是電壓型控制，所以采用PID補(bǔ)償。由于本電源的開關(guān)頻率很高，達(dá)fs=280kHz，若沒有光藕隔離限制，補(bǔ)償后的交越頻率可取fc=0.2*fs=56kHz，但由于光藕的帶寬只有10kHz左右，且光藕引入的相位滯后在5kHz 以后急劇增加，所以為了得到盡可能大的帶寬，首先應(yīng)對(duì)光藕進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償以拓展其帶寬。此處在光藕的輸出加入RC零點(diǎn)。設(shè)補(bǔ)償后的交越頻率為fc=20kHz，Tu在fc處的增益dbGc=-8.67dB，希望在fc處得到60°的相位補(bǔ)償，設(shè)置極點(diǎn)fp2=180kHz以抑制高頻干擾，R1=100k//56k=35.9k，計(jì)算得到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)如下：

補(bǔ)償后帶寬20kHz，相位裕度30°。仿真得到的相位裕度往往小于預(yù)期的值，這是由于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)放及未完全補(bǔ)償?shù)墓馀涸斐傻摹?/p>

3.2.4 準(zhǔn)諧振Flyback（UCC28600）

220Vac輸入、28V/2.3A輸出，光藕+TL431反饋。

UCC28600

先把補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)去掉，計(jì)算未補(bǔ)償?shù)腣c到Vo的傳遞函數(shù)Tu，由于光藕直接接到輸出，所以Tu的直流增益很低。

下面是實(shí)測(cè)的環(huán)路BODE圖，可見仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)符合得很好。

第6篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

【關(guān)鍵詞】Multism10；電路設(shè)計(jì)與仿真；三相電動(dòng)機(jī)；模擬操作

1.引言

電機(jī)的控制電路是生活中廣泛的應(yīng)用電路，也是我們本科（包括電氣類、機(jī)電類等專業(yè)）在校生學(xué)習(xí)的一個(gè)重要的做成部分。自（互）鎖控制電路占有很大的比重。然而，在進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)中，三相交流電往往是很高的電壓，具有一定的危險(xiǎn)性；并且，三相電機(jī)某些參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)（如短路實(shí)驗(yàn)）在實(shí)際操作中很難進(jìn)行。針對(duì)這些問題，Multism10為實(shí)際操作前的準(zhǔn)備提供更加貼近實(shí)際的環(huán)境。這些可以增加我們學(xué)生電機(jī)控制電路實(shí)際操作中的信心和積極性，使我們?cè)趯?shí)際操作中敢于大膽動(dòng)手，勇于創(chuàng)新，最終達(dá)到對(duì)理論知識(shí)更加深刻的理解和增強(qiáng)我們的操作的熟練性。

2.Multism10的概述

A、Multism10是美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments，簡(jiǎn)稱NI）推出的一款仿真軟件。

B、Multisim 10是一個(gè)功能強(qiáng)大的EDA系統(tǒng)，它提供了一個(gè)非常大的元器件數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)擁有VHDL和Verilog設(shè)計(jì)接口與仿真等功能。

C、Multism10操作界面友好，能夠利用鼠標(biāo)完成對(duì)元件的選擇、連線，元件屬性的查看以及修改以及對(duì)仿真結(jié)果的查看。

D、Multism10提供了電路的多種分析方法，例如：參數(shù)掃描分析、噪聲分析等；同時(shí)也提供了許多的測(cè)試元件，如：虛擬電流表、探針、虛擬伏特表等。

3.兩個(gè)電動(dòng)機(jī)自（互）鎖控制電路的設(shè)計(jì)

3.1 確定電路的控制方式和元件

3.5 兩個(gè)三相電動(dòng)機(jī)自（互）鎖控制電路的功能一覽表

3.6 兩個(gè)三相電機(jī)控制電路的仿真過程

A、按開關(guān)QF，主電路和控制電路此時(shí)得電。

B、若按開關(guān)SA，交流接觸器KM1線圈得電閉合，此時(shí)，原理圖中的KM1-1閉合，使電機(jī)1的自鎖和電機(jī)1的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)原理圖中的KM2-1斷開，實(shí)現(xiàn)電機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)2停止，實(shí)現(xiàn)電機(jī)1、2互鎖。

C、若按開關(guān)SB，同理，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)2的自鎖和電機(jī)1、電機(jī)2的互鎖。

3.7 結(jié)果

通過以上的仿真，仿真的結(jié)果符合控制的要求，對(duì)于在實(shí)踐中電機(jī)控制電路的操作具有一定的知道意義。

4.結(jié)束語

通過Multism10的仿真，不僅可以能夠更好地為電工電子實(shí)踐和實(shí)際操作前做準(zhǔn)備，減少在實(shí)踐中的儀器和設(shè)備的損壞，更重要的是能夠較少電工電子實(shí)踐中較高電壓等因素引起的對(duì)操作者的威脅。除此之外，Multism10的仿真電路的運(yùn)行，使我們?cè)诓槐貙?dǎo)致?lián)p壞設(shè)備或有危險(xiǎn)的情況下能夠更好地掌握電路的性能。

參考文獻(xiàn)

[1]《職業(yè)技能鑒定教材》編委會(huì).電工[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2011,12.

[2]鄧澤霞,陳新崗主編.電路電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M].中國(guó)電力出版社,2009.

第7篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

關(guān)鍵詞：集散控制；可編程控制器；工業(yè)網(wǎng)絡(luò)；通信技術(shù)；真空自耗電弧爐

前言

隨著鈦及鈦合金在國(guó)防、航空、核設(shè)施、能源、化工等高精尖領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外用戶對(duì)鈦產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)工藝現(xiàn)場(chǎng)控制、設(shè)備安全聯(lián)鎖等提出了更高的要求，這也是電弧爐電氣自動(dòng)控制的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差、可靠性降低，系統(tǒng)控制方式落后，控制精度低等問題，落后的控制方式使鑄錠生產(chǎn)處于熔化不均勻，表面質(zhì)量較差等低性能高成本運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)管理、工藝質(zhì)量和設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響。

隨著計(jì)算機(jī)可靠性不斷提高以及電氣自動(dòng)控制水平的發(fā)展，集散控制系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的集中式控制系統(tǒng)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了控制室與集散控制站或PLC之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，并且大量的減少了控制室與現(xiàn)場(chǎng)之間的電纜數(shù)目、設(shè)備故障率低。因此，通過運(yùn)用集散式控制方案、采用自動(dòng)控制的先進(jìn)技術(shù)解決了真空自耗電弧爐目前存在的工藝和設(shè)備方面的問題，提高了鈦鑄錠產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的水平。

1 電控系統(tǒng)控制要點(diǎn)

真空自耗電弧爐的主要組成包括：由爐體、坩堝、電極桿及傳動(dòng)裝置組成的機(jī)械系統(tǒng)；還包括真空系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電源部分及其以上系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)。

2 電控系統(tǒng)構(gòu)成

真空自耗電弧爐電氣控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、電氣設(shè)備、儀器傳感器等三個(gè)部分組成。系統(tǒng)采用集散控制方案設(shè)計(jì)，包括西門子S7300可編程控制系統(tǒng)，循環(huán)冷卻水控制系統(tǒng)，皮拉尼電阻真空傳感器，電子稱重系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)，直流調(diào)速系統(tǒng)，攝像監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

下位控制器采用西門子S7-300控制系統(tǒng)。采用主從現(xiàn)場(chǎng)總線的工作方式，包括CPU中央處理器，24V直流開關(guān)電源、輸入輸出模塊，ET200總線模塊。

3 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)集散控制模式（DCS），采用上位計(jì)算機(jī)、可編程控制器（PLC）、伺服電機(jī)、直流調(diào)速器等組成。電控系統(tǒng)用于控制整個(gè)工作過程，熔煉過程可采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，具有自動(dòng)引弧，自動(dòng)補(bǔ)縮、弧壓自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)開停真空泵組、自動(dòng)檢測(cè)、記錄、工藝參數(shù)等功能。設(shè)有水、氣、壓力、電壓、電流、真空度的異常報(bào)警及必要的聯(lián)鎖保護(hù)功能。一旦熔煉開始，所有的相關(guān)熔化及設(shè)定數(shù)據(jù)都在屏幕上顯示出來，激活的圖形顯示熔煉進(jìn)展情況，并顯示相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，每10秒將所得到的工藝數(shù)據(jù)在硬盤上記錄一次。每次熔煉打印的報(bào)告包括鑄錠編號(hào)，工藝號(hào)，表頭，以及開始對(duì)話信息，熔煉工藝有關(guān)開始階段，熔化階段，熱補(bǔ)縮階段的細(xì)節(jié)。眉頁(yè)寫有熔煉循環(huán)有關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)和大小的信息。每一頁(yè)打印出的熔煉報(bào)告頂部都重復(fù)寫有這樣的眉頁(yè)。在打印出的熔煉報(bào)告上將出現(xiàn)的所要求的參數(shù)。

4 電氣系統(tǒng)

分為三個(gè)部分：（1）電極桿自動(dòng)與手動(dòng)控制系統(tǒng)。（2）冷卻水系統(tǒng)。（3） Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)通信。

5 下位控制器控制程序

控制系統(tǒng)采用西門子S7 V5.4編程軟件編寫所有的控制程序，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的邏輯連鎖、冷卻水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的連鎖、整個(gè)自動(dòng)運(yùn)行過程的自動(dòng)完成。

6 安全報(bào)警系統(tǒng)

由于真空電弧熔煉有潛在的爆炸危險(xiǎn)，因此爐子主體必須置于防爆墻包圍之中，并設(shè)有泄爆通道。設(shè)備在熔煉過程中一旦出現(xiàn)水壓、流量降低到一定值、水溫過高以及真空突降、壓縮空氣壓力達(dá)不到要求等任一情況，先報(bào)警提示；如果水壓、流量、水溫、真空達(dá)到跳閘設(shè)定值時(shí)，電源跳閘，停止熔煉。

7 觀察攝像系統(tǒng)

采用彩色攝像機(jī)從爐蓋上對(duì)稱的兩個(gè)觀察孔分別對(duì)坩堝中的電弧進(jìn)行觀察，并把兩個(gè)半弧圖像合成一個(gè)完整的畫面，以方便操作人員掌握爐內(nèi)的熔煉情況及電弧的穩(wěn)定情況。采用工業(yè)專用攝像機(jī)并設(shè)有信號(hào)屏蔽處理系統(tǒng)，以獲得穩(wěn)定的圖像。

8 電子稱重系統(tǒng)

稱重系統(tǒng)是精確計(jì)算熔化速率所不可缺少的工具。為了達(dá)到所需要的精度，必須使稱重系統(tǒng)以最大可能的靈敏度反映機(jī)械和電器指令。因此采取了下述措施：具有導(dǎo)向系統(tǒng)的精確的水平向稱重平臺(tái)，即浮動(dòng)架，這個(gè)平臺(tái)只處理水平力，而剩下的垂直力由稱載部件測(cè)量；設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)使摩擦力成為系統(tǒng)的內(nèi)力，減少電極輸送系統(tǒng)中的摩擦力的影響；使用了高精度，溫度補(bǔ)償，電屏蔽稱載部件；使用高精度電測(cè)量系統(tǒng)，具有1，000，000分辨率的信號(hào)處理元件快速計(jì)算熔化速率；使用載波頻率向稱載部件輸送信號(hào)，接收調(diào)制信號(hào)，以避免噪聲和零點(diǎn)漂移問題。

9 控制關(guān)鍵技術(shù)

電極桿在熔煉控制中的兩套控制參數(shù)。電極桿運(yùn)動(dòng)由調(diào)速器提供直流手動(dòng)與直流自動(dòng)兩套控制參數(shù)。當(dāng)采用直流手動(dòng)時(shí)依據(jù)下位機(jī)來控制調(diào)速器的給定值，直流手動(dòng)時(shí)由于電極桿需要快速啟停，所以調(diào)速器的啟動(dòng)與制動(dòng)時(shí)間需要設(shè)置比較小；當(dāng)采用直流自動(dòng)時(shí)依據(jù)弧壓實(shí)際值通過下位機(jī)的PID調(diào)節(jié)器來輸出調(diào)速器的給定值，來達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在調(diào)速器中直流手動(dòng)與直流自動(dòng)的參數(shù)切換由下位機(jī)控制。

10 結(jié)束語

通過集散控制模式在真空自耗電弧爐上的應(yīng)用，運(yùn)用先進(jìn)的西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和西門子可編程控制器、直流調(diào)速器結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)高性能變送器實(shí)現(xiàn)了真空自耗電弧爐整個(gè)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化控制，使用西門子上位軟件完成自動(dòng)化工藝管理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、報(bào)警顯示功能。

參考文獻(xiàn)

第8篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

中圖分類號(hào):TN710-34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)21-0189-05

Stability Design of Linear Power Amplifying Circuit for Capacitive Loads

YAO Peng, LIU Yan, ZHANG Sheng-xiu

(Department of Base, The Second Artillery Engineering College of PLA, Xi’an 710025, China)

Abstract: Proceeding from stability design of a linear power amplifying circuit and taking a piezoelectric actuator as a research object, the appropriate power operational amplifier was selected for capacitive Loads on the basis of analysis of the relevant design specifications. Two methods for phase compensation of noise gain and feedback zero are adopted to improve the stability of the circuit to avoid overshoot and oscillation. The validity and feasibility of the stability design are verified gradually by theoretical calculation, model simulation and physical test.Keywords: capacitive load; piezoelectric actuator; drive power; amplifying circuit; phase compensation; SPICE

0 引 言

線性功率放大電路在壓電材料的驅(qū)動(dòng)、光電管、光譜儀、微機(jī)電、納米工程等方面都有著廣泛的應(yīng)用空間,由于該類應(yīng)用通常為高精度場(chǎng)合,因此,要求放大電路具有良好的穩(wěn)定性。其中,壓電執(zhí)行器是利用逆壓電效應(yīng),通過功率放大電路,以驅(qū)動(dòng)容性壓電負(fù)載,因此,在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到容性負(fù)載的技術(shù)特點(diǎn)和壓電執(zhí)行器的應(yīng)用要求[1-3]。

如表1所示,某壓電執(zhí)行器要求在±200 V的直流電源作用下,在±10 V的輸入電壓范圍內(nèi),能夠輸出360 V的電壓峰峰值,其工作頻率從直流至10 kHz。容性壓電負(fù)載可以等效為10.6 nF的電容,電路工作環(huán)境為25 ℃,且只采用空氣對(duì)流冷卻。

表1 放大電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)

參數(shù)指標(biāo)參數(shù)指標(biāo)

電源電壓+VS=+200 Vdc-VS=-200 Vdc頻率范圍直流至10 kHz正弦波

輸入電壓峰峰值VIN=±10 V壓電負(fù)載CL=10.6 nF

輸出電壓峰峰值VOUTP-P=360 V散熱方式T=25 ℃空氣對(duì)流冷卻

1 功率放大器的選擇

功率放大器的選擇步驟:

第一步:利用最高頻率和最大電壓擺幅,計(jì)算大信號(hào)響應(yīng)下的轉(zhuǎn)換速率。為了能夠跟蹤上給定的頻率和輸出振幅下的正弦波,所需轉(zhuǎn)換速率S.R:

S.R=2πfVOP×(1×10-6)

=2π×104×180×10-6=11.3 V/μs

第二步:在最高頻率下,容性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生最大電流,可以采用兩種方法得到輸出電流峰值[4]IOP:

方法一:

XC=12πfCL=12π×104×10.6×10-9=1.5 kΩ

IOP=VOPXC=1801.5×103=120 mA

方法二:

IOP=CLdVdt=10.6×10-9×11.310-6=120 mA

第三步:計(jì)算最壞情況下的功耗[5]PDOUTMAX:

PDOUTMAX=V2S2ZL4π-cos θ

=4V2S2πXC=4×20022π×1.5×103=17.0 W

上式主要顯無功負(fù)載,θ>40°

第四步:如表2所示,針對(duì)放大器的設(shè)計(jì)指標(biāo),選擇適用的功率運(yùn)算放大器。

表2 放大器的設(shè)計(jì)指標(biāo)

指標(biāo)參數(shù)指標(biāo)參數(shù)

電源電壓+VS=+200 Vdc-VS=-200 Vdc輸出電流峰值IOP =120 mA

轉(zhuǎn)換速率S.R=11.3 V/μs輸出電壓峰值VOP=180 V

最大輸出功耗PDOUT MAX =17 W

如圖1所示,由PA85的參數(shù)可知,當(dāng)輸出電流為±200 mA時(shí),在最壞情況下的飽和壓降為10 V。因此,可以滿足輸出電流峰值為120 mA時(shí),輸出電壓峰值為180 V的設(shè)計(jì)指標(biāo)[6]。

圖1 PA85的參數(shù)(部分)

如圖2所示,由PA85的功率響應(yīng)可知,無論補(bǔ)償電容Cc選擇為圖中任何三種數(shù)值,在10 kHz的頻率以下,輸出電壓都處在360 V的峰峰值范圍內(nèi),因此,滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)[6]。

圖2 PA85的功率響應(yīng)

如圖3所示,由PA85的外部連接和相位補(bǔ)償可知,當(dāng)選擇補(bǔ)償電容Cc為10 pF、補(bǔ)償電阻Rc為330 Ω時(shí),增益則為20,可以滿足輸入電壓峰值為10 V,輸出電壓峰值為180 V,增益為18的設(shè)計(jì)指標(biāo)[6]。

圖3 PA85的外部連接和相位補(bǔ)償

如圖4所示,由PA85的轉(zhuǎn)換速率可知,當(dāng)選擇Cc為10 pF時(shí),轉(zhuǎn)換速率S.R最大值為400 V/μs,因此,可以滿足轉(zhuǎn)換速率為11.3 V/μs的設(shè)計(jì)指標(biāo)[6]。

圖4 PA85的轉(zhuǎn)換速率

如圖5所示,由PA85的小信號(hào)響應(yīng)可知,當(dāng)閉環(huán)增益為18,相當(dāng)于25.1 dB時(shí),選擇Cc為10 pF,該電路的閉環(huán)帶寬fcl大約為2 MHz。首次檢驗(yàn)表明:PA85不僅能夠在大信號(hào)域內(nèi),跟蹤上10 kHz的正弦波信號(hào),而且也有足夠大的帶寬,以滿足在小信號(hào)域內(nèi),10 kHz下的平坦響應(yīng)[6]。

圖5 PA85的小信號(hào)響應(yīng)

如圖6所示,根據(jù)功率去額的通常經(jīng)驗(yàn):當(dāng)環(huán)境溫度為25 ℃時(shí),可以通過散熱器利用空氣對(duì)流冷卻,以保持放大器的管殼溫度在85 ℃。因此,由PA85的功率降額可知,由于最大輸出功耗PDOUTMAX為17 W,幾乎與Tc為85 ℃的垂線相交,這就意味著初步滿足該電路針對(duì)散熱方式的設(shè)計(jì)指標(biāo)[6-7]。

圖6 PA85的功率去額

2 電路的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

2.1 容性負(fù)載的開環(huán)增益

如圖7所示,開環(huán)增益Aol和小信號(hào)交流增益1/β的交匯點(diǎn)為閉合頻率fcl,此處的環(huán)路增益Aolβ為0 dB。當(dāng)線性功率放大電路驅(qū)動(dòng)容性壓電負(fù)載時(shí),放大器的輸出阻抗Ro和容性負(fù)載CL會(huì)在開環(huán)增益Aol的高頻部分增加一個(gè)極點(diǎn),使其改變?yōu)楹腥菪詨弘娯?fù)載CL的開環(huán)增益Aol w/CL。通過閉合率穩(wěn)定性檢查發(fā)現(xiàn):在fcl處的閉合率為40 dB/dec,大于20 dB/dec,這意味著在fcl以前存在著兩個(gè)極點(diǎn),相當(dāng)于180°的相位移,這就有可能產(chǎn)生破壞性振蕩[4]。

圖7 PA85的小信號(hào)響應(yīng)曲線

2.2 一階穩(wěn)定性分析

2.2.1 幅頻曲線的穩(wěn)定性分析

第一步:如圖8所示,由于50 Ω的輸出阻抗Ro,4.64 Ω的電流限制電阻[8]RCL和容性負(fù)載CL的共同作用下,在開環(huán)增益Aol w/CL增加的極點(diǎn)頻率fp2:

fp2=12π(Ro+RCL)CL

=16.28×(50+4.64)×10.6×10-9=274.9 kHz

第二步:如圖8所示,在低頻部分,由于阻性反饋Rf和Ri決定的小信號(hào)交流增益1/βlow是一個(gè)25.1 dB的水平線,其與含有容性壓電負(fù)載的開環(huán)增益Aol w/CL曲線的閉合率為40 dB/dec,因此,必須提高電路的穩(wěn)定性。

圖8 幅頻曲線的一階穩(wěn)定性分析

第三步:如圖9所示,噪聲增益相位補(bǔ)償法是以維持閉環(huán)增益不變的基礎(chǔ)上,在高頻部分增加了放大電路的整體噪聲增益,其缺點(diǎn)是減小了閉環(huán)帶寬;反饋零點(diǎn)相位補(bǔ)償法是以單位增益穩(wěn)定性為代價(jià),其優(yōu)點(diǎn)是提高了閉環(huán)帶寬。因此,可以根據(jù)性能折中的原則,將上述兩種相位補(bǔ)償法相融合[9-11]。

圖9 噪聲增益相位補(bǔ)償法與反饋零點(diǎn)相位補(bǔ)償法

由Rn和Cn組成的噪聲增益相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),提高了在高頻部分的小信號(hào)交流增益1/βhi:

1βhi=RfRn=90×103900=100=40 dB

高頻噪聲增益的極點(diǎn)頻率fp5為:

fp5=12πRnCn=16.28×900×0.18×10-6=9.8 kHz

如圖8所示,噪聲增益的零點(diǎn)頻率fz1可以按照20 dB/dec的閉合率,由噪聲增益的極點(diǎn)頻率fp5,向小信號(hào)交流增益1/βlow變化。然而,僅靠噪聲增益相位補(bǔ)償法,閉合率仍舊為40 dB/dec。

第四步:如圖8所示,反饋零點(diǎn)相位補(bǔ)償法是在小信號(hào)交流增益1/βhi上增加一個(gè)極點(diǎn),極點(diǎn)頻率設(shè)置在閉合頻率fcl十分頻處,目的是防止Aol曲線隨時(shí)間和溫度發(fā)生向左漂移[12],這就可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)40 dB/dec的閉合率。Cf和Rf的極點(diǎn)頻率fp6為:

fp6=12πRfCf

=16.28×90×103×18×10-12=98 kHz

如圖8所示,由于小信號(hào)增益不能小于[4]0 dB,因此,1/β曲線與0 dB相交形成了零點(diǎn)頻率fz2。

第五步:由于在閉合頻率fcl處的閉合率為20 dB/dec,因此,初步完成了該電路的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。

2.2.2 相頻曲線的穩(wěn)定性分析

如圖10所示,從直流到fcl處,相位裕度Φ≥45°,因此該電路應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性。

2.3 功率設(shè)計(jì)軟件的穩(wěn)定性分析

采用APEX公司的功率設(shè)計(jì)軟件可以在一階穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)之上進(jìn)一步提高分析精度[13-14]。

功率設(shè)計(jì)軟件分析的性能指標(biāo)(部分)如下:估計(jì)的閉合頻率為1 333521 kHz;建議的最大帶寬為42169 65 kHz;估計(jì)的閉合率為20 dB/dec;估計(jì)的相位裕度為54144 3°;總的輸出電阻Zout為5464 Ω;Zout/Cload的極點(diǎn)頻率fp2為274789 085 4 kHz;直流的小信號(hào)交流增益1/β為256 dB;噪聲增益為159 dB;Noise Gain的極點(diǎn)頻率fp5為9824 379 039 kHz;噪聲增益的零點(diǎn)頻率fz1為1.568 598 037 kHz;Cf/Rf的極點(diǎn)頻率fp6為98.243 786 57 kHz;Rf/Cf的零點(diǎn)頻率fz2為11 691.010 6 kHz。

建議的最大帶寬指的是環(huán)路增益Aolβ減小到20 dB處的頻率,相當(dāng)于Aol與1/β的差值為20 dB。如圖11,圖12所示,在1.5 kHz處的相位裕度為54.1°。

圖10 相頻曲線的一階穩(wěn)定性分析

圖11 功率設(shè)計(jì)軟件分析的幅頻曲線

圖12 功率設(shè)計(jì)軟件分析的相頻曲線

2.4 Spice仿真的穩(wěn)定性分析

如圖13所示,利用APEX提供的PA85的宏模型,在NI公司的Multisim 10仿真器下,構(gòu)建線性功率放大電路的Spice模型。

如圖14所示,根據(jù)Spice環(huán)路增益測(cè)試法,將原有的輸入信號(hào)端置零,在反饋接入點(diǎn)串聯(lián)上1 GH的電感L、并聯(lián)上1 GF的電容C,加入測(cè)試信號(hào)源Vin,其中環(huán)路增益Aolβ為Bode_OUT與Bode_IN之比[15],采樣點(diǎn)設(shè)置為MultisimTM允許的最大值1 000。

圖13 線性功率放大電路的Spice模型

圖14 Spice環(huán)路增益測(cè)試法

如圖15所示,考慮到放大器開環(huán)增益普遍具有的離散性,該誤差是可以接受的,但是相位裕度通常必須大于[4]45°。

圖15 Spice環(huán)路增益波特圖

2.5 實(shí)際電路的穩(wěn)定性分析

如圖16所示,由于實(shí)際電路很難將反饋網(wǎng)絡(luò)斷開,因此可以采用“方波測(cè)試法”檢測(cè)相位裕度。該方法是在1 kHz的頻率下,調(diào)節(jié)輸入的幅度,使其輸出方波達(dá)到2Vpp,并在不同的輸出直流偏置下,檢測(cè)輸出方波頂部的超調(diào)和振蕩,并對(duì)照開環(huán)相位裕度與阻尼系數(shù)的關(guān)系曲線,從而得到較完整的相位裕度,以確保在不同應(yīng)用下無異常[10]。最壞情況是當(dāng)輸出直流偏置為零時(shí),導(dǎo)致Ro為最大值[12,16],此時(shí),阻尼系數(shù)大約為0.7,相位裕度大約為50°。

圖16 方波測(cè)試法(直流偏置為零的情況)

3 結(jié) 語

線性功率放大電路的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工作,尤其是在針對(duì)容性負(fù)載時(shí),極點(diǎn)和零點(diǎn)的設(shè)置變得更加復(fù)雜,這些都可以借助功率設(shè)計(jì)軟件、模型仿真和實(shí)物檢測(cè)的方法來解決這些問題。本次穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是在提高帶寬的同時(shí),處理好了極點(diǎn)和零點(diǎn)的問題,從而避免了超調(diào)和振蕩,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所做的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是有效的、可行的。

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第9篇：電路設(shè)計(jì)及仿真范文

關(guān)鍵詞：Proteus；電路設(shè)計(jì)；四路彩燈；仿真實(shí)驗(yàn)

1Proteus軟件的概述

Proteus軟件是由英國(guó)LabcenterElectronics公司開發(fā)的一款EDA工具軟件，是目前世界上最先進(jìn)最完善的電路設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。Proteus軟件的功能強(qiáng)大，它集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術(shù)學(xué)科設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，并且功能齊全，界面多彩，是近年來備受電子設(shè)計(jì)愛好者青睞的一款新型電子電路設(shè)計(jì)與仿真軟。在Proteus編輯界面繪制電路原理圖，通過仿真計(jì)算，修正錯(cuò)誤，直到符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，確定設(shè)計(jì)方案，輸出設(shè)計(jì)圖，自動(dòng)生成PCB圖、修訂。

2Proteus在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

以四路彩燈數(shù)字電路設(shè)計(jì)為例，結(jié)合Proteus軟件輔助電子電路設(shè)計(jì)。其技術(shù)指標(biāo)要求如下：（1）共四個(gè)彩燈，分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)過程，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)共12秒:；（2）第一個(gè)過程要求四個(gè)燈依次點(diǎn)亮，共4秒；（3）第二個(gè)過程要求四個(gè)燈以此熄滅，共4秒，先亮者后滅（4）最后4秒要求四個(gè)燈同時(shí)亮一下滅一下，共閃4下。

2.1核心器件74LS194簡(jiǎn)介

主要是考察設(shè)計(jì)四位雙向通用移位寄存器74LS194的靈活應(yīng)用，四個(gè)燈可用四個(gè)發(fā)光二極管表示。如圖1，圖中MR為復(fù)位信號(hào)，正常工作時(shí)應(yīng)接高電平；CLK為時(shí)鐘信號(hào)，上升沿到來時(shí)有效。

2.2題目分析與設(shè)計(jì)

把四路彩燈接在74LS194的Q0~Q3上，SR穩(wěn)定接在一高電平，SL穩(wěn)定接地地位，而D0~D3接周期為1秒的方波信號(hào)。三個(gè)過程每個(gè)4秒，加起來正好是12秒。圖2是正確的CLK信號(hào)與1HZ方波信號(hào)的比較。前面我們已經(jīng)確定D0~D3接1Hz的方波信號(hào)，那么Q0~Q3在讀D0~D3的信號(hào)時(shí)是在CLK上升沿到來的一瞬間，看圖3的前半部分。當(dāng)74LS194的工作方式為11時(shí)，一定要改變CLK的信號(hào)頻率為D0~D3信號(hào)頻率的2倍，才可以在D0~D3的一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)CLK的兩個(gè)上升沿，Q0~Q3分別讀到1和0各一次，如圖3的后半部分。即正確的時(shí)鐘信號(hào)在整個(gè)12秒時(shí)間應(yīng)該是前8秒為1Hz的頻率，后4秒變?yōu)?Hz的方波信號(hào)，再用D觸發(fā)器分頻產(chǎn)生1HZ的方波信號(hào)。

2.3電路實(shí)現(xiàn)

連接電路如圖3所示。因?yàn)樵O(shè)計(jì)出的是一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路，注意途中兩個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘連接在一起接周期為4秒的時(shí)鐘信號(hào)。

3仿真

根據(jù)以上分析，連接電路如圖7所示，其中省去了555及二分頻電路，直接用數(shù)字脈沖源進(jìn)行仿真。另外，圖中所有D觸發(fā)器的異步輸入端在實(shí)際電路連接時(shí)最好接高電平。產(chǎn)生時(shí)鐘的電路用與非邏輯替代了與或邏輯。因?yàn)榕c非門的應(yīng)用最普遍。平時(shí)我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，通過卡諾圖化簡(jiǎn)得到的與或式，要想全部用與非門實(shí)現(xiàn)，可在草紙上直接畫成與或邏輯，然后只需要在與門的輸出端與此線的另一頭即或門的輸入端各加一個(gè)小圓圈，兩個(gè)邏輯非抵消，不影響邏輯關(guān)系，直到把或門的輸入處理完畢為止。這樣或門前面的與門都變成了與非門，或門變成了非或門，而根據(jù)摩根定理，非或門恒等于與非門。

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