模拟数字电子技术基础课程项目报告

SHANGHAI UNIVERSITY

模拟数字电子技术Ａ课程

项目报告

ＣＯＵＲＳＥ ＲＥＰＯＲＴ

课程名称：模拟电子技术Ａ 课程号: ０９３６５００１ 授课教师：

学号：------- 姓名：西木小卒 所属：电气工程及其自动化

模拟数字电子技术Ａ课程项目报告

项目名称：1.运算放大器的仿真分析与传输特性测绘 2.二极管、稳压管的仿真模型与正反向特性测绘

1.运算放大器的仿真与传输特性测绘

1.1理想运放的电路模型

1.1.a

开环电压增益AVo≥10 输入电阻ri≥106Ω 输出电阻ro≤100Ω

受控输出电压源Vo=AVo（Vp－Vn）

5

1.2理想运放的电压传输特性

运放的理论电压传输特性曲线如图1.2.a，当差模输入电压Vp－Vn=0时，Vo=0，集成运放工作与传输特性的原点（零输入，零输出）。当差模输入信号（Vp－Vn）增加，输出电压Vo随输入电压（Vp－Vn）增加而线性增加，其斜率即为运算放大器的开环差模电压增益AVo[=Vo/（Vp－Vn）]。由于AVo很大，当（Vp－Vn）增加（或者减少）到一定程度，由于电源电压的限制，输出电压将达到正的最大值+Vom或负的最大值－Vom，即运放工作进入传输特性的正向或负向饱和区。因此，运放工作在线性区时，必须满足－Vom＜AVo（Vp－Vn）＜+Vom。

1.2.a

1.3 运算放大器的仿真与分析

1.3.1 仿真电路及测试波形 仿真电路见图1.3.1.a； 输入信号参数见图1.3.1.b； 放大器参数设置见图1.3.1.c； 电路工作波形见图1.3.1.d； 示波器工作波形见图1.3.1.e。

1.3.1.a 仿真电路图

1.3.1.c运算放大器参数

1.3.1.b 输入信号参数

1.3.1.d 运算放大器的电压传输特性曲线

1.3.1.e 仿真工作波形测量

1.3.2 仿真分析 本次仿真中使用Mutisim14中的直流扫描分析功能对运算放大器进行分析，Vi=Vp－Vn，Vn接地，Vp接理想直流电压源作为输入信号，输入信号参数见图1.3.1.b，扫描参数Vi（图中为底轴参数vv1）变化范围为－0.01V到+0.01V，增量为10-5V。 仿真前根据理想运放模型特点对运算放大器参数进行设置，使其接 近理想运放的要求，具体参数见图1.3.1.c。

根据图1.3.1.d不难看出运算放大器工作时符合图1.2.a理想运放的电压传输特性，在输入电压Vi在－10mV到+10mV之间变化时，输出电压Vo在一定范围内随Vi呈线性变化；测量可知满足Vo=AVoVi，在超出一定范围后Vo进入饱和区不再变化；可以测量在Vi完成－10mV到+10mV变化的过程中Vo存在饱和电压+Vom≈12V，－Vom≈－12V，在Vi≈+120μV，Vi≈－120μV时，Vo分别取到正、负饱和电压。

在示波器单次测量中，工作波形见图1.3.1.e，Vi取100μV时运放工作在线性区，此时相应的输出电压Vo为10V，可知运放的增益AVo=Vi/Vo=100k，与仿真运放器件的预设值吻合良好。

2. 二极管、稳压管的仿真模型与正反向特性测绘

2.1 二极管与稳压管特性

正向特性：电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式为正向偏置。当加在二极管的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门坎电压”或者“死区电压”，锗管约为0.1V，硅管约为0.4V）以后，二极管才能真正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

反向特性：电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管击穿。

稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。根据其特性曲线（见图2.1.b），稳压管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作用。

下图为普通二极管与稳压二极管的符号及各自的特性曲线：

2.1.a 普通二极管符号及其特性曲线

2.1.b 稳压管符号及其特性曲线

2.2 二极管仿真模型与正反向特性测绘

2.2.1 仿真电路及测试波形

2.2.1.a 二极管仿真电路

2.2.1.b 二极管仿真参数

2.2.1.c 二极管仿真I-V特性曲线

2.2.1.c.1 反向特性区示意图（图2.2.1.c的圆圈1部分）

2.2.1.c.2 正向特性区示意图（图2.2.1.c的圆圈2部分）

2.2.2 仿真分析 选用型号为1BH62的普通二极管，使用Mutisim14软件的I/V分析仪（伏安特性分析仪）对二极管进行正反向特性分析，正反向测试电压如图2.2.1.b所示，反向电压最大值为－200V，正向电压最大值为50V，增量为1V。 仿真测绘的二极管伏安特性曲线见图2.2.1.c，与图2.1.a特征吻合较好，可以测量在正向电压大于约0.4V后，通过二极管的电流才开始增大，此后处于正向导通状态（见图2.2.1.c.2）；在反向电压大于－120V后通过二极管的电流才急剧增大，处于击穿状态（见图2.2.1.c.1）；在二极管两端电压处在－120V到0.4V之间时，通过二极管的电流非常微弱但不为0，此时二极管处于截止状态。 二极管仿真测试证明了二极管的正向、反向特性，说明二极管具有单向导电性，存在死区电压、漏电流等特性。

2.3 稳压管仿真模型与正反向特性测绘

2.3.1 仿真电路与测试波形

2.3.1.a 稳压管仿真电路

2.3.1.b 电路网表报告

2.3.1.c.1电路工作波形

2.3.1.c.2 电路工作波形（图2.3.1.c.1的圆圈部分）

2.3.2 仿真分析 本次仿真使用Mutisim14的直流扫描分析功能（DC Sweep Analysis），通过改变网络的输入电压来改变稳压二极管两端的电压，理想电压源V1提供输入电压信号，并实现直流扫描功能，电阻R1、R2起到分配电压的作用。稳压管D1与R2同属于网络1，V(1)可表示稳压管两端的电压，当V(1)参数变化时，由于R2的分压作用，实现D1两端的电压的扫描变化（网络端口分配见图2.3.1.b）。 电路的工作波形中（见图2.3.1.c.1与2.3.1.c.2），流经D1的电流为ID=I(R1)－I(R2)，D1两端的电压为V(1)，扫描电压VV1为电源电压。在V(1)为负电位时，D1正接，此时D1相当于普通二极管，可以测量其导通压降约为0.7V，此时电流与其两端电压几乎成正比；当VV1继续变化使V(1)为正电位时，此时D1反接并经历截止状态，ID几乎为0，当反向偏置电压达到5V左右时D1击穿，D1击穿后电压稳定不变，而电流仍会随着VV 1变化而变化，此时D1实现稳压功能。 仿真说明了在稳压管击穿后，稳压管两端的电压将保持稳定，实现稳压功能；为了让稳压二极管正常工作，须将其反接保证其工作在击穿状态。