汪志強(qiáng)，張冬梅

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶 163319）

模擬電子線路是研究半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。放大電路是模擬電子線路的基本單元，而共射極放大電路是一種廣泛應(yīng)用的放大電路，對(duì)其電路的分析及理解，對(duì)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)有很大的幫助，但由于模擬電子技術(shù)部分的知識(shí)較抽象，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)有一定困難。針對(duì)此問題，以共射極放大電路為例，有效利用Multisim 7對(duì)該電路進(jìn)行分析，使電路信號(hào)較直觀，有利于相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

1 Multisim 7的功能及特點(diǎn)

Multisim 7沿襲了EWB界面的特點(diǎn)，提供了一個(gè)靈活的、直觀的工作界面來創(chuàng)建和定位電路。對(duì)電子電路進(jìn)行SPICE仿真，可以快速了解電路的功能和性能。提供了邏輯分析儀、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字萬用表等18種虛擬儀器。通過虛擬儀器，免去昂貴的儀表費(fèi)用，用戶可以毫無風(fēng)險(xiǎn)的接觸所有儀器，掌握常用儀表的使用，并提供19種強(qiáng)大的電路分析功能[1]。

2 Multisim的電路仿真分析

Multisim提供了多種分析方法，這些方法都是利用仿真程序產(chǎn)生用戶所需要的數(shù)據(jù)與圖形。使用分析方法時(shí)需對(duì)指定的選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，如設(shè)置分析參數(shù)、輸出變量的處理方式等。共射極放大電路是模擬電子電路的典型電路之一，下面以共射極放大電路為例，利用Multisim 7對(duì)其電路進(jìn)行分析。

2.1 共射極放大電路

共射極放大電路BJT是核心元件，利用其具有的電流控制作用，使其工作在放大狀態(tài)。在電路中設(shè)置合適的工作點(diǎn)，并在輸入回路加上一個(gè)能量較小的信號(hào)，利用發(fā)射結(jié)正向電壓對(duì)各級(jí)電流的控制作用，就能將直流電源提供的能量，按輸入信號(hào)的變化規(guī)律轉(zhuǎn)換為所需要的形式供給負(fù)載，放大作用實(shí)質(zhì)上是放大器件的控制作用，放大器是一種能量控制部件。仿真電路如圖1，通過在Multisim 7的電源庫(kù)、基本元件庫(kù)和晶體管庫(kù)分別找到如圖所需元器件，并將雙蹤示波器接入。信號(hào)源設(shè)置為10 mv·1kHz-1。

圖1 共射極放大電路Fig.1 Common emitter amplifier

2.2 放大電路的分析

2.2.1 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的分析

放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)直接影響放大電路的動(dòng)態(tài)范圍，進(jìn)而影響放大電路的電壓增益。故設(shè)計(jì)一個(gè)放大電路首先要設(shè)計(jì)合適的工作點(diǎn)[2]。

（1）輸入/輸出波形

通過調(diào)節(jié)電阻R1及示波器觀察放大電路輸入與輸出波形，使其不失真，如圖2所示。為了觀察的方便，將B通道輸入波形下移1格，A通道輸出波形上移1格。

圖2 放大電路的輸入和輸出波形Fig.2 Amplifier input and output waveforms

（2）直流工作點(diǎn)分析

在波形不失真的情況下，單擊simulate菜單中的Analysis命令下的DC operating point命令項(xiàng)，選擇需要仿真的變量，然后單擊simulate按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的直流工作點(diǎn)的數(shù)值，如圖3。

圖3 放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)分析Fig.3 Amplifier operating point analysis of the static

2.2.2 放大電路的動(dòng)態(tài)分析

（1）放大電路的交流分析

圖4 放大電路的交流分析結(jié)果Fig.4 AC amplifier circuit analysis

單擊simulate菜單中的analysis命令下的AC Analysis命令，在其對(duì)話框中，output variables標(biāo)簽中選定節(jié)點(diǎn)8進(jìn)行仿真，在frequency parameters標(biāo)簽中，設(shè)置起始頻率1 Hz，掃描終點(diǎn)頻率為10 GHz，掃描方式為十倍程掃描，單擊simulate按鈕，仿真分析結(jié)果如圖4所示。電路的上限頻率為3.7701 MHz，下限頻率為28.3924 Hz，通頻帶約為3.7701 MHz，穩(wěn)頻時(shí)的增益約為8.3301 Hz。

（2）放大電路的瞬態(tài)分析

單擊Simulate菜單中的Analysis下的transient analysis命令，彈出其對(duì)話框，在out nariables選定節(jié)點(diǎn)2（輸入節(jié)點(diǎn)）和節(jié)點(diǎn)8（輸出節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行仿真，單擊Simulate按鈕，仿真分析結(jié)果如圖5所示。瞬態(tài)分析是一種非線性的分析方法。利用瞬態(tài)分析結(jié)果可以方便的仿真電路的輸入輸出波形，測(cè)出波形的峰值，利用放大電路的增益公式A=V0·VT-1很容易算出電路的增益為9.2。

圖5 放大電路的瞬態(tài)分析Fig.5 Amplifier Circuit transient analysis

3 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路的影響

增加R1或減少R4，工作點(diǎn)升高，但交流負(fù)載線不變，動(dòng)態(tài)范圍不變；增大Ucc電源，交流負(fù)載線向右平移，動(dòng)態(tài)范圍增大，同樣會(huì)提升工作點(diǎn)；R2增大，交流負(fù)載線斜率絕對(duì)值減少，動(dòng)態(tài)范圍減少，同時(shí)降低工作點(diǎn)。反之則相反。在圖1中，在輸入型號(hào)幅度適當(dāng)時(shí)，調(diào)整偏置電阻時(shí)，輸出波形失真，如圖6（a）和圖 6（b）所示。

假定R2、R1不變，輸入信號(hào)從0開始增大，使輸出信號(hào)足夠大但不失真。工作點(diǎn)偏高，輸出將產(chǎn)生飽和失真；工作點(diǎn)偏低，則產(chǎn)生截止失真。

靜態(tài)工作點(diǎn)決定后，若增大或減小集電極電阻R2，都會(huì)影響輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍。在激勵(lì)信號(hào)不變的情況下，會(huì)產(chǎn)生飽和失真或截止失真。

若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置合適，負(fù)載電阻不變，但輸入信號(hào)幅度增大，超出動(dòng)態(tài)范圍，會(huì)使輸出電壓波形出現(xiàn)頂部削平和底部削平失真。即放大電路即會(huì)產(chǎn)生飽和失真，又會(huì)產(chǎn)生截止失真。

圖6 輸出失真波形Fig.6 The waveform distortion

以上的討論是共射極放大電路，首先要充分考慮的因素，通過Multisim軟件，很方便為實(shí)際設(shè)計(jì)電路做好預(yù)期的分析。并能通過仿真分析對(duì)電路的工作狀態(tài)做深入的了解。

4 三極管故障對(duì)放大電路的影響

三極管是放大電路的核心器件，當(dāng)其故障會(huì)嚴(yán)重影響輸出信號(hào)[3]。如圖6（c）三極管B、E及開路時(shí)的電路輸入與輸出波形。輸出信號(hào)電壓為零與理論分析吻合。

5 結(jié)論

運(yùn)用Multisim7軟件對(duì)共射極放大電路進(jìn)行分析，可以很方便的對(duì)各種不同電路工作狀況進(jìn)行仿真，結(jié)果直觀。有效的將模擬電子線路中的理論知識(shí)與電路仿真相結(jié)合，可以進(jìn)一步加深對(duì)電子線路的理解，對(duì)于模擬電子線路的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)都很有益處，有一定的指導(dǎo)作用。

［1］熊偉.Multisim7電路設(shè)計(jì)及仿真應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［2］王國(guó)戰(zhàn)，盧超.Multisim仿真分析方法的研究［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，（10）：50-52.

［3］高澤涵.電子電路故障診斷技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.