孫劍芬

摘要：配合理論課程在實(shí)驗(yàn)中增加了EDA仿真軟件用于電子電路輔助教學(xué)，通過運(yùn)用multisim8對負(fù)反饋放大電路進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，研究了引入負(fù)反饋對交流放大電路性能的影響。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果相一致。實(shí)踐證明在電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用multisim8的可行性，對高校學(xué)生實(shí)際操作能力的提高有重大的意義。

關(guān)鍵詞：負(fù)反饋；放大電路；虛擬仿真；multisim8

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）25-5947-03

Simulation Analysis of Negative Feedback Mplifying Circuit Based on Multisim8

SUN Jian-fen

（College of Information Engineering， Taizhou College of Nanjing Normal University， Taizhou 225300， China）

Abstract： EDA simulation software for electronic circuit teaching were added to the experiments in order to meet the theory course. Through the use of Multisim8 on virtual simulation experiment of negative feedback amplifying circuit， the influence of AC amplification circuit performance intuitively were researched due to the introduction of negative feedback. The result of simulation is consistent with the conclusion of theoretical analysis. The practice has proved that the feasibility of application of multisim8 in the electronic circuit experiment teaching， thereby has great significance to improve students' practical ability.

Key words： negative feedback； amplification circuit； virtual simulation； multisim8

模擬電子技術(shù)中，負(fù)反饋[1-2]放大電路占有非常重要的地位，在科學(xué)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。采用負(fù)反饋是以犧牲放大電路增益為代價的，它可以改善放大電路的性能，如提高放大電路的穩(wěn)定性、抑制非線性失真、拓展頻帶，改變輸入/輸出電阻，因此探究負(fù)反饋放大電路是非常有必要的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，往往采用已經(jīng)設(shè)計(jì)制作完成的電路實(shí)驗(yàn)板來實(shí)現(xiàn)，但實(shí)驗(yàn)板上因元件型號和參數(shù)調(diào)節(jié)的限制，不可能全部反饋類型都能實(shí)現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的模擬電路實(shí)驗(yàn)板，采用Multisim，學(xué)生可以將負(fù)反饋的各種組態(tài)對放大電路性能的影響及其輸出結(jié)果動態(tài)直觀地展現(xiàn)，有利于促進(jìn)學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中探索。

Multisim8[3-4]是一種功能強(qiáng)大的電子電路仿真軟件，采用圖形方式構(gòu)建電路，提供萬用表、示波器等多種虛擬儀器模擬實(shí)際電路進(jìn)行測量和觀察，使電路設(shè)計(jì)與仿真同步，修改參數(shù)簡單，且不損耗實(shí)際元件和測量儀器，這些是很多電子實(shí)驗(yàn)室所無法比擬的。因此，應(yīng)用multisim8對兩級負(fù)反饋放大電路進(jìn)行仿真分析，可以準(zhǔn)確形象地測試負(fù)反饋對放大電路性能的影響。

1 創(chuàng)建電路

啟動multisim8，依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把兩級負(fù)反饋放大電路所需的相關(guān)virtual元件、虛擬儀器拖放到工作區(qū)中，按電路布局放置，并連接各線路和設(shè)置元件參數(shù)。創(chuàng)建的虛擬仿真電路如圖1所示，該電路為級間反饋的阻容耦合放大電路，通過R10支路把輸出電壓引回到晶體三極管Q1的發(fā)射極，在發(fā)射極電阻R5上形成反饋電壓。根據(jù)反饋判斷法可知，當(dāng)開關(guān)J2閉合，電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋（閉環(huán)）；開關(guān)J2斷開，則為無反饋的開環(huán)放大電路。

2 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置

對于放大電路的最基本要求，一是不失真，二是能夠放大[1]。因此，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以保證放大電路不產(chǎn)生失真是很有必要的。仿真電路采用阻容耦合連接，因此各級的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。在每一級的輸出端3、9接入示波器，通過鍵盤按鍵D、E分別調(diào)節(jié)亟亟偏置電阻Rp1和Rp2，使得各級輸出波形達(dá)到最大不失真狀態(tài)，此時Rp1和Rp2分別達(dá)到可調(diào)電阻總?cè)萘康?5%和70%，這才算最佳的靜態(tài)工作點(diǎn)。

單擊simulate→analyses→DC Operating Point→Output分析靜態(tài)工作點(diǎn)，選擇節(jié)點(diǎn)2、3、5、8、9、13作為輸出節(jié)點(diǎn)，對開環(huán)和閉環(huán)電路仿真得到相同的輸出結(jié)果（如圖2所示）。

3 負(fù)反饋對交流放大電路的影響

在實(shí)用放大電路中，幾乎都要引入各種反饋以改善放大電路的性能。放大電路中引入負(fù)反饋后，穩(wěn)定性、非線性失真、通頻帶等性能都將有所改善，而且還能根據(jù)需要采用不同組態(tài)的負(fù)反饋來達(dá)到改變輸入輸出電阻的目的[5]。

3.1 放大電路穩(wěn)定性分析

在電路輸入端4、輸出端7同時接入交流電壓表和虛擬雙蹤示波器，按B鍵選擇有無引入負(fù)反饋，按A鍵選擇有無負(fù)載電阻R9接入，可以構(gòu)成四種組合電路。單擊simulate→run，兩個電壓表上的顯示值分別為四種狀態(tài)下的輸入輸出電壓。表1給出了四種情況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得到相應(yīng)電壓放大倍數(shù)Au，從表中可知，基本放大電路的放大倍數(shù)很高，引入負(fù)反饋后放大倍數(shù)大大降低，從而穩(wěn)定了電壓放大倍數(shù)。此外，基本放大電路在空載和負(fù)載狀態(tài)下，得到的輸出電壓相差很大，而接入負(fù)反饋后，負(fù)載接入與否對輸出電壓影響很小。

（a）無反饋頻率特性 （b）負(fù)反饋頻率特性

圖4 頻率特性曲線

打開J2開關(guān)，選擇simulate→analyses→AC Analysis，在彈出的對話框的“Prequency Parameters”選項(xiàng)卡中將“開始頻率”和“終止頻率”分別設(shè)置為1Hz和1GHz，在“Output”選項(xiàng)卡中選擇輸出節(jié)點(diǎn)7進(jìn)行仿真，得到無反饋的頻率特性。同理，開關(guān)J2閉合接入負(fù)反饋，對參數(shù)進(jìn)行同樣設(shè)置后進(jìn)行交流頻率仿真。兩組分析結(jié)果如圖4所示，可以看出引入負(fù)反饋后放大電路的增益大幅下降，而通頻帶卻明顯拓寬了。

3.4 輸入/輸出電阻分析

在放大電路中引入負(fù)反饋，輸入電阻和輸出電阻將隨反饋組態(tài)不同而發(fā)生變化。輸入電阻大小由反饋信號與外加輸入信號連接方式（串聯(lián)or并聯(lián)）來決定；反之，放大電路輸出端的采樣方式（電壓or電流）不同將對輸出電阻產(chǎn)生不同的影響。因此，實(shí)驗(yàn)中引入電壓串聯(lián)和電流并聯(lián)兩種負(fù)反饋來對輸入/輸出電阻進(jìn)行分析。電壓串聯(lián)負(fù)反饋連接如圖1所示，若把R10反饋支路接在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)13兩端就構(gòu)成了電流串聯(lián)負(fù)反饋。

3.4.1 輸入電阻

將交流電壓表和電流表接在輸入端， 測得開環(huán)時的Ui和Ii，則輸入電阻Ri =Ui /Ii ，按B鍵閉合開關(guān)J2，同理分別測得引入兩種負(fù)反饋后的Ui和Ii，計(jì)算得到閉環(huán)時的Ri如表2所示，引入串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻增大；而并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。

5 結(jié)論

通過multisim8的仿真分析，直觀形象地反映了放大電路引入負(fù)反饋后降低了放大倍數(shù)， 但放大電路的輸出穩(wěn)定性、非線性失真、通頻帶、輸入/輸出電阻等性能都得到了很大改善。實(shí)踐表明，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入multisim8仿真軟件，可以加深學(xué)生對電路原理和性能的理解，對于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、提高教師教學(xué)質(zhì)量有著積極深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 王成華，潘雙來，江愛華.電路與模擬電子學(xué)[M].2版.北京：科學(xué)出版社，2007.