沈歡+王云秀+肖俊+沈鉆楊

摘 要：文中使用Multisim仿真軟件這種虛擬實驗環(huán)境對模擬電路中常用的單管放大電路進行了仿真分析。在理論分析的基礎(chǔ)上，利用Multisim提供的基本仿真分析方法，如直流工作點分析、交流分析等，使學(xué)生通過仿真掌握放大電路的主要性能指標(biāo)，學(xué)會調(diào)整、檢查電路的工作狀態(tài)，學(xué)會測量放大電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)，了解不同負(fù)載情況對放大倍數(shù)的影響。

關(guān)鍵詞：Multisim；單管放大電路；仿真分析；放大電路

中圖分類號：TN7；TP39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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驗技能，并初步具有電子電路的設(shè)計和創(chuàng)新能力。隨著科技的發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計方法實現(xiàn)了現(xiàn)代化和自動化，在教學(xué)中適當(dāng)引用計算機輔助工具實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化，讓實驗變得簡單、方便，同時可幫助學(xué)生快速理解理論知識。使用Multisim軟件不僅可以快速設(shè)計電路，還可與理論設(shè)計進行比較，為電路的進一步調(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)計單管放大電路，并對其進行靜態(tài)和動態(tài)分析，得到放大電路的靜態(tài)工作點，分析靜態(tài)工作點的影響因素；在動態(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

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)計算方法，更重要的是對電路的分析、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)計軟件，其功能強大，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。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、真實性和實用性，并集成了多種虛擬儀表，包含大量設(shè)計實例、課程設(shè)計和研究項目，使得實驗更加簡便快捷。

2 單管共射放大電路設(shè)計

根據(jù)NPN型晶體管的特性，設(shè)計一個輸入電阻為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)計具體過程如下：

（1）晶體管是放大的核心元件，輸入信號為正弦波電壓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）在實際電路中，通常用一個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，在輸入回路中增加一個電阻Rb1，得到如圖2所示的直接耦合共射放大電路。

（3）加入輸入信號時，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，并增大放大電路的交流電壓增益，在發(fā)射極端增加一個電阻Re和一個電容Ce并聯(lián)電路，具體電路如圖3所示。

3 靜態(tài)工作點分析

為保證放大電路不失真地對已知小信號進行放大，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點非常必要。將輸入信號置零，使直流電源單獨作用時，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。因為（1+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選項中Analysis and Simulation中的DC Operating Point Analysis直接測出b、c、e的節(jié)點電壓和Rc的支路電流。靜態(tài)工作點分析如圖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)果與理論估計值接近。

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

4 動態(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。電容對交流信號短路，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稱之為動態(tài)參數(shù)，根據(jù)電路的回路方程，可以得到動態(tài)參數(shù)的表達式：

（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)一個電壓表，串聯(lián)一個電流表，測得輸入端電壓和電流，通過計算得出輸入端電阻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算數(shù)值與仿真結(jié)果基本一致。

用波特圖示儀測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)頻帶寬度的測量原理，移動測試指針，使幅度值下降3dB，找到半功率點，低端頻率fL約為134.4 Hz，高端頻率fH約為1.425 MHz，同時計算出放大器的頻帶寬度fW=fH-fL≈1.4MHz。

5 結(jié) 語

利用Multisim仿真軟件對單管共射放大電路進行設(shè)計和仿真，對電路的靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)進行詳細(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)計成功率，提高了實驗效率。作為教學(xué)輔助工具，該設(shè)計方法對其他電子電路的設(shè)計有一定的參考價值與不可估量的作用。

參考文獻

[1]肖淵.基于Multisim的放大電路設(shè)計及仿真研究[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報，2009，27（4）：126-128.

[2]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]呂曙東.Multisim10在差動放大電路分析中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（22）：24-27.

[4]劉俊清，趙海，張玉梅.基于multisim10的單管放大電路的仿真[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，8（4）：55-56，66.

[5]代素梅，劉照紅，鐘寧.單管放大電路靜態(tài)工作點仿真分析[J].測控技術(shù)，2014，33（12）：143-146.

[6]付揚.Multisim在仿真在電工電子實驗中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2011，30（4）：120-122.

[7]楊紅蓮，楊奇，孫萬麟.基于Multisim 10的單管共射放大電路靜態(tài)分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，23（5）：127-130.

[8]李健明，彭仁明.基于Multisim 放大電路的仿真分析[J].四川理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，19（4）：34-36.