Multisim电路仿真软件在基本放大电路教学中的应用

摘要：利用Multisim电路仿真软件的仿真功能，结合实例说明了基本放大电路静态工作点的设置以及与输出波形失真的关系，介绍了利用仿真软件如何测试电路交流参数的方法，研究了电路参数对频率特性的影响。在教学中，结合实例，从波形变化和数据中，能较好地理解课本中的相关内容，这对提高学生学习兴趣，培养学生创新能力，提高学生专业素质具有重要的意义。

关键词：仿真；静态工作点；交流参数；失真；频率响应

中图分类号：TP393;TN79+1文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)26-6461-02

模拟电子技术课程是电子信息类专业的一门主干课程，该课程既有抽象的理论分析又有较具体的实践应用，此门课程教学质量的优劣直接影响到此类专业后续课程的学习以及学生的电路理论分析能力和实践动手能力。本文以模拟电子技术课程中的基本放大电路为例，介绍了利用Multisim仿真软件如何分析静态工作点的设置与波形失真的关系，如何利用仿真软件测试电路交流参数，分析电路参数对电路高低频特性的影响，在课堂教学中，使模拟电子技术教学更加形象、灵活，更贴近工程实际，达到帮助学生理解原理，提高分析能力的目的。这对提高学生学习兴趣，培养学生创新能力，提高学生专业素质具有重要的意义。

1 静态工作点的设置及测量

按如图1所示连接电路。为实现电路最大不失真输出，调节可变电阻R2，使节点4对地直流电压为6V（即是=6V）。为保证所测试的交流参数有效，应保证晶体管工作在线性范围内，适当选取输入交流信号的幅度，保证电路非线性失真不超过5%，电路中输入交流信号的有效值设为4.9mV，此时电路的非线性失真为4.932%。

利用软件的分析功能，执行命令Simulate/Analysis/DC Operating Point；设定节点1、3、4、6，执行Simulate，可得图2所示的各节点电压，图中节点4的电压为5.98961V，此电压即为，节点3的电压约为0.476V，即为之值。节点1、6的电压为零，这就是电容C1、C2的隔直作用。

2 交流参数的测定

2.1 交流放大倍数

双击示波器，适当选取X轴扫描刻度，A、B通道Y轴幅度刻度以及两通道的模式均为AC模式。打开电源，在示波器上看到输入、输出波形，关闭电源，拖动示波器屏幕上的两读数标尺分别至两曲线的波峰和波谷点，从读数窗口可以读出输入信号的峰峰值为13.854mV，输出信号的峰峰值为-1.382V，其中负号表示输出信号与输入信号相位相反，这与单管共射电路的输出信号与输入信号的相位关系相符。由以上数据我们可得电路的交流电压放大倍数是：99.8。如在电路中的输入输出端分别接上万用表测量其交流电压放大倍数是：，与前者数据较好地吻合。2.2 输入电阻

输入电阻为放大电路的重要概念，在该电路中，即为从节点1看进去的总等效电阻。测量步骤如下，在交流信号与C1之间接一已知电阻RS，该电阻等效为交流信号内阻RS，用交流电压表测量节点1与地之间的电压V1，由关系式：

即可求出该电路的输入电阻，将RS=3 ，VS=4.9mV，V1=1.78mV，代入上式得该电路的输入电阻为：1.7KΩ。

2.3 输出电阻

输出电阻的测量方法是：分别测量输出端有负载和没有负载时的输出电压、。根据公式：，即可求得。将各测量值代入上式，得该电路的输出电阻为2.57KΩ，理论值为：3KΩ。

3 输出信号失真的观察

适当选取R1、R2的阻值，增大输入信号的幅度，可以观察到图5所示的截止、饱和失真。图5（右）中是当减小R1、R2的阻值时，所看到的静态工作点太高，动态工作点进入了饱和区所出现的负半周被削去一部分的饱和失真。图5（左）中是当增加R1、R2的阻值时，所看到的静态工作点太低，动态工作点进入了截止区所出现的正半周被削去一部分的截止失真。这与课本上所分析的单管共射电路静态工作点与波形失真的关系很好的吻合。

4 放大电路的频率响应

连接一单级阻容耦合电路如图6所示。为保证晶体管工作在线性范围内，用失真度测试仪监测（非线性失真控制在5%以内），其输入信号有效值选定为4.5mV。

4.1 幅频特性的观测

双击波特图测试仪，作如下调节：Mode区，选择Magnitude；Horizontal区，选择Log，F值为100MHz，I值为1Hz，Vertical区，F值为40dB，I值为-20dB。打开电源开关就可以观察到如图7所示的幅频特性曲线。拖动读数指针就可测量出中频段的增益以及高低端-3dB处的上下限截止频率。本例中，测得中频段的增益是38.334dB，fH=9.3MHZ，fL=125Hz。

4.2 耦合、旁路电容对低频特性的影响

课本中，理论研究了耦合、旁路电容对下限频率的影响，我们可以通过仿真的形式验证其影响程度。将C2由10uF减小到1uF，其他参数不变，可测得下限频率为135Hz，同理将C3由10uF减小到1uF，其他参数不变，可测得下限频率为136Hz，将旁路电容C4由47uF减小到4uF，其他参数不变，测得下限频率为1.585kHz。以上数据说明，影响低频特性的主要因素是旁路电容，这也验证了课本中的结论。

4.3 晶体管参数对高频特性的影响

教材中讲述了，晶体管的极间电容和电路中的分布电容等，是影响电路高频特性的主要因素，我们可以通过更换晶体管的方式，表明晶体管的极间电容对高频特性的影响情况。将电路中的2SC1815更换为2N2222A，由上所述方法可测得此时的上限频率为17.92MHz，由此可见，晶体管的极间电容对电路的高频特性有着明显的影响。

5 结束语

本文以模拟电子技术课程中的基本放大电路为例，介绍了利用Multisim仿真软件分析静态工作点与波形失真的关系，电路交流参数的测试，以及分析了电路参数对电路频率特性的影响，在课堂教学中，使该课程的教学更加形象、灵活，更贴近工程实际，达到帮助学生理解原理，提高分析能力的目的。相信这种形象化的教学方法在电子类各门课程教学中会发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 华成英,童诗白.模拟电子技术基础[M].4版.北京:高等教育出版社,2006.

[2] 罗映祥.Multisim2001电路仿真软件在负反馈电路教学中的应用[J].现代电子技术,2008,31(7):161-162.

[3] 聂典.Multisim9计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京:电子工业出版社,2007.

[4] 赵春华,张学军.Multisim9电子技术基础仿真实验[M].北京:机械工业出版社,2008.

[5] 罗映祥.Multisim电路仿真软件在差分电路分析中的应用[J].电脑知识与技术,2008,1(1):169-173.