Multisim10对单管共射放大电路的仿真与研究

摘 要

模拟电子技术基础属于电类学科的专业基础课，作为一门理实一体化课程，对后续课程的学习影响较大。为降低学生学习模拟电子技术课程的难度，在教学及实验过程中引入了Multisim10软件。通过使用Multisim10可以使学生理论学习过程不再抽象，实验过程中，虚实结合，相辅相成很好地推动了实验教学，使实验教学更加容易，也能使学生学习轻松。本文以模拟电子技术基础中的单管共射放大电路为例，对其进行了仿真分析研究。在仿真的同时，不仅继续学习理解了模拟放大电路的相关知识，也熟练掌握了Multisim10的使用方法，更展现了软件的强大功能。

【关键词】Multisim10 模拟电子技术 仿真软件

模拟电子技术基础是高校电子、电气、自动化等理工科专业的专业基础课，是一门理论和实际紧密结合应用性很强的一门课程。通过这门课的学习希望学生能够掌握基本放大电路的分析计算能力。在长期的教学中，发现很多学生在学习这门课程时比较吃力。理论学习过程中对晶体管构成的放大电路，感觉抽象不能较好的理解。而在具体的实验过程中不能熟练的选用元器件，搭建电路，常因选用电路搭建不合理，测量方法不对而使实验设备损坏不能正常进行实验。另外实验测量数据受各方面影响不够准确，不能帮助学生更好的理解放大电路的特性。使得一门实用性很强的课程，变得学生怕学，老师怕教。基于此我们在教学过程中引入了Multisim仿真软件。理论教学过程中可以通过Multisim演示一边进行修改元件参数一边进行实验，直观的显示出各项数据及波形图与原理图。实验教学过程中，可以先让学生进行Multisim仿真，实验不消耗实际元件，必需的元件种类与数量没有限制，成本低，速度快，效率高；然后再动手搭建实际电路，减少了不必要的错误。在这个过程中学生可以方便快速地对比和探究仿真电路和实际电路的区别。

1 Multisim软件介绍

Multisim是IIT公司进行设计推广出的设计软件，涵盖电路的设计、仿真及生成，是一套元器件齐全、界面简明，操作简单的使用工具。

它不仅能设计和测试电路，还能进行演示，对给出的电路进行分析，减少真实实验的成本，是必不可少的实用型软件。本文使用的版本是NI Multisim 10.0，其主要特点是：

（1）Multisim 10有更全面的电路分析功能，能完成多种电路的分析，如瞬态遇稳态分析、时域与频域分析、线性与非线性装置分析等电路分析，可以在分析电路的性能上帮助设计人员。

（2）Multisim 10通過对各电路元件的仿真，测试出电路中的故障，从而在不同情况下观察电路的状态。

（3）Multisim 10可以用多媒体技术设计、仿真实验；电路所使用的元件和测试仪器都有，能实现电路设计和方便的试验不同类型的电路并对其进行测试和分析。

2 Multisim10对单管共射放大电路的仿真与分析

单管共射放大电路是模拟电子技术课程中最基本的放大电路。利用Multisim10不仅可以方便的连接仿真电路，更可以对单管共射放大电路进行各种分析。

2.1 电路的设计与仿真

如图1所示，是单管分压式偏置共射极放大电路的仿真设计实验图。在元件板中抓取10mv/1kHz的正弦信号作为输入，选取电阻R4作为负载，并选取C1、C2电容与输入/输出进行耦合。

2.2 确定静态工作点

对实验电路的结点3、7、5（即晶体管的b、c、e三极）作直流工作点分析（DC Operating Point），得到如图2所示的静态工作点（Q点）分析结果，可得对应静态工作点电压分别为：基极电压V（3）=1.65461V，集电极电压V（7）=7.1164V，发射极电压V（5）=991.19510mV，通过数据比较，可知发射结正向偏置，且集电极反偏，即静态时，该电路工作在放大区。

2.3 确定电压放大倍数和通频带

对实验电路的结点8输出负载部分进行交流分析（AC Analysis）（其纵坐标刻度设置为Linear），得到图3所示的幅频特性和相频特性曲线。由图可验证其幅频特性具有带通性，中频段的放大倍数均多于低频段和高频段。在软件中按下图形显示窗口（Grapher View）中的“Show/Hide Cursors”按钮，显示两个可移动的游标并打开其说明窗口，得到幅频特性的测量数据如图4所示。其中，纵轴Y轴的最大值max=89.85就是电路中的放大倍数。拉动两个游标使其对应的y1和y2约等于其最大值89.85的0.707倍（约为63.5），此时对应的x1≈600.9Hz和x2≈25.35M分别为电路的下限截止频率和上限截止频率，两者之差dx≈25.35M即为电路的通频带。由此可见，运用Multisim10的交流分析可以非常方便、准确快捷地得到放大电路的放大倍数和通频带等指标。

2.4 参数扫描分析（Parameter Sweep）

利用参数扫描分析进一步研究负载电阻、发射极电阻、耦合电容和旁路电容等元件参数的变化对电路放大倍数和通频带等指标的影响。图5到图8分别显示了对R4、R6、C1和C3，进行交流分析时，结点8输出负载部分的参数扫描分析结果。

由图5扫描曲线可知，负载的阻值愈大，放大的倍数愈大。

由图6可以分析出，发射极电阻值越大，放大倍数越小，通频带越宽，这与发射极电阻的负反馈作用的结果是相同的。

由图7可见，耦合电容C1的变化对电路通频带的影响不大，而旁路电容C3的变化对电路通频带的影响明显，下限截止频率因C3的增大而减小，通频带也跟着展宽。这是因为C3两端电路的等效电阻比C1两端电路的等效电阻小，所以相同的电容变化在C3回路引起的时间常数变化就大，相应的下限截止频率的变化也大。

2.5 输入、输出电阻的确定

对于输入和输出电阻，实验过程中可在输入、输出端口用欧姆表测电阻，也可在端口加测量电阻用交流电压表和交流电流表测电阻。当然，更可以利用Multisim10提供的传递函数分析（Transfer Function）功能方便地确定输入和输出电阻，这样便发挥了仿真实验的优势。在图1所示的电路中，将C1用短路线替代后，按图9所示设置其传递函数分析，选择需要分析得到输入信号源为V1，选择输出变量为7号结点的电压，得到分析结果如图10所示，图中，第二行的4.28571kΩ为电路的输入电阻，第三行的5.0kΩ为电路的输出电阻。

在上述分析过程中，我们不仅可以方便的得出放大电路的静态值，动态值，输入输出电阻。还可以对元件参数进行扫描分析，可以使我们更好的理解电路中各元件对电路的影响。

3 结论

通过Multisim 10对单管共射放大电路的仿真可以看出，该软件操作简便，使实验更加方便。利用该软件不仅能仿真分析电路，提高了时间的利用率，降低了时间的消耗，使实验生动，还能排除电路故障。本文只运用了Multisim10仿真软件的部分功能，在模拟电子技术基础的学习研究中还有很大的应用空间。

参考文献

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[4]华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者简介

李瑞金（1986-），女，山西省晋中市人。现为山西农业大学信息学院机电工程系教师。研究方向为电子信息工程。

作者单位

山西农业大学信息学院机电工程系 山西省太谷县 030800