Multisim 10在單管共射放大電路教學(xué)中的應(yīng)用

　　摘要：利用Multisim 10仿真軟件對單管共射放大電路進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。采用直流工作點(diǎn)分析了電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置。利用溫度掃描和參數(shù)掃描分析了溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)以及電路參數(shù)對輸出波形的影響。對電壓增益、輸入電阻和輸出電阻的仿真測試結(jié)果和理論計(jì)算基本吻合。研究表明，利用Multisim 10強(qiáng)大的分析功能對電子電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，可以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

　　關(guān)鍵詞：Multisim 10;電路仿真;靜態(tài)工作點(diǎn);動態(tài)參數(shù)

　　引言

　　在眾多的電路仿真軟件中，Multisim以其界面友好，功能強(qiáng)大和容易使用而倍受高校電類專業(yè)師生和工程技術(shù)人員的青睞。Multisim 10是美國國家儀器公司NI(National Instruments)最新推出的Multisim版本，集電路設(shè)計(jì)和功能測試于一件，為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)功能強(qiáng)大，儀器齊全的虛擬電子工作平臺。設(shè)計(jì)者可以利用大量的虛擬電子元器件和儀器儀表，搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行模擬電路、數(shù)字電路、自動控制、單片機(jī)和射頻電子線路的仿真和調(diào)試。

　　模擬電子技術(shù)是高校電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程。單管共射放大電路是模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)部分，也是這門課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，而單管共射放大電路則是放大電路的基本形式。要在放大電路中實(shí)現(xiàn)輸出信號的不失真放大，必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。放大電路的適用范圍是低頻小信號，電壓增益、輸入電阻和輸出電阻是分析放大電路的動態(tài)指標(biāo)。利用仿真軟件對典型電子電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，實(shí)現(xiàn)在有限的課題教學(xué)中，化簡單抽象為具體形象，化枯燥乏味為生動有趣，能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性，幫助學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。本文以單管共射放大電路為例，應(yīng)用Multisim 10仿真軟件進(jìn)行了模擬電路的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。

　　1 單管共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

　　1.1 靜態(tài)工作點(diǎn)(Q點(diǎn))的設(shè)置

　　在Multisim 10中創(chuàng)建如圖1所示的單管共射放大電路。選用NPN型硅晶體管2N1711作為BJT，雙蹤示波器用于觀測輸入/輸出信號波形，交流信號源為5 mVpk，頻率為2 kHz。為了獲得放大的不失真輸出信號，電路需要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)(Q點(diǎn))，Q點(diǎn)過高(或過低)會引起輸出信號的飽和(或截止)失真。對電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析，得到如圖2所示的仿真數(shù)據(jù)，包括晶體管的結(jié)點(diǎn)電位和基極、集電極電流。

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　　從圖2的結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓：

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　　與電源電壓Vcc=12 V相比，該放大電路的Q點(diǎn)設(shè)置合理。在設(shè)置了合適的Q點(diǎn)之后，在輸入端加上低頻小信號電壓，觀察到如圖3所示的輸入/輸出信號波形圖。由圖3可見，輸入/輸出信號反相，輸出波形完整無失真，與輸入信號相比，輸出信號的幅值有很大增加。可見，該電路基本實(shí)現(xiàn)了對低頻小信號的放大功能。

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　　在Q點(diǎn)的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生對于Q點(diǎn)的理解往往很模糊，存在為何要設(shè)置Q點(diǎn)，如何設(shè)置Q點(diǎn)，Q點(diǎn)設(shè)置不合理會出現(xiàn)什么結(jié)果等疑問。通過改變偏置電阻的阻值改變放大電路的偏置電壓來獲得合適的Q點(diǎn)。通過改變RB1的阻值來觀察Q點(diǎn)設(shè)置偏高和偏低所帶來的失真。取交流信號源為20 mVpk，頻率為2 kHz。當(dāng)RB1=17.6kΩ，對電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析，得到VCE=0.442 2V，Q點(diǎn)設(shè)置過高，出現(xiàn)飽和失真(底部失真)，輸入/輸出波形如圖4(a)所示。當(dāng)RB1=85 kΩ，得到VCE=11.609 8 V，Q點(diǎn)設(shè)置過低，出現(xiàn)截止失真(頂部失真)。輸入/輸出波形如圖4(b)所示。通過演示，讓學(xué)生看到設(shè)置Q點(diǎn)不同會造成什么樣的結(jié)果，對Q點(diǎn)合理設(shè)置的理解就深入透徹了。

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