基于Multisim 10的負(fù)反饋放大電路的分析

楊蓮紅 楊 奇 王 超

(1，2，3.昌吉學(xué)院物理系 新疆 昌吉 831100)

基于Multisim 10的負(fù)反饋放大電路的分析

楊蓮紅1楊 奇2王 超3

(1，2，3.昌吉學(xué)院物理系 新疆 昌吉 831100)

本文介紹了Multisim 10仿真軟件的功能及特點，并在教學(xué)中引入Multisim 10仿真軟件。利用該軟件以電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路為例，闡述對負(fù)反饋放大電路進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析方法，將課程中難以理解的現(xiàn)象及結(jié)論，利用仿真軟件即時地以圖形、數(shù)字或曲線的形式來顯示，從而幫助學(xué)生加深對知識的理解和掌握。

Multisim 10;負(fù)反饋;電路分析

1 引言

《模擬電子技術(shù)》是電子類、控制類等工科專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門概念性、實踐性、工程性很強(qiáng)的課程。課堂教學(xué)作為《模擬電子技術(shù)》課程學(xué)習(xí)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在課堂教學(xué)中引入EDA仿真技術(shù)，利用Multisim 10仿真軟件即時地以圖形、數(shù)字或曲線的形式來顯示課程中那些難以用語言、文字表達(dá)或難以理解的現(xiàn)象、復(fù)雜的變化過程及結(jié)論，從而通過直觀的認(rèn)識，加深學(xué)生對于電子電路本質(zhì)的理解，大大提高了課堂教學(xué)的效果。

2 Multisim 10仿真軟件的功能和特點

Multisim 10是美國NI公司推出的Multisim新版本，Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件以及電子與電工儀器和儀表，通過軟件將元器件和儀器集合成為一體。它是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。Multisim 10的元器件庫提供了數(shù)千種電路元器件供實驗選用。同時也可以新建或擴(kuò)展已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，因此可很方便地在工程設(shè)計中使用。Multisim 10的虛擬測試儀器、儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如:萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器等，還有一般實驗室少有或者沒有的儀器。如:波特圖儀、邏輯分析儀、失真儀等。Multisim 10具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析等各種電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能，它還可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路。該軟件還具有強(qiáng)大的Help功能，其Help系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能說明。Help中這種元器件功能說明有利于使用Multisim 10進(jìn)行CAI教學(xué)。

利用Multisim 10進(jìn)行仿真設(shè)計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計與實驗方法相比，具有如下特點:設(shè)計與實驗可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊實驗，修改調(diào)試方便;設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實驗;可以方便地對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析;可以直接打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖;實驗中不消耗實際的元器件，實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實驗成本低，實驗速度快，效率高，易學(xué)易用［1］。

3 基于Multisim 10的負(fù)反饋放大電路分析舉例

負(fù)反饋放大電路是《模擬電子技術(shù)》中一個非常重要的知識點，在放大電路中引入負(fù)反饋后可以提高電路放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、減小非線性失真、展寬頻帶、同時改變放大電路的輸入電阻和輸出電阻。這些結(jié)論在有些教材中是用定量計算的方法分析得到的，但是定量分析的過程比較復(fù)雜繁瑣，在有些教材中僅有定性的分析，這都會在一定程度上影響學(xué)生對知識較為全面系統(tǒng)的理解與掌握。利用Multisim 10仿真軟件，可以分別對放大電路引入負(fù)反饋前后的輸入、輸出信號以及放大電路的截止頻率等參數(shù)做比較，引導(dǎo)學(xué)生通過虛擬實驗的手段形象、直觀地得出引入負(fù)反饋前后放大電路性能指標(biāo)的定量關(guān)系，從而比較深入地理解相關(guān)知識，為知識的靈活應(yīng)用打下良好的理論基礎(chǔ)。下面以電壓串聯(lián)負(fù)反饋為例，說明基于Multisim 10的負(fù)反饋放大電路性能分析的方法及具體過程。

3.1 開閉環(huán)仿真測試電路

3.2 測試結(jié)果

利用Multisim 10中的毫伏表、波特圖示儀、示波器等儀器可測得下表所示數(shù)據(jù)。

表1

在信號源電壓為4mv的條件下，觀察到的電路開閉環(huán)時的輸出波形如圖3、圖4所示。

3.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)《模擬電子技術(shù)》中的負(fù)反饋放大電路性能指標(biāo)的定義及電路分析可得以下公式:

(1)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為:Avf=

(2)開環(huán)電壓放大倍數(shù)為:Av=

(3)輸出電阻為:ro=－1)RL，其中Uot、Uo分別是空載時的輸出電壓和帶負(fù)載時的輸出電壓。

利用以上公式計算可得電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路開閉環(huán)時的一系列性能指標(biāo)，具體數(shù)值如表2所示。

表2

3.4 結(jié)論

通過Multisim 10仿真軟件對電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路進(jìn)行仿真、測試、觀察，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析可得以下結(jié)論:

(1)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使得放大電路的電壓放大倍數(shù)下降了，=6.59;

(2)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使得放大電路的輸入電阻增大了，=6.43;

(3)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使得放大電路的輸出電阻減小了，=5.96;

(5)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使得放大電路的波形失真減小了。

根據(jù)電路所給參數(shù)可得該電路的反饋深度1+AVFV≈6，故可以得到以下定量關(guān)系式:

以上定量關(guān)系式的得出使得學(xué)生在了解了引入負(fù)反饋前后開閉環(huán)量的定性的結(jié)論之后，通過一種直觀易理解的方式進(jìn)一步了解了開閉環(huán)量之間定量關(guān)系，得出負(fù)反饋對放大電路性能的影響程度均與反饋深度有關(guān)。

4 結(jié) 語

本文利用Multisim 10對負(fù)反饋放大電路進(jìn)行了定量與定性相結(jié)合的分析，實現(xiàn)了計算機(jī)仿真設(shè)計與虛擬實驗，并能夠引導(dǎo)學(xué)生通過虛擬實驗的手段形象、直觀地得出引入負(fù)反饋前后放大電路性能指標(biāo)的定量關(guān)系，從而比較深入地理解相關(guān)知識，為知識的靈活應(yīng)用打下良好的理論基礎(chǔ)。利用Multisim 10仿真軟件用同樣的分析方法引導(dǎo)學(xué)生可對其它三種組態(tài)的負(fù)反饋放大電路進(jìn)行分析，從而得出一系列開閉環(huán)量之間的定量關(guān)系，以鞏固、加深學(xué)生對知識的理解與掌握。

［1］聶典，丁偉.Multisim 10計算機(jī)仿真軟件在電子電路中的應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社.

［2］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電路部分(第四版)［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［3］付家才.電子實驗與實踐［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［4］崔建明.電工電子EDA仿真技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2004.

TN710/79

A

1671－6469(2011)05－0082－05

2011－09－27

昌吉學(xué)院教學(xué)研究項目(10jyyb011)

楊蓮紅(1969－)，女，新疆吐魯番市人，昌吉學(xué)院物理系，副教授，研究方向:電子技術(shù)教學(xué)及寬帶隙半導(dǎo)體器件。

(責(zé)任編輯:馬海燕)