基于Multisim 10仿真的負反饋放大電路

徐經(jīng)綸

摘 要： Multisim 10是美國國家儀器有限公司最新推出的EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，幾乎能夠100%地仿真出真實電路的結(jié)果。負反饋的多級放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，在此采用實驗法，借助Multisim 10仿真平臺，將具有負反饋的兩級放大電路進行仿真，探索加入負反饋的電路特點。分析電路靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)的變化以及加入負反饋后對電路放大倍數(shù)的影響，說明負反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴展，在實際設(shè)計電路時具有深遠的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞： Multisim 10； 負反饋放大電路； EDA軟件； 模擬電路

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）04?0115?03

Negative feedback amplifying circuit for simulation based on Multisim 10

XU Jing?lun

（Advanced Vocational Technology College， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 200437， China）

Abstract： Multisim 10 is a EDA software made by National Instruments. It has a more visually human?computer interaction interface and simulates the real circuit results in almost 100%. Negative feedback multistage amplifying circuit is a classic analog circuit. The two?stage amplifying circuit with negtive feedback was simulated with experimental method by means of Multisim 10 simulation platform to explore the features of the circuit adding negative feedback. Analysis The changes of circuit quiescent operating point and dynamic parameter， and the effect on circuit magnification after adding negative feedback are analyzed. It is pointed out that the negtive feedback circuit can stabilize the quiescent operating point of circuit. Though the magnification is reduced， the frequency band is expanded. These conclusions have a profound significance in the actual design of the circuit.

Keywords： Multisim10； negative feedback amplifying circuit； EDA software； analog circuit

0 引 言

近年來，電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，EDA技術(shù)促進了電子線路的設(shè)計和應(yīng)用。本文借助Multisim 10的仿真平臺，用Multisim仿真分析阻容耦合負反饋放大電路，研究加入負反饋后對放大電路放大倍數(shù)和電路參數(shù)的影響，比較幅頻和相頻的變化，對研究設(shè)計帶負反饋的放大電路具有深遠的現(xiàn)實意義。

1 Multisim 仿真軟件與特點

1.1 Multisim 仿真軟件

Multisim 軟件是加拿大圖像交互技術(shù)公司 IIT 公司推出的專門用于電路仿真和設(shè)計的電子設(shè)計自動化軟件。其前身是電子工作平臺 EWB，從 EWB 6.0 版本開始，公司對軟件做了大規(guī)模的改動，升級后軟件功能更為強大，被美國NI公司收購后，更名為NI Multisim ，而V10.0是其（National Instruments，NI）最新推出的Multisim新版本。相對于Protel等其他EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實實驗中的實際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對模/數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100%地仿真出真實電路的結(jié)果。

1.2 Multisim 仿真軟件特點

（1） 直觀的窗口界面：菜單欄（Menu Bar）、工具欄（Toolbar）、設(shè)計欄（Design Toolbox）、元器件欄（Components Toolbar）、儀器欄（Instruments Toolbar）、電路編輯窗口（Workspace）等部分組成[1]，如圖1所示。

（2） Multisim有龐大的元器件和豐富的虛擬儀器庫。諸如基本元件（Basic）、信號源（Sources）、模擬集成電路（Analog）、數(shù)字集成電路（Misc Digital）、可以從 Design工具欄轉(zhuǎn)換到Instruments 工具欄，或用菜單命令（Simulation/instrument）選擇這些儀表[2]。

（3） Multisim強大的分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、 時域和頻域分析、元器件的線性和非線性分析、失真分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析、以幫助設(shè)計人員分析電路的性能[2]。

圖1 Multisim 10界面

2 Multisim 仿真的負反饋放大電路

2.1 理論分析

所謂反饋，就是將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)反送到輸入端（或輸入回路），使放大電路凈輸入信號是外加輸入信號和反饋信號疊加的結(jié)果，從而影響放大電路性能的過程。

放大電路的輸出與輸入之間沒有聯(lián)系即斷開的這種接法稱為開環(huán)接法。加入反饋的放大所示電路、輸出與輸入之間形成閉合環(huán)路這種接法稱為閉環(huán)接法。反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，前者的主要功能是放大信號，后者的主要功能是傳輸反饋信號。

當(dāng)靜態(tài)時，放大電路的直流輸出電流ICQ，利用發(fā)射極電流IEQ（IEQ≈ICQ）在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生反饋電壓Uf，Uf=IEQRe送回到電路的輸入端基極，與輸入端的固定電位UB串聯(lián)疊加，從而改變了輸入電壓UBEQ的大小，使ICQ趨于穩(wěn)定，這種反饋方式屬于直流負反饋。動態(tài)時，其中的交流電流ie通過發(fā)射極旁路電容Ce直接到放大電路的公共端—“地”端，因此發(fā)射極電阻Re對交流信號沒有反饋作用。

2.2 實踐與仿真分析

在反饋放大電路中，若反饋結(jié)果是加強了閉環(huán)放大電路輸人信號Xi的作用，使基本放大電路的凈輸人信號Xd增加，稱為正反饋；若反饋結(jié)果抵消了閉環(huán)放大電路輸入信號Xi作用，使基本放大電路的凈輸人信號Xd減小，稱為負反饋。

這里著重討論負反饋對電路性能的影響的某種性能。如圖2是兩級放大電路引入負反饋后的仿真電路。

其中，由電容C5，R9組成的就是反饋到輸出電容C3的負反饋電路。如圖3和圖4是分別將加入負反饋和去掉負反饋電路后得到的仿真圖像。

圖2 兩極放大電路引入負反饋后的仿真電路

圖3 加入負反饋仿真波形

估算：兩級電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=93.7371.644][=57]，（[Uo，Ui]單位為mV）放大倍數(shù)比較小，但是輸入和輸出波形不存在相位差，重合度非常好。

估算：兩級電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=826.6321.824=][453。]

從圖3和圖4和表1可以看出由兩個分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路組成的兩級放大電路的放大倍數(shù)很高，而接入負反饋后放大倍數(shù)很低；同時也可對比出：引入負反饋后雖然降低了放大倍數(shù)，卻穩(wěn)定了放大倍數(shù)。

表1 改變偏置電阻后的電壓放大倍數(shù)

圖4 去掉負反饋的仿真波形

觀測負反饋對幅頻特性的影響，反饋的幅頻相頻圖如圖5所示。設(shè)電阻R9開路狀態(tài)，重新測試，測得無反饋時的幅頻相頻特性仿真結(jié)果如圖6所示。比較可以看出，有負反饋時放大倍數(shù)降低了，但頻帶得到了擴展。

圖5 反饋的幅頻相頻圖

在實際電路中一般都是引入負反饋，犧牲放大倍數(shù)換取性能的穩(wěn)定，負反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。

圖6 不加入反饋的幅頻相頻圖

3 結(jié) 語

負反饋的多級放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，借助Multisim 10仿真平臺，分析電路靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)的變化以及加入負反饋后對電路放大倍數(shù)的影響，說明負反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴展，在實際設(shè)計電路時具有深遠的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1] 李建兵，周長林.EDA技術(shù)基礎(chǔ)教程?Multisim與 Protel的應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2] 王廷才，陳昊.電工電子技術(shù)Multisim 10 仿真實驗[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3] 付揚.Multisim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.

[4] 李鵬.仿真教學(xué)在高職業(yè)教育中應(yīng)用研究[D].山東：山東師范大學(xué)，2008.

[5] 王鎖萍，龔建.EDA技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].電子世界，2002，22（2）：23?25.

[6] 張新喜.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

圖1 Multisim 10界面

2 Multisim 仿真的負反饋放大電路

2.1 理論分析

所謂反饋，就是將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)反送到輸入端（或輸入回路），使放大電路凈輸入信號是外加輸入信號和反饋信號疊加的結(jié)果，從而影響放大電路性能的過程。

放大電路的輸出與輸入之間沒有聯(lián)系即斷開的這種接法稱為開環(huán)接法。加入反饋的放大所示電路、輸出與輸入之間形成閉合環(huán)路這種接法稱為閉環(huán)接法。反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，前者的主要功能是放大信號，后者的主要功能是傳輸反饋信號。

當(dāng)靜態(tài)時，放大電路的直流輸出電流ICQ，利用發(fā)射極電流IEQ（IEQ≈ICQ）在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生反饋電壓Uf，Uf=IEQRe送回到電路的輸入端基極，與輸入端的固定電位UB串聯(lián)疊加，從而改變了輸入電壓UBEQ的大小，使ICQ趨于穩(wěn)定，這種反饋方式屬于直流負反饋。動態(tài)時，其中的交流電流ie通過發(fā)射極旁路電容Ce直接到放大電路的公共端—“地”端，因此發(fā)射極電阻Re對交流信號沒有反饋作用。

2.2 實踐與仿真分析

在反饋放大電路中，若反饋結(jié)果是加強了閉環(huán)放大電路輸人信號Xi的作用，使基本放大電路的凈輸人信號Xd增加，稱為正反饋；若反饋結(jié)果抵消了閉環(huán)放大電路輸入信號Xi作用，使基本放大電路的凈輸人信號Xd減小，稱為負反饋。

這里著重討論負反饋對電路性能的影響的某種性能。如圖2是兩級放大電路引入負反饋后的仿真電路。

其中，由電容C5，R9組成的就是反饋到輸出電容C3的負反饋電路。如圖3和圖4是分別將加入負反饋和去掉負反饋電路后得到的仿真圖像。

圖2 兩極放大電路引入負反饋后的仿真電路

圖3 加入負反饋仿真波形

估算：兩級電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=93.7371.644][=57]，（[Uo，Ui]單位為mV）放大倍數(shù)比較小，但是輸入和輸出波形不存在相位差，重合度非常好。

估算：兩級電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=826.6321.824=][453。]

從圖3和圖4和表1可以看出由兩個分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路組成的兩級放大電路的放大倍數(shù)很高，而接入負反饋后放大倍數(shù)很低；同時也可對比出：引入負反饋后雖然降低了放大倍數(shù)，卻穩(wěn)定了放大倍數(shù)。

表1 改變偏置電阻后的電壓放大倍數(shù)

圖4 去掉負反饋的仿真波形

觀測負反饋對幅頻特性的影響，反饋的幅頻相頻圖如圖5所示。設(shè)電阻R9開路狀態(tài)，重新測試，測得無反饋時的幅頻相頻特性仿真結(jié)果如圖6所示。比較可以看出，有負反饋時放大倍數(shù)降低了，但頻帶得到了擴展。

圖5 反饋的幅頻相頻圖

在實際電路中一般都是引入負反饋，犧牲放大倍數(shù)換取性能的穩(wěn)定，負反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。

圖6 不加入反饋的幅頻相頻圖

3 結(jié) 語

負反饋的多級放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，借助Multisim 10仿真平臺，分析電路靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)的變化以及加入負反饋后對電路放大倍數(shù)的影響，說明負反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴展，在實際設(shè)計電路時具有深遠的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1] 李建兵，周長林.EDA技術(shù)基礎(chǔ)教程?Multisim與 Protel的應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

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[3] 付揚.Multisim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.

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[5] 王鎖萍，龔建.EDA技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].電子世界，2002，22（2）：23?25.

[6] 張新喜.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

圖1 Multisim 10界面

2 Multisim 仿真的負反饋放大電路

2.1 理論分析

所謂反饋，就是將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)反送到輸入端（或輸入回路），使放大電路凈輸入信號是外加輸入信號和反饋信號疊加的結(jié)果，從而影響放大電路性能的過程。

放大電路的輸出與輸入之間沒有聯(lián)系即斷開的這種接法稱為開環(huán)接法。加入反饋的放大所示電路、輸出與輸入之間形成閉合環(huán)路這種接法稱為閉環(huán)接法。反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，前者的主要功能是放大信號，后者的主要功能是傳輸反饋信號。

當(dāng)靜態(tài)時，放大電路的直流輸出電流ICQ，利用發(fā)射極電流IEQ（IEQ≈ICQ）在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生反饋電壓Uf，Uf=IEQRe送回到電路的輸入端基極，與輸入端的固定電位UB串聯(lián)疊加，從而改變了輸入電壓UBEQ的大小，使ICQ趨于穩(wěn)定，這種反饋方式屬于直流負反饋。動態(tài)時，其中的交流電流ie通過發(fā)射極旁路電容Ce直接到放大電路的公共端—“地”端，因此發(fā)射極電阻Re對交流信號沒有反饋作用。

2.2 實踐與仿真分析

在反饋放大電路中，若反饋結(jié)果是加強了閉環(huán)放大電路輸人信號Xi的作用，使基本放大電路的凈輸人信號Xd增加，稱為正反饋；若反饋結(jié)果抵消了閉環(huán)放大電路輸入信號Xi作用，使基本放大電路的凈輸人信號Xd減小，稱為負反饋。

這里著重討論負反饋對電路性能的影響的某種性能。如圖2是兩級放大電路引入負反饋后的仿真電路。

其中，由電容C5，R9組成的就是反饋到輸出電容C3的負反饋電路。如圖3和圖4是分別將加入負反饋和去掉負反饋電路后得到的仿真圖像。

圖2 兩極放大電路引入負反饋后的仿真電路

圖3 加入負反饋仿真波形

估算：兩級電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=93.7371.644][=57]，（[Uo，Ui]單位為mV）放大倍數(shù)比較小，但是輸入和輸出波形不存在相位差，重合度非常好。

估算：兩級電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=826.6321.824=][453。]

從圖3和圖4和表1可以看出由兩個分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路組成的兩級放大電路的放大倍數(shù)很高，而接入負反饋后放大倍數(shù)很低；同時也可對比出：引入負反饋后雖然降低了放大倍數(shù)，卻穩(wěn)定了放大倍數(shù)。

表1 改變偏置電阻后的電壓放大倍數(shù)

圖4 去掉負反饋的仿真波形

觀測負反饋對幅頻特性的影響，反饋的幅頻相頻圖如圖5所示。設(shè)電阻R9開路狀態(tài)，重新測試，測得無反饋時的幅頻相頻特性仿真結(jié)果如圖6所示。比較可以看出，有負反饋時放大倍數(shù)降低了，但頻帶得到了擴展。

圖5 反饋的幅頻相頻圖

在實際電路中一般都是引入負反饋，犧牲放大倍數(shù)換取性能的穩(wěn)定，負反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。

圖6 不加入反饋的幅頻相頻圖

3 結(jié) 語

負反饋的多級放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，借助Multisim 10仿真平臺，分析電路靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)的變化以及加入負反饋后對電路放大倍數(shù)的影響，說明負反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴展，在實際設(shè)計電路時具有深遠的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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[5] 王鎖萍，龔建.EDA技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].電子世界，2002，22（2）：23?25.

[6] 張新喜.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.