基本放大電路工作波形的Multisim仿真

馬敬敏

（渤海大學(xué) 實驗管理中心，遼寧 錦州 121000）

基本放大電路工作波形的Multisim仿真

馬敬敏

（渤海大學(xué) 實驗管理中心，遼寧 錦州 121000）

本文基于探索基本放大電路工作特性的目的，運用Multisim10軟件對基本放大電路進行了虛擬仿真實驗，給出了Multisim仿真實驗方案，利用虛擬雙蹤示波器具有測試電路中任意兩點電壓波形的功能，仿真了電路輸入電壓、發(fā)射結(jié)電壓、基極電流、集電極電流、集電極發(fā)射極電壓及輸出電壓等有關(guān)電量的波形，虛擬仿真實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果相一致。結(jié)論是仿真實驗可直觀形象地描述電路的工作特性，有利于系統(tǒng)地研究電路的構(gòu)成及電路的工作過程。

基本放大電路；工作波形；Multisim ；虛擬仿真

共射極基本放大電路是模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)電路[1]，電路中各電量用工作波形描述，可形象理解電路的工作過程。

文中以Multisim10為平臺[2-3]，設(shè)計了共射極基本放大電路工作波形的虛擬仿真實驗，給出了電路中各電量工作波形的顯示方法。

1 基本放大電路的工作過程

共射極基本放大電路如圖1所示。其中，三極管Q1是電流放大元件, VCC為電壓源，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻，C1、C2為輸入、輸出耦合電容； VCC電壓源使三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏工作在放大狀態(tài)，有iC=βiB電流控制關(guān)系。

放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號，放大的本質(zhì)是能量的控制過程，放大電路中必須有能夠控制能量的元件,如三極管、場效應(yīng)管等。

放大電路的特點是交、直流量共存，直流電量是放大的基礎(chǔ)、交流電量是放大的目的，交流電量疊加在直流電量上，交流性能受到直流工作點的影響和制約。由于電路中存在電抗性元件及交、直流電量的性質(zhì)不同，交、直流電量在電路中的流通路徑不同。

放大電路的組成原則為：1）外加直流電源的極性必須使三極管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，保證三極管工作在放大狀態(tài)；2）輸入回路的接法應(yīng)使輸入信號ui能夠作用于三極管的發(fā)射結(jié)上，產(chǎn)生基極電流 ib；3）輸出回路的接法應(yīng)使集電極電流 ic經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓量并傳送到輸出端。

分析放大電路時，涉及的電量有輸入交流電壓ui，發(fā)射結(jié)直流電壓UBE、發(fā)射結(jié)交流電壓ube、發(fā)射結(jié)總電壓uBE=UBE+ ube，基極直流電流IB、基極交流電流ib、基極總電流iB=IB+ib，集電極直流電流IC、集電極交流電流ic、集電極總電流ic= IC+ic，集電極發(fā)射極直流電壓UCE、集電極發(fā)射極交流電壓uce、集電極發(fā)射極總電壓uCE= UCE+uce，輸出交流電壓uo。

直流電壓源使三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏工作在放大狀態(tài)，產(chǎn)生靜態(tài)直流電量UBE、IB、IC及UCE，

放大電路常以正弦信號作為分析、測試信號，各電量的工作波形直觀、形象地描述了電路的工作過程。

2 基本放大電路工作波形的Multisim仿真設(shè)計方案

仿真方案設(shè)計的要求是，以波形圖方式直觀顯示基本放大電路各電量的工作波，從而便于直觀理電路的工作過程。

在Multisim10中構(gòu)建的基本放大電路仿真電路如圖1所示[4-5]，三極管從晶體管庫中找出，電阻、電容從Multisim的基本元件庫中找出，交流電壓源從電源信號源庫中找出，雙蹤示波器從虛擬儀器欄中找出。

其中，交流電壓源產(chǎn)生正弦交流輸入電壓，選擇其頻率f=1 000 Hz、幅值10 mV；雙蹤示波器XSC1用于觀測輸入電壓ui、三極管發(fā)射結(jié)電壓uBE的波形，雙蹤示波器XSC2用于觀測基極電流iB、集電極電流iC的波形，雙蹤示波器XSC3用于觀測三極管集電極與發(fā)射極之間電壓uCE的波形、輸出電壓uo的波形。基本原理如下。

Multisim10中的虛擬雙蹤示波器具有測試電路中任意兩點電壓波形的功能[6-8]，并不要求必須對地測試，由此可用于測試基本放大電路中各電量的工作波形。

電阻R1= R2=1 mΩ為阻值較小的電流檢測電阻，其兩端電壓的波形與電路中基極電流、集電極電流的波形相同。

3 個雙蹤示波器XSC1、XSC2、XSC3 面板的Timebase區(qū)中的Scale、X position設(shè)置一致，當(dāng)接通仿真開關(guān)時3個示波器同時開始工作，從而實現(xiàn)各電量波形的同步顯示。

圖1 基本放大電路工作波形仿真電路Fig. 1 Simulation circuit of the working wave for a basic amplifier

3 仿真結(jié)果分析

仿真顯示的時序波形圖如圖2所示。

圖2中，由上至下依次為輸入電壓ui、三極管發(fā)射結(jié)電壓uBE、基極電流iB、集電極電流iC、三極管集電極與發(fā)射極之間電壓uCE、輸出電壓uo的波形。

由圖2可看出，輸入電壓ui經(jīng)輸入耦合電容C1加至三極管的發(fā)射結(jié)上，三極管發(fā)射結(jié)電壓uBE=UBE+ ui，

uBE的交流分量與 ui同相位；發(fā)射結(jié)上的 ui電壓產(chǎn)生基極電流ib，基極電流iB=IB+ ib，iB的交流分量與 ui同相位；經(jīng)三極管進行電流放大產(chǎn)生集電極電流iC，iC=IC+ ic，iC的交流分量與ib同相位；三極管集電極與發(fā)射極之間電壓uCE=VCC-iCRC，uCE的交流分量與iC反相位；經(jīng)輸出耦合電容C2的輸出電壓uo，uo與輸入電壓ui反相位。

圖2 基本放大電路的Multisim仿真波形Fig. 2 Multisim simulation waveform of a basic amplifier

4 結(jié)束語

由于受實驗儀器的限制無法對基本放大電路工作波形進行硬件實驗驗證，主要是現(xiàn)有的示波器多為雙蹤示波器無法同時觀測多路波形且只能測試對地電壓的波形，用Multisim軟件仿真解決了這一問題。

文中的仿真電路，用3個雙蹤示波器同步觀測基本放大電路的有關(guān)電量波形，可直觀顯示電路的工作過程。所述方法具有實際應(yīng)用意義。

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Simulation of the working wave of a basic amplif i er by the Multisim software

MA Jing-min
（Experiment Management Center, Bohai Unversity, Jinzhou 121000, China）

The software of Multisim10 is used to simulate the working wave of a basic amplifier to investigate its working properties based on a designed experimental program. In terms of the fact that the voltage waveform between arbitrary two points can be detected by the virtual dual-channel oscilloscope, the working waves of the input and output voltages, emitter junction voltage, currents and voltages of the base and collector are simulated, and are consistent with theoretical analysis. We conclude that this simulation can well describe the circuit's working properties and can be used to systematically investigate the compositions and the working processes of a circuit.

basic amplifier; working wave; Multisim; virtual simulation

TN702

A

1674-6236(2014)03-0133-03

2013–05–10 稿件編號：201305110

2012年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究立項項目(遼教發(fā)[2012]130號)；2011年度渤海大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項目(BDJG2011-A010)

馬敬敏(1966—)，女，遼寧葫蘆島人，高級實驗師。研究方向：電子信息工程。

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