基于Multisim的負(fù)反饋放大電路的仿真與實(shí)驗(yàn)分析

姜海燕

（福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福州 350116）

基于Multisim的負(fù)反饋放大電路的仿真與實(shí)驗(yàn)分析

姜海燕

（福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福州 350116）

負(fù)反饋放大電路是模擬電子技術(shù)重要的教學(xué)內(nèi)容，利用Multisim軟件的仿真分析功能和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合，研究負(fù)反饋對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響，如提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、展寬頻帶等。把負(fù)反饋放大電路課堂教學(xué)、仿真分析及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生更好地了解引入負(fù)反饋的方法和負(fù)反饋對(duì)放大電路各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。

負(fù)反饋；Multisim軟件；共射放大電路；仿真

0 引言

模擬電子技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此在模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子線路的設(shè)計(jì)、分析和創(chuàng)新非常重要。負(fù)反饋放大電路是模擬電子技術(shù)重要的教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)用放大電路中，必須引入反饋以改善放大電路的性能[1]。Multisim軟件具有強(qiáng)大的電路分析功能，可用于模擬電子、數(shù)字電子等各類電路的仿真測(cè)試[2-5]。本文利用Multisim軟件的仿真和分析功能，采用Multisim進(jìn)行負(fù)反饋放大電路的仿真并與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相對(duì)照，研究負(fù)反饋對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響，如提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、減小非線性失真及展寬頻帶等。把負(fù)反饋放大電路課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)與仿真分析有機(jī)結(jié)合起來(lái)，有助于學(xué)生從理論知識(shí)過(guò)度到實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生更好地了解引入負(fù)反饋的方法和負(fù)反饋對(duì)放大電路各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。

1 兩級(jí)共射負(fù)反饋放大電路

負(fù)反饋放大電路如圖1所示，晶體管Q1和Q2組成兩級(jí)共射放大電路。圖中C1、C3和C5為耦合電容，C6和C4為旁路電容。RL為負(fù)載電阻，R13為反饋電阻。首先調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP1和RP2，使UC1為8V、UC2為6.5V，此時(shí)晶體管Q1和Q2分別工作在放大狀態(tài)。引入反饋電阻Rf后，在基本放大電路的基礎(chǔ)上把輸出部分電壓引入到輸入部分構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。根據(jù)深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)，引入負(fù)反饋后電路電壓放大倍數(shù)的計(jì)算公式為：

Au≈（RL+Re1）/RL=（2200+100）/100=23

圖1 兩級(jí)共射負(fù)反饋放大電路圖

2 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響

2.1 負(fù)反饋對(duì)放大電路放大倍數(shù)的影響

兩級(jí)共射放大電路輸入U(xiǎn)S=10mV,頻率為1KHz的正弦信號(hào)，用Multisim示波器測(cè)量基本放大電路不接負(fù)載的輸出UO和接負(fù)載UL見(jiàn)圖2（a）。兩級(jí)共射放大電路接入負(fù)反饋后，Multisim示波器測(cè)量反饋放大電路不接負(fù)載RL的輸出UO和接負(fù)載RL的輸出UL見(jiàn)圖（b）。

圖2 基本放大電路與負(fù)反饋放大電路的輸出UO和UL

圖2（a）中兩個(gè)通道均為1V/Div,（b）中為100mV/ Div，由圖可以看到基本放大電路輸出電壓帶負(fù)載后放大倍數(shù)減小較大，輸出電壓隨負(fù)載變化，引入電壓負(fù)反饋后放大電路輸出電壓基本不隨負(fù)載變化，輸出電壓穩(wěn)定。記錄Multisim仿真Ui、UL等數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。

表1 Multisim仿真輸出電壓數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)室采用交流毫伏表測(cè)量Ui、UL等各點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試輸出電壓數(shù)據(jù)

由表1和表2可以看出Multisim仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)基本接近。在Multisim仿真中兩級(jí)共射放大引入電壓負(fù)反饋后，放大電路輸出電壓在穩(wěn)定在120mV左右，電壓放大倍數(shù)為21與根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)分析得到的放大倍數(shù)Au接近，引入電壓負(fù)反饋后電壓放大倍數(shù)降低，但提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。

2.2 負(fù)反饋對(duì)放大電路通頻帶的影響

基本放大電路Multisim仿真幅頻特性和相頻特性見(jiàn)圖3，中頻帶放大倍數(shù)為49dB。

負(fù)反饋放大電路Multisim仿真幅頻特性和相頻特性見(jiàn)圖4，中頻帶放大倍數(shù)為26dB。

為了測(cè)量負(fù)反饋放大電路下限截止頻率fL和上限截止頻率fH，在幅頻特性圖上選取放大倍數(shù)比中頻帶下降3dB的頻率分別為下限截止頻率fL和上限截止頻率fH。

Multisim仿真得到基本放大電路和負(fù)反饋放大電路通頻帶數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，從表中可以看到接入負(fù)反饋后通頻帶由基本放大電路的1MHz變?yōu)?3.9MHz，通頻帶變寬。引入負(fù)反饋后，利用負(fù)反饋增益降低的特點(diǎn)，能使放大電路在更寬的頻率范圍內(nèi)保持增益不變，因此放大電路接入負(fù)反饋展寬了頻帶。

表3 Multisim通頻帶仿真數(shù)據(jù)

圖3 基本放大電路幅頻特性和相頻特性

圖4 負(fù)反饋放大電路幅頻特性和相頻特性

圖5 負(fù)反饋放大電路fL的測(cè)量

圖6 負(fù)反饋放大電路fH的測(cè)量

圖7 基本放大電路輸出波形出現(xiàn)失真

圖8 負(fù)反饋放大電路輸出波形減小失真

2.3 負(fù)反饋減小非線性失真

Multisim仿真輸入正弦信號(hào)增大到US=35mV時(shí)用Multisim示波器觀察輸出波形出現(xiàn)失真，見(jiàn)圖7，接入負(fù)反饋后波形失真減小，見(jiàn)圖8。

由仿真圖可以看出引入負(fù)反饋后減小了失真。

3 結(jié)語(yǔ)

采用Multisim軟件的仿真和分析功能，進(jìn)行負(fù)反饋放大電路的仿真并與實(shí)驗(yàn)相對(duì)照，研究負(fù)反饋對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響，如提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、展寬頻帶及減小失真等。把具有強(qiáng)大仿真分析功能的Multisim應(yīng)用到教學(xué)和工程實(shí)踐當(dāng)中，仿真分析及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，有效地提高了學(xué)生對(duì)模擬電子電路的認(rèn)知能力。

[1]華成英.清華大學(xué)電子學(xué)教研組.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2015.

[2]韋青燕,張?zhí)旌?基于Multisim的恒壓型熱線風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)電路仿真分析[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2015,28(4)：462-468.

[3]韋青燕.基于LabVIEW和Multisim的串聯(lián)校正實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(2)：128-131.

[4]李子強(qiáng),呂輝,楊濤.基于Multisim的光電二極管頻率響應(yīng)仿真分析[J].光通信研究,2014,(2)：32-34.

[5]代素梅,胡明明,張愛(ài)平.基于Multisim的三相電路特性仿真實(shí)驗(yàn)[J].測(cè)控技術(shù),2014,33(10)：129-132.

Abtract：

Negative feedback amplified circuit is an important teaching content for analog electronic technology,makes use of the combination of simulation analysis and experimental practice and studies the impact of negative feedback on the dynamic parameters of amplified circuit, e.g.improves the stability of amplification factor and spreads the band,etc.Combines the classroom teaching of negative feedback amplified circuit,simulation analysis and experimental practice to make the students have a better understanding of the introduction of negative feedback method and the impact of negative feedback on each performance index of amplified circuit.

Simulation and Analysis of Negative Feedback Amplified Circuit Based on Multisim

JIANG Hai-yan

（School of Electrical Engineering and Automation，F(xiàn)uzhou University,Fuzhou 350116）

Negative Feedback;Multisim Software;Common Emitter Amplified Circuit;Simulation

1007-1423（2017）04-0069-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.04.015

姜海燕（1976-），女，山東煙臺(tái)人，副教授，研究方向?yàn)樯镝t(yī)學(xué)檢測(cè)

2016-12-13

2017-01-15