基于Multisim的負(fù)反饋放大電路研究

梁麗

摘 要 介紹Multisim仿真軟件的功能及特點(diǎn)，并以負(fù)反饋放大電路為例，闡述采用Multisim對(duì)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真的過程。

關(guān)鍵詞 Multisim；反饋放大電路；電路分析；仿真

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）18-0037-03

1 前言

Multisim是一個(gè)全開放性的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)各種電路的虛擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)電路進(jìn)行全面的仿真分析和設(shè)計(jì)。Multisim的特點(diǎn)包括：操作界面人性化，元器件庫規(guī)模龐大（如模擬和數(shù)字器件、微機(jī)接口元件、射頻元件等），虛擬儀表種類齊全（如函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)示波器、波特圖儀等），仿真分析功能強(qiáng)大（如直流靜態(tài)工作點(diǎn)分析、交流分析、失真度分析等），電路修改調(diào)試方便。下面以負(fù)反饋放大電路為例，闡述采用Multisim對(duì)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真的過程。

2 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路

在實(shí)用放大電路中，為了改善放大電路的動(dòng)態(tài)性能，幾乎都要引入交流負(fù)反饋，交流負(fù)反饋有電壓串聯(lián)、電流串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流并聯(lián)四種組態(tài)。在圖1所示的兩級(jí)阻容耦合放大電路中，電阻Rf跨接在輸出端與三極管T1發(fā)射極之間，從而把輸出電壓uo的一部分引回到輸入端，在電阻Re1上形成反饋電壓uf。從輸出端看，反饋量取自輸出電壓；從輸入端看，反饋量與輸入量以電壓方式相加減。經(jīng)瞬時(shí)極性法判斷，電路中引入的是電壓串聯(lián)負(fù)反饋[1]。

3 負(fù)反饋放大電路的分析

分析靜態(tài)工作點(diǎn) 靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大電路的性能和輸出波形有很大的影響。由于耦合電容的隔直作用，各級(jí)之間的工作點(diǎn)相互獨(dú)立、互不影響。前級(jí)的輸出幅度小，波形不易失真，工作點(diǎn)設(shè)置應(yīng)低一些，為此取UCQ1=

8 V；后級(jí)的輸入幅度已較大，為使輸出幅度大、失真小，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。根據(jù)圖1所示的電路參數(shù)（取UCES=1 V），聯(lián)立求解下列三式，即可求出工作點(diǎn)位于交流負(fù)載線中點(diǎn)時(shí)的UCQ2=6.64 V。

UCEQ2=UCC-ICQ2（Rc2+Re2） ①

UCEQ2=ICQ2[Rc2//（Re1+Rf）//RL]+UCES ②

UCQ2=UCC-ICQ2Rc2 ③

設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 電路中顯示各節(jié)點(diǎn)如圖2所示，執(zhí)行Simulate/Analysis/DC Operating Point菜單命令，添加要分析的節(jié)點(diǎn)，單擊Simulate按鈕，調(diào)整電位器RP1，使UCQ1=

8 V；調(diào)整電位器RP2，使UCQ2=6.64 V。靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)試結(jié)果如圖2所示。由各節(jié)點(diǎn)的電壓值可判斷，各級(jí)三極管均工作在放大區(qū)。

測(cè)量電壓放大倍數(shù) 信號(hào)源設(shè)定為幅值10 mV、頻率1 kHz

的正弦波。打開仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，設(shè)置示波器各按鈕，可用示波器來顯示多通道電信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，測(cè)量電信號(hào)的幅度、頻率和相位等。有反饋時(shí)的輸入、輸出波形如圖3所示，可以看出輸入波形與輸出波形同相位。移動(dòng)垂直光標(biāo)至波形峰值位置，可測(cè)出輸入電壓幅值為Uim=9.998 mV，輸出電壓幅值為Uom=99.717 mV，計(jì)算放大電路的電壓放大倍數(shù)為Auf=Uom/Uim=9.97。

測(cè)量頻率特性 雙擊波特圖儀圖標(biāo)，設(shè)置波特圖儀各按鈕，觀察放大電路的頻率特性。有反饋時(shí)的幅頻特性如圖4所示，用垂直光標(biāo)測(cè)量中頻段電壓放大倍數(shù)為Aum=

19.976 dB；移動(dòng)垂直光標(biāo)，可測(cè)量電壓放大倍數(shù)下降3 dB時(shí)對(duì)應(yīng)的截止頻率，其中下限截止頻率為fL≈3.59 Hz，上限截止頻率為fH≈3.68 MHz，上限截止頻率與下限截止頻率的差值即為電路的通頻帶：BW=fH-fL。

4 基本放大電路的分析

在圖1所示負(fù)反饋放大電路中，去掉反饋?zhàn)饔?，考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)，即可得到圖5所示基本放大電路。做法如下：

1）輸出端為電壓負(fù)反饋，將負(fù)反饋放大電路的輸出端交流短路，則Rfi=Rf并聯(lián)在Re1上；

2）輸入端為串聯(lián)負(fù)反饋，將負(fù)反饋放大電路的三極管T1發(fā)射極開路，則Rfo=Re1+Rf并聯(lián)在RL上。

無反饋時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置方法和數(shù)值與負(fù)反饋放大電路完全相同。

無反饋時(shí)的輸入、輸出波形如圖6所示，移動(dòng)垂直光標(biāo)至波形峰值位置，可測(cè)出輸入電壓幅值為Uim=9.998 mV，

輸出電壓幅值為Uom=1.026 V，計(jì)算放大電路的電壓放大倍數(shù)為Au=Uom/Uim=102.6。

無反饋時(shí)的幅頻特性如圖7所示。用垂直光標(biāo)測(cè)量中頻段電壓放大倍數(shù)為Aum=40.578 dB，移動(dòng)垂直光標(biāo)，可測(cè)出下限截止頻率為fL≈38.30 Hz，上限截止頻率為fH≈

303.40 kHz。

5 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響

由開環(huán)放大倍數(shù)Au和閉環(huán)放大倍數(shù)Auf，可求出反饋深度為1+AuFuu=Au/Auf≈10.3。通過仿真實(shí)驗(yàn)可知，放大電路中引入負(fù)反饋后，雖然它使放大倍數(shù)降低，但改善了電路多方面的性能，如可以穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入電阻（如串聯(lián)反饋增大輸入電阻）和輸出電阻（如電壓反饋減小輸出電阻），展寬通頻帶（即下限截止頻率減小，上限截止頻率增大），減小非線性失真等。引入不同組態(tài)負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響不盡相同，在實(shí)用電路中應(yīng)根據(jù)需求引入合適組態(tài)的負(fù)反饋。

參考文獻(xiàn)

[1]趙淑范，王憲偉.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.endprint