基于Multisim的晶體管輸入特性仿真研究

摘 要：應(yīng)用Multisim仿真軟件，采用虛擬示波器測(cè)量和掃描分析功能兩種方式仿真晶體管輸入特性曲線。在晶體管輸入特性曲線教學(xué)過(guò)程中通過(guò)仿真的使用，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解，提高了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的興趣。

關(guān)鍵詞：Multisim;電路仿真;晶體管;輸入特性曲線

1 引言

Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的一個(gè)專門(mén)用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。該軟件以圖形界面為主，用可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度來(lái)使用[1].利用Multisim軟件構(gòu)建電路，不僅操作簡(jiǎn)單，而且能直觀地觀察電路的運(yùn)行結(jié)果。晶體管的特性曲線是描述晶體管各極的電壓和電流變化關(guān)系的曲線，是分析電子技術(shù)中晶體管電路的依據(jù)，是圖解分析法的基礎(chǔ)。一些重要參數(shù)也均可以從特性曲線上反映出來(lái)，分析晶體管工作狀態(tài)或其電路時(shí)了解其特性曲線是很重要的。晶體管的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性曲線兩種，在以往教學(xué)或?qū)嶒?yàn)中通常采用的逐點(diǎn)測(cè)量畫(huà)出曲線，操作或演示較為繁瑣;本文將應(yīng)用Multisim軟件分析晶體管輸入特性曲線，調(diào)整參數(shù)方便，測(cè)量效率高，可快速得到晶體管輸入特性曲線。

2 虛擬示波器測(cè)量方式仿真輸入特性曲線

選用教材中給出的晶體管輸入特性曲線逐點(diǎn)描繪法測(cè)試電路，通過(guò)調(diào)節(jié)電路中的E1、E2、Rp1和Rp，可測(cè)量得到輸入特性曲線。但采用這種方法仿真測(cè)試，調(diào)整過(guò)程較為繁瑣，得出數(shù)據(jù)后，還需描點(diǎn)繪制，效率較低，不利于課堂教學(xué)演示。故在教學(xué)仿真演示過(guò)程中，對(duì)此電路進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的電路如圖1所示，選擇示波器A通道觀測(cè)Rb兩端的電壓，B通道觀測(cè)晶體管的基射電壓uBE。由于A通道為Rb兩端的電壓，而Rb又設(shè)置為10千歐，流過(guò)它的電流全部流入基極，故測(cè)量所得的Rb電壓相當(dāng)于iB，但是為Rb電壓的0.0001倍。

晶體管的集電極和發(fā)射極直接連接UCC電源，電壓被設(shè)置成固定值，此時(shí)uCE=0V。打開(kāi)電源和示波器，并將示波器的時(shí)基工作方式切換到“A/B”工作方式，此時(shí)相當(dāng)于縱軸為iB，橫軸為uBE，調(diào)整示波器的相關(guān)參數(shù)，顯示出合適的圖形。此時(shí)顯示的曲線就是晶體管在uCE=0V時(shí)的輸入特性曲線，它類似于二極管的正向特性曲線，并與教材中給出的輸入特性曲線相一致。而后在課堂上設(shè)置疑問(wèn)，提問(wèn)在uCE為其他電壓時(shí)，輸入特性曲線會(huì)有所變化嗎，顯然需要測(cè)量得到。分別設(shè)置UCC=0.5V，UCC=0.5V，即uCE=0.5V，uCE=1V，同樣的方法可得到輸入特性曲線。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比曲線，其發(fā)現(xiàn)在電壓增加時(shí)，曲線會(huì)右移;可進(jìn)一步設(shè)置疑問(wèn)，在uCE增大時(shí)，曲線會(huì)一直右移嗎。將uCE設(shè)置大于1V不同的數(shù)值后，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的輸入特性曲線和uCE=1V的那一條非常接近。

3 直流掃描分析仿真輸入特性曲線

Multisim除了可利用其提供的各種虛擬儀器進(jìn)行仿真測(cè)試外，還提供了電路分析功能，可對(duì)電路的設(shè)計(jì)等進(jìn)一步的分析和仿真，如電路的瞬態(tài)分析，直流掃描分析，溫度掃描分析，時(shí)域和頻域分析，噪聲和失真分析等[2]。使用虛擬示波器仿真輸入特性曲線時(shí)，把電源頻率設(shè)置為較低值時(shí)，可展示出曲線的形成過(guò)程，較為形象直觀。但采用這種測(cè)量方法的前提是學(xué)生要了解測(cè)量的依據(jù)和原理，對(duì)部分學(xué)生來(lái)說(shuō)理解起來(lái)有一定的難度，故可采用分析功能中直流掃描分析來(lái)得到晶體管的輸入特性曲線。

將圖1仿真電路中的Rb去掉（用導(dǎo)線連接），對(duì)電路進(jìn)行直流掃描分析，具體參數(shù)設(shè)置如圖2所示。電源1選擇為UBB，設(shè)置0至1V變化，變化增量為0.05V，電源2選擇為UCC，設(shè)置0至3V變化，變化增量為0.5V。輸出選擇為iB，掃描分析后可直接得到7條不同uCE數(shù)值下的晶體管的輸入特性曲線。通過(guò)直流掃描分析可在一幅圖中仿真出多條不同uCE數(shù)值的曲線，教學(xué)中對(duì)比分析起來(lái)更加簡(jiǎn)便直觀，學(xué)生能較為快速的發(fā)現(xiàn)和掌握輸入特性曲線的特點(diǎn)。

4 溫度對(duì)輸入特性曲線的影響

在分析完輸入特性曲線的特點(diǎn)后，應(yīng)用溫度掃描功能可進(jìn)一步分析溫度對(duì)晶體管輸入特性曲線的影響?？蓪D中的UBB改為大小為20μA的恒流源，UCC設(shè)置為5V，掃描分析中溫度參數(shù)設(shè)置為0℃—50℃變化，每10℃分析一次，可得到不同溫度下uBE的數(shù)值和曲線，具體數(shù)值如表1所示。根據(jù)此表格，顯而易見(jiàn)地可看出此晶體管在溫度每升高10℃時(shí)，uBE下降9mV。更換其他類型晶體管和改變電流參數(shù)后，uBE下降數(shù)值略有變化。因此，通過(guò)觀察表格，對(duì)比數(shù)據(jù)，可快速總結(jié)出在相同的iB下，溫度升高時(shí)，uBE會(huì)略有減小，相應(yīng)地輸入特性曲線會(huì)發(fā)生左移。

5 結(jié)語(yǔ)

在晶體管輸入特性曲線教學(xué)中，應(yīng)用Multisim仿真軟件分析，能快速地得到晶體管輸入特性曲線，便于分析觀察，提高了學(xué)生的課堂參與熱情，引發(fā)了他們的思考，加深了其對(duì)電子技術(shù)課程內(nèi)容的掌握。

參考文獻(xiàn)

[1]韓新風(fēng).Multisim軟件在任意N進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào)，2019.

[2]馬捷.基于Proteus與Multisim的晶體管輸出特性仿真研究[J].儀表技術(shù)，2014.

作者簡(jiǎn)介

賈哲（1980-），男，火箭軍士官學(xué)校，教師。