Multisim仿真——模电解读

Multisim电路仿真快速入门之模电分析晶体管放大器电路内容提要晶体管放大器电路是模拟电子技术课程的基础部分。本章介绍了单管放大器、多级放大器电路、负反馈放大器电路、射极跟随器、差动放大器、OTL低频功率放大器、单调谐放大器、双调谐回路谐振放大器的工作原理、主要性能指标、特性以及计算机仿真设计方法。2.1.1单管放大器电路基本原理图2.1.1为电阻分压式工作点稳定的单管放大器电路图。它的偏置电路采用RB11(RB11)和RB12(RB12)组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE(RE1)，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号uo，从而实现了电压放大。在图2.1.1电路中，当流过偏置电阻RB11和RB12的电流远大于晶体管的基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算CCB2B1B1BVRRRUCEBEBEIRUUIUCE＝VCC－IC（RC＋RE）电压放大倍数：输入电阻：Ri＝RB11//RB12//rbe式中rbe为三极管基极与发射极之间的电阻输出电阻RO≈RCbeLCurRRβA//由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了掌握放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。2.1.2单管放大器静态工作点的分析1.函数信号发生器参数设置双击函数信号发生器图标，出现如图2.1.2面板图，改动面板上的相关设置，可改变输出电压信号的波形类型、大小、占空比或偏置电压等。Waveforms区：选择输出信号的波形类型，有正弦波、三角波和方波等3种周期信号供选择。本例选择正弦波。SignalOptions区：对Waveforms区中选取的信号进行相关参数设置。Frequency：设置所要产生信号的频率，范围在1Hz-999MHz。本例选择1KHZDutyCycle：设置所要产生信号的占空比。设定范围为1％-99％。Amplitude：设置所要产生信号的最大值(电压)，其可选范围从1μV级到999KV。本例选择10mVOffset：设置偏置电压值，即把正弦波、三角波、方波叠加在设置的偏置电压上输出，及可选范围从lμV级到999KV。SetRise／FallTime按钮：设置所要产生信号的上升时间与下降时间，而该按钮只有在产生方波时有效。点击该按钮后，出现如图所示的对话框。此时，请在栏中以指数格式设定上升时间(下降时间)，再点击Accept按钮即可。如点击Default，则恢复为默认值1.000000e-12。注意：当所有面板参数设置完成后，可关闭其面板对话框，仪器图标将保持输出的波形。2.电位器RP参数设置双击电位器RP，出现如图2.1.4所示对话框，点击Value选项。Key区：调整电位器大小所按键盘。Increment区：设置电位器按百分比增加或减少。图2.1.4Potentiometer对话框调整图2.1.1中的电位器RP确定静态工作点。电位器RP旁标注的文字“Key=a”表明按动键盘上a键，电位器的阻值按5％的速度减少：若要增加，按动Shin+a键，阻值将以5％的速度增加。电位器变动的数值大小直接以百分比的形式显示在一旁。启动仿真电源开关，反复按键盘上的a键。双击示波器图标，观察示波器输出波形如图2.1.5（节点8的波形）所示。图2.1.5示波器显示节点8的波形3.直流工作点分析在输出波形不失真情况下，点击Options→Preferences→Shownodenames使图2.1.1显示节点编号，然后点击Analysis→DCoperatingPoint→Outputvariables选择需要用来仿真的变量，然后点击Simulate按钮，系统自动显示出运行结果，如图2.1.6所示。图2.1.6系统运行结果显示4.电路直流扫描直流扫描分析（DCSweepAnalysis）是利用一个或两个直流电源分析电路中某一节点上的直流工作点的数值变化的情况。直流扫描操作分析方法请看第1章中的1.7.8小节。本例分析了图2.1.1电路中节点“2”随电源电压变化的曲线如图2.1.7所示，在图2.1.7中点击图标可显示/隐蔽指针，该指针与示波器显示屏上的读数指针相同，即拖动指针可测出集电极的电位随电源电压变化的情况。图2.1.7图2.1.1电路中节点“2”直流扫描分析结果2.1.3单管放大器动态分析用鼠标点击Simulate→Analysis→ACAnalysis，将弹出ACAnalysis对话框，进入交流分析状态。ACAnalysis对话框有FrequencyParameters、Outputvariables、MiscellaneousOptions和Summary4个选项，本例中首先用鼠标点击其中Outputvariables选定节点8进行仿真，然后点击FrequencyParameters选项，弹出FrequencyParameters对话框如图2.1.8所示。图2.1.8ACAnalysis对话框1.FrequencyParameters参数设置在FrequencyParameters参数设置对话框中，可以确定分析的起始频率、终点频率、扫描形式、分析采样点数和纵向坐标（Verticalscale）等参数。本例中：在Startfrequency窗口中，设置分析的起始频率，设置为1Hz。在Stopfrequency（FSTOP）窗口中，设置扫描终点频率，设置为100GHz。在Sweeptype窗口中，设置分析的扫描方式为，Decade（十倍程扫描）在Numberofpointsperdecade窗口中，设置每十倍频率的分析采样数，默认为10。在VerticalScale窗口中，选择纵坐标刻度形式为：Logarithmic（对数）形式。默认设置为对数形式。2.恢复默认值点击Resettodefault按钮，即可恢复默认值。3.分析节点的频率特性波形按下“Simulate”（仿真）按钮，即可在显示图上获得被分析节点的频率特性波形。交流分析的结果，可以显示幅频特性和相频特性两个图，仿真分析结果如图2.1.9所示。如果用波特图仪连至电路的输入端和被测节点，双击波特图仪（波特图仪各参数设置方法参照1.5节中的1.5.6）,同样也可以获得交流频率特性，显示结果如图2.1.10所示。图2.1.9单管放大器ACAnalysis仿真分析结果图2.1.10波特图仪测试频率特性显示幅频特性曲线相频特性曲线4.放大器幅值及频率测试双击示波器图标，通过拖拽示波器面板（图2.1.5）中的指针可分别测出输出电压的峰-峰值及周期。示波器参数设置方法参照1.5节中的1.5.5小节。5.电路噪声分析（NoiseAnalysis）噪声分析用于检测电子线路输出信号的噪声功率幅度，用于计算、分析电阻或晶体管的噪声对电路的影响。在分析时，假定电路中各噪声源是互不相关的，因此它们的数值可以分开各自计算。总的噪声是各噪声在该节点的和（用有效值表示）。噪声分析操作方法请看第1章中的1.7.6小节。图2.1.11是图2.1.1节点“2”噪声分析仿真结果。图2.1.11噪声分析图2.1.1节点2的仿真分析结果6.电路失真分析失真分析用于分析电子电路中的谐波失真和内部调制失真（互调失真），通常非线性失真会导致谐波失真，而相位偏移会导致互调失真。若电路中有一个交流信号源，该分析能确定电路中每一个节点的二次谐波和三次谐波的复值。失真分析操作方法请看第1章中的1.7.7小节。本例分析了图2.1.1电路中的节点“2”，分析结果如图2.1.12所示。图2.1.12图2.1.1电路节点“2”失真分析结果