Multisim 10在差動放大電路分析中的應用

在自動控制系統(tǒng)中，往往需將一些變化緩慢的物理量(如溫度、轉速的變化)轉換為相應的電信號，并通過直流放大器進行放大處理。直接耦合放大電路雖能放大交、直流信號，但電源電壓的波動，晶體管參數(shù)隨溫度變化等因素會導致電路出現(xiàn)“零點漂移”。差動放大電路是一種利用電路結構參數(shù)的對稱性有效抑制“零點漂移”的直流放大器，它對差模信號具有放大能力，而對共模信號具有抑制作用。典型差動放大電路由2個參數(shù)完全一致的單管共發(fā)射極電路組成。
Multisim 10是美國國家儀器公司(NI公司)推出的功能強大的電子電路仿真設計軟件，具有豐富的新型元器件及虛擬儀器、強大的Spice仿真、數(shù)據(jù)可視化及分析測試功能，可對模擬、數(shù)字、自動控制、射頻、單片機等各種電路進行原理圖設計、仿真分析及功能測試。Multis-im 10提供了一個強大的原理圖捕獲和交互式仿真平臺，電路的設計調試、元器件及測試儀器的調用、各種分析方法的使用直觀方便，測試參數(shù)精確可靠，是應用廣泛的優(yōu)秀EDA系統(tǒng)。本文以典型差動放大電路為例，主要探討Multisim 10的多種分析方法在電子電路仿真設計中的應用。

1 電路設計
在Multisim 10中建立了如圖1所示的典型差動放大電路。T1，T2均為NPN晶體管(2N2222A)，電流放大系數(shù)β設置為80。撥動開關J1，J2可選擇在差動放大電路的輸入端加入直流或交流信號。數(shù)字萬用表用于測量直流輸出電壓，示波器用于觀測交流輸入／輸出電壓波形，測量探針用于仿真時實時顯示待測支路的電壓和電流。

實際電路中T1，T2宜選用差分對管，晶體管的靜態(tài)電流ICQ不宜超過1 mA。由ICQ可選取兩管共用的發(fā)射極電阻Re，且Re不影響差模電壓放大倍數(shù)，僅對共模信號有較強的負反饋作用，因此可以有效地抑制“零點漂移”，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。由于兩個放大器的參數(shù)不可能完全一致，因此通過電位器Rp對電路進行調零。
基極電阻Rb1，Rb2應根據(jù)差模輸入電阻的要求選定。選取集電極電阻Rc1、Rc2時應使靜態(tài)工作點靠近負載線的中點。根據(jù)輸入端和輸出端接“地”情況的不同，差動放大電路有以下4種不同接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。

2 靜態(tài)工作點分析
圖1差動放大電路靜態(tài)時因輸入端不加信號，T1，T2的基極電位近似為零，因此電位器Rp兩端的電位均為-UBE(對于硅管約為-0．7 V)，如電位器Rp的滑動端處于中點位置，計算靜態(tài)工作點為：

Multisim 10中直流工作點分析方法是對電路進行進一步分析的基礎，主要用來計算電路的靜態(tài)工作點，此時電路中的交流電源將被置為零，電感短路，電容開路。進行靜態(tài)工作點分析時需將電路的節(jié)點編號顯示在電路圖上(見圖1)，并需要選擇待分析的節(jié)點編號。依次執(zhí)行Simulate／Analyses／DC Operating Point(直流工作點)分析命令，設置圖1中1，2，u01，u02，Iprobe2，Iprobe3為輸出節(jié)點(變量)，得到圖2所示的靜態(tài)工作點分析結果：Ie=1．48 mA，Ic1=Ic2=0．732 mA，Uc1=Uc2=4．68 V，所測參數(shù)與式(1)～式(3)分析結果基本一致。

3 參數(shù)掃描分析
參數(shù)掃描分析用來研究電路中某個元件的參數(shù)在一定范圍內變化時對電路性能的影響。選擇圖1中電阻Re為參數(shù)掃描分析元件，分析其阻值變化對電路輸出波形的影響。圖1差動放大電路設置為交流信號輸入方式，設置正弦波輸入信號頻率為1 kHz、幅值為150 mV，依次執(zhí)行Simulate／Analyses／Parametet Sweep(參數(shù)掃描)命令，設置掃描方式為Linear(線性掃描)，設置電阻Re掃描起始值為5 kΩ，掃描終值為7．5 kΩ，掃描點數(shù)為3，設置輸出節(jié)點為u01，得到如圖3(a)所示參數(shù)掃描分析結果。當Re=5 kΩ時，由于T1管的靜態(tài)工作點偏高，其輸出電壓u01產(chǎn)生了飽和失真?？梢?，Re阻值的變化影響差動放大電路的靜態(tài)工作點。