基于Multisim的阻容耦合放大電路設(shè)計(jì)

摘要：Multisim 10與Protel相比具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面。阻容耦合兩級放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，文章采用實(shí)驗(yàn)法，借助Multisim 10仿真平臺，分析阻容耦合兩級放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)和動態(tài)參數(shù)，將實(shí)際焊接測量的數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對比，探索電路最大不失真波形的特點(diǎn)，這在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

0 引言

近年來，電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，EDA技術(shù)促進(jìn)了電子線路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。本文借助Multisim 10的仿真平臺，采用實(shí)驗(yàn)法，分析了阻容耦合兩級放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)和動態(tài)參數(shù)，將實(shí)際焊接測量的數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對比，探索電路最大不失真波形的特點(diǎn)，這在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 Multisim仿真軟件與特點(diǎn)

Multisim軟件是加拿大圖像交互技術(shù)公司IIT公司推出的專門用于電路仿真和設(shè)計(jì)的電子設(shè)計(jì)自動化軟件。其前身是電子工作平臺EWB，從EWB6.0版本開始，公司對軟件做了大規(guī)模的改動，升級后軟件功能更為強(qiáng)大，被美國NI公司收購后，更名為NI Multisim，而V10.0是其(即NI公司)最新推出的Multisim新版本。相對于Protel等其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對模數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。

2 Multisim仿真阻容耦合兩級放大電路

2.1 理論分析

單級放大電路的電壓放大倍數(shù)一般只能達(dá)到幾十至幾百倍，要將輸入的微弱信號放大到能推動負(fù)載工作的程度，往往要通過多個單級放大電路連續(xù)多次地放大。因此，實(shí)用放大電路通常是由兩級或兩級以上單級基本放大電路組成的。

阻容耦合是將前級與后級之間通過電容相連，所以各級的直流電路互不相通，每一級的靜態(tài)工作點(diǎn)都相互獨(dú)立、互不影響。這樣就給分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了很大的方便。而且，只要耦合電容選得足夠大，就可以做到前一級的輸出信號在一定的頻率范圍內(nèi)幾乎不衰減地加到后一級的輸入端上，使信號得到了充分的利用。

2.2 實(shí)踐與仿真分析

如圖1所示，阻容耦合兩級放大電路焊接實(shí)物圖，使用信號發(fā)生器通入1kHz、5mV的正弦信號，在示波器觀察不失真放大情況下用萬用表測試兩級放大電路的靜態(tài)工作情況，用示波器觀察最大不失真放大波形，使用晶體管毫伏表測量兩級放大的電壓放大倍數(shù)。

將元器件按照電路圖搭建，將虛擬信號發(fā)生器、示波器連線后調(diào)節(jié)到適合的檔位。圖2所示是阻容耦合兩級放大仿真的電路圖。

啟動DC Operating Point Analysis，添加要分析的節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊Simulate，分析結(jié)果如圖3所示。由各點(diǎn)的電壓值可以判斷晶體管工作在放大區(qū)。

由表1得出測量靜態(tài)工作點(diǎn)的目的是檢測晶體管的工作狀態(tài)，從仿真測量值看，雖然理論值與測量值有一定的誤差，但是還是能正確地分析得出該放大電路處于正常放大工作狀態(tài)。

為了得到最佳放大效果，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)位置。為此在放大器正常工作情況下，逐漸增大輸入信號的幅度，用示波器觀察輸出電壓，當(dāng)輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象時，說明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)至交流負(fù)載線的中點(diǎn)位置。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真的時候，然后用交流毫伏表測出U0有效值。

逐漸增大信號發(fā)生器的輸入電壓，觀察示波器使第一級和第二級輸出波形達(dá)到最大不失真，這是本次實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，需要熟練使用信號發(fā)生器、示波器等儀器，并且對于最常見的三種失真類型：飽和失真、截至失真、削波失真有清晰的了解。經(jīng)過實(shí)踐操作，當(dāng)輸入電壓為10mV時，波形達(dá)到最大不失真情況。學(xué)生觀察波形后可以發(fā)現(xiàn)：采用多級電路以后能使電路輸入信號獲得比較大的放大，但不足之處是隨著級數(shù)增多，輸出的波形容易產(chǎn)生失真，需要反復(fù)調(diào)試體會。如圖4和圖5為實(shí)際示波器測量出的第一級和兩級放大后的波形波形。

圖6所示為仿真出的、當(dāng)輸入電壓為10mV、波形為最大不失真時的第一級放大的波形。

根據(jù)電壓放大倍數(shù)定義：Au=u0/ui，有：u0=Au2ui2=Au2u01，而u01=Au1ui，

故：：u0=Au1Au2ui，即Au=u0/ui=Au1Au2，因此可推廣到n級放大電路的電壓放大倍數(shù)為：Au=Au1Au2…Aun

得到如圖7所示的輸入和輸出的波形，輸入波形為正弦波在A通道電壓峰峰值：

-6.607mV，輸出波形為明顯放大的正弦波在B通道電壓峰峰值-1.446V，就是經(jīng)過放大器放大以后輸出的信號幅值。

該放大電路電壓的兩級放大倍數(shù)

將測量的電壓放大倍數(shù)為值的219倍和仿真值的216倍相比，在誤差允許的范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語

識別電路板中各部分元件，熟悉電路模型，將課堂教學(xué)、仿真實(shí)驗(yàn)中的抽象符號電路具體化、實(shí)物化，再由具體到抽象的過程是認(rèn)知的第二個飛躍。運(yùn)用Multisim軟件展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過操作的實(shí)踐與仿真的數(shù)據(jù)分析，知識在實(shí)踐中傳遞，實(shí)踐將理論實(shí)體化，理論和實(shí)踐得到有機(jī)結(jié)合，是提高電子技術(shù)教學(xué)的強(qiáng)大武器。