模擬電路實(shí)驗(yàn)課是通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段，培養(yǎng)學(xué)生在模擬電路方面使用電子儀器、設(shè)計(jì)及調(diào)試電路等方面的實(shí)際動(dòng)手能力。由于傳統(tǒng)方法受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地和時(shí)間限制，同時(shí)還存在著教學(xué)理念陳舊，實(shí)驗(yàn)效率低等問(wèn)題，所以計(jì)算機(jī)的輔助分析及仿真技術(shù)在電子實(shí)驗(yàn)運(yùn)用中得到了廣泛的應(yīng)用。Multisim有一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，具有直觀的圖形界面，龐大的元器件庫(kù)，強(qiáng)大的仿真能力和分析功能，完善的虛擬儀器功能，從而成為各類學(xué)校電工、電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首選工具軟件。

　　1 建立仿真電路

　　在Multisim 10電路窗口中建立如圖1所示單管放大器仿真電路。設(shè)置信號(hào)源“XFGl”幅度為10 mV，頻率為1 kHz的正弦波信號(hào)，開(kāi)關(guān)K1，K2設(shè)為閉合，K3設(shè)為打開(kāi)狀態(tài)，Rw可調(diào)電位器取值為50%。

　　2 靜態(tài)分析

　　當(dāng)輸入信號(hào)ui=0，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，求解電路中有關(guān)的電流、電壓值等。

　　2.1 萬(wàn)用表測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)

　　設(shè)置信號(hào)源輸出為O V，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，分別讀出萬(wàn)用表"XMMl”，“XMM2"和"XMM3"的電壓值，UB=2.29 V，URC=3.314 V，UCE=7.018 V，如圖2所示。

　　讀出測(cè)量值并計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)：ICQ=1.105 mA，UCEQ=7.018 V。

　　2.2 直流工作點(diǎn)分析

　　直流工作點(diǎn)分析也是確定靜態(tài)工作點(diǎn)的一種方法。選擇Simulate菜單中的Analyses-DC Operating point Analysis進(jìn)入設(shè)置，在設(shè)置“Output”項(xiàng)中選擇V(2)，V(3)和V(4)為輸出項(xiàng)，如圖3所示。單擊“Simulate”按鈕，顯示如圖4所示的輸出電壓值。

　　2.3 溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

　　溫度掃描分析方法是分析溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。設(shè)置信號(hào)源輸出為10 mV，1 kHz的正弦波信號(hào)，選擇“Simulate”菜單中的“Temperature Sweep Analysis”進(jìn)入設(shè)置，在“Analysis Parameters”選項(xiàng)中進(jìn)行起始、終止溫度的設(shè)置，如圖5所示，并單擊“EditAnalysis”按鈕，設(shè)置開(kāi)始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間，然后設(shè)定“Output”V(4)為輸出項(xiàng)，再進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖6所示，輸出電壓V(4)隨溫度升高而下降。

　　2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置對(duì)輸出波形的影響

　　建立如圖7所示仿真電路。選擇“Simulate”菜單中的"DC Sweep Analysis”進(jìn)入設(shè)置，在“Analysis Parameters”選項(xiàng)中，“Source 1”設(shè)置為電壓源，并修改起始、終止和增加電壓值。“Source 2”設(shè)置為電流源，若電流源沒(méi)有顯示，可按下“Change Filer”按鈕，選中“Display submodules"選項(xiàng)。這時(shí)修改起始、終止和增加電流值，如圖8所示?！癘utput”選項(xiàng)中選擇輸出電流Ic，若沒(méi)有顯示可按“Add device/model parameter”按鈕，在彈出對(duì)話框中的“Parameter”下拉菜單中查找。如圖9所示。

　　最后進(jìn)行仿真，當(dāng)負(fù)載電阻為3 kΩ時(shí)，輸出特性曲線作交流負(fù)載線，估算出Q點(diǎn)的位置，如圖10所示。

　　當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，Q點(diǎn)取的過(guò)高，容易產(chǎn)生飽和失真，反之，產(chǎn)生截止失真。

　　3 動(dòng)態(tài)分析

　　動(dòng)態(tài)分析的任務(wù)是計(jì)算輸入、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)、最大不失真輸出電壓和幅頻特性等。

　　3.1 輸入電阻測(cè)量

　　建立如圖11所示仿真電路。打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，雙擊“XMMl”和“XMM4”兩萬(wàn)用表，并將它們切換在交流電壓檔上，再雙擊“XFGl”函數(shù)信號(hào)發(fā)生器圖標(biāo)，逐步加大信號(hào)幅度，使“XMMl”萬(wàn)用表顯示約10 mV左右，再讀出“XMM4”的電壓值，如圖12所示。輸入電阻(單位：kΩ)：

　　3.2 輸出電阻測(cè)量

　　仿真電路如圖11所示，雙擊“XFGl”函數(shù)信號(hào)發(fā)生器圖標(biāo)，將信號(hào)幅度調(diào)整為10 mV。開(kāi)關(guān)K3為斷開(kāi)狀態(tài)(不帶負(fù)載電阻RL)，雙擊“XSCl”示波器，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，讀出輸出電壓約888.7 mV，如圖13所示。按下“L”鍵，開(kāi)關(guān)K3閉合(接入負(fù)載電阻RL)，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，讀出輸出電壓約707.0 mV，如圖14所示。輸出電阻(單位：kΩ)：

　　3.3 電壓放大倍數(shù)

　　建立如圖1所示仿真電路，調(diào)整信號(hào)源輸出10 mV，1 kHz的正弦波信號(hào)。

　　3.3.1 不帶負(fù)載電阻RL

　　開(kāi)關(guān)K3處于打開(kāi)狀態(tài)，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，讀出如圖15所示示波器的輸入和輸出電壓峰值，Uo=931.29 mV，Ui=9.99 mV，則電壓放大倍數(shù)Au=93.2。

　　3.3.2 帶負(fù)載電阻RL

　　開(kāi)關(guān)K3處于閉合狀態(tài)，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，讀出如圖16所示示波器的輸入和輸出電壓峰值，Uo=706.93 mV，Ui=9.99 mV，則電壓放大倍數(shù)Au=70.8。

　　3.3.3 帶負(fù)載電阻RL并考慮信號(hào)源內(nèi)阻

　　開(kāi)關(guān)K3處于閉合、K1處于打開(kāi)狀態(tài)，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，讀出如圖17所示示波器的輸入和輸出電壓峰值，Uo=572.56 mV，Ui=9.99 mV，則電壓放大倍數(shù)Au=57.31。

　　3.4 最大不失真輸出電壓

　　為了獲得最大的動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，在放大器正常工作的情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，并同時(shí)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，用示波器觀察Uo，當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)失真現(xiàn)象時(shí)，說(shuō)明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(fù)載線中點(diǎn)，然且調(diào)整輸入信號(hào)，使輸出幅度最大，且無(wú)明顯失真時(shí)，測(cè)出Uo的同時(shí)求出最大不失真輸出電壓Uopp。

　　連接如圖1所示的仿真電路，將K3閉合處于狀態(tài)，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，反復(fù)調(diào)整Rw和信號(hào)源"XFGl”輸出信號(hào)大小，使得輸出電壓最大且沒(méi)有明顯失真，讀出Rw約處于23%，信號(hào)源輸出電壓20 mV最大不失真輸出電壓如圖18所示，Uopp≈3.9 V。

　　3.5 放大器的幅頻率特性

　　3.5.1 頻率特性

　　放大器的頻率特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)Au與輸入信號(hào)頻率f之間的關(guān)系曲線。分為下限頻率fl、上限頻率fh和通頻帶fbw。

　　3.5.2 幅頻特性曲線的測(cè)量

　　建立如圖19所示仿真電路，調(diào)整信號(hào)源輸出10 mV，1 kHz的正弦波信號(hào)。雙擊波特圖儀“XBPl”。打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，如圖20所示，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，讀出上限頻率fh=17.37 MHz，下限頻率fl=158 Hz，計(jì)算出通頻帶fbw=17.37 MHz。

　　當(dāng)把耦合電容C1，C2和旁路電容Ce都改為1 μF時(shí)，低頻區(qū)電壓放大倍數(shù)急劇下降，下限頻率fl=7.59 kHz，通頻帶fbw減小明顯，如圖21所示。

　　如果要獲得較寬的通頻帶，可采用深度負(fù)反饋放大電路，將圖19中的K1打開(kāi)，旁路電容失效，幅頻特性曲線如圖22所示，但損失了可貴的電壓放大倍數(shù)。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　放大電路中的“最大不失真輸出電壓”和“放大器的幅頻率特性”兩個(gè)概念在理論課中是比較難理解的兩個(gè)內(nèi)容，通過(guò)Multisim 10軟件仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)苤庇^反映其結(jié)果，正確理解基本概念。通過(guò)軟件的運(yùn)用，使學(xué)生了解和掌握更多電子系統(tǒng)應(yīng)用的概念、知識(shí)和技術(shù)。建立起以應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為培養(yǎng)目標(biāo)的學(xué)習(xí)觀念。