導語：如何才能寫好一篇放大電路的設計與仿真，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：非線性失真 EWB仿真 靜態(tài)工作點

非線性失真亦稱波形失真、非線性畸變，表現(xiàn)為音響系統(tǒng)輸出信號與輸入信號不成線性關系。非線性失真不僅會破壞音質(zhì)，還有可能由于過量的高頻諧波和直流分量燒毀音箱高音揚聲器和低音揚聲器。

在教學過程中，如何讓學生很好地去理解非線性失真，如何將抽象的知識形象地表達出來，成為教師教學中的重點。

EWB是一種電子電路計算機仿真軟件，它被稱為電子設計工作平臺或虛擬電子實驗室，是交互圖像技術有限公司推出的EDA軟件，用于模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，利用它可以直接從屏幕上看到各種電路的輸出波形。EWB是一款仿真功能十分強大的軟件。

一、仿真實驗

啟動EWB仿真軟件，在電路窗口中創(chuàng)建一個共射極放大電路，如圖1所示。圖中VCC為直流電源，提供放大電路的能量；Q為晶體管，具有電流放大作用，是放大電路的核心器件；RB為基極偏置電阻，提供合適的靜態(tài)工作點；RC為集電極負載，將晶體管電流放大轉(zhuǎn)為電壓放大的形式；C1、C2為隔直流通交流電容。

1.選擇合適的靜態(tài)工作點，輸入交流小信號，觀察輸入輸出波形

（1）當 RB=180kΩ 時，用仿真電壓表測得Uce≈Vcc=3.102V，靜態(tài)工作點處于放大區(qū)中間區(qū)域，如圖1所示。

（2）輸入信號Ui=5mV，1kHz，如圖2所示。

圖2

（3）對電路進行仿真，點擊圖中的雙通道示波器按鈕，彈出的對話框中顯示輸入（黑色）和輸出（紅色）電壓波形，示波器時基可在s～ns的范圍內(nèi)調(diào)整，如圖3所示。

圖3

（4）進一步提高測量精度，可卷動時間軸，觀察輸入、輸出電壓波形，可看出放大后波形基本上不失真，移動指針到信號的最大值處，從雙蹤示波器的數(shù)據(jù)欄中讀出相關數(shù)據(jù)：

Uim=VA1=7.0189mV Uom=VB1=-276.9916mV

可算出該放大電路的電壓放大倍數(shù)：

2.減小RB阻值，造成飽和失真，觀察輸入輸出波形

（1）當RB=56kΩ 時，UCE=0.117V，靜態(tài)工作點處于飽和區(qū)；

（2）輸入信號Ui=10mV，1kHz；

（3）對電路進行仿真，從雙蹤示波器上觀察輸入和輸出電壓波形如圖4所示，可看出輸出電壓波形負半周被削底，產(chǎn)生飽和失真。

圖4

3.增大RB阻值，造成截止失真，觀察輸入輸出波形

（1）當RB=1kΩ 時，UCE=5.474V，靜態(tài)工作點接近于截止區(qū)；

（2）輸入信號Ui=30mV，1kHz；

（3）對電路進行仿真，從雙蹤示波器觀察輸入和輸出電壓波形如圖5所示，可看出輸出電壓波形正半周被削頂，產(chǎn)生截止失真。

圖5

二、影響失真的因素

共射極放大電路中引起失真的原因主要為靜態(tài)工作點設置不當，偏離放大區(qū)中間區(qū)域過多。此外，輸入信號過大，使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，同樣會造成失真。

靜態(tài)工作點位置不合適，對波形失真的影響可分兩種情況說明。

（1）靜態(tài)工作點偏低時產(chǎn)生截止失真。當靜態(tài)工作點偏低為QB時，接近截止區(qū)，交流量在截止區(qū)不能放大（三極管截止），使輸出電壓波形正半周被削頂，產(chǎn)生截止失真。

（2）靜態(tài)工作點偏高時產(chǎn)生飽和失真。當靜態(tài)工作點偏高為QA時，接近飽和區(qū)，交流量在飽和區(qū)不能放大，使輸出電壓波形負半周被削底，產(chǎn)生飽和失真。

三、失真的消除方法

要使共射極放大電路不產(chǎn)生失真，必須有一個合適的靜態(tài)工作點Q，它應大致選在交流負載線的中點。此外輸入信號u的幅值不能太大，以避免放大電路的工作范圍超過特性曲線的線性范圍。

由電路的直流通路分析： ICQ≈βIBQ

可知，若電源VCC與三極管電流放大倍數(shù)β不變，則在電路各元件中，基極偏置電阻RB的大小對電路靜態(tài)工作點的影響最大：RB偏小，靜態(tài)工作點過高，容易產(chǎn)生飽和失真；RB偏大，靜態(tài)工作點過低，容易產(chǎn)生截止失真；通常采用調(diào)節(jié)RB阻值大小的方法，，建立合適的靜態(tài)工作點。

在電子技術一體化教學中，用EWB軟件進行仿真模擬實驗，選擇各種元件空間大，修改參數(shù)方便，避免了因反復焊下元件而損壞器件和電路板，而且調(diào)試電路快捷方便，數(shù)據(jù)直觀可靠，使教學的課時大大減少，對教學具有一定的輔助作用。

參考文獻：

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Multisim是美國NI公司推出的一款原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，適合電子技術教學。利用Multisim對電子電路進行虛擬仿真，有助于通過簡化電路模型來學習電子電路中的基本概念、基本理論和基本方法。在利用軟件Multisim對模擬電子電路分析和仿真時應明確如下問題。（1）應用Multisim仿真工具進行電路仿真的基礎是建立相應的電路模型，搭建電路原理圖，定性分析電路中元器件的參數(shù)要求。（2）模擬電子電路的分析是利用理論分析和仿真分析對電路設計進行分析，明確該電路要分析的基本概念，進而指導電路調(diào)試和測試。理論分析是指理解電路的工作原理、明確電路的功能特點、建立電路的等效模型，即將非線性的半導體器件進行線性等效。根據(jù)電路理論，估算該電路的重要基本概念，如基本放大電路需要估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等重要參數(shù)。（3）仿真分析需要考慮半導體器件的非線性特性，分析結果在一定程度上接近理論分析，是比較精確的計算，可將理論分析作為指導進行仿真分析。理論分析和仿真分析相結合，可用于試驗性的電路設計，邊仿真邊設計電路中元器件的參數(shù)，達到電路設計的要求。

2、基于Multisim仿真軟件的教學實例

2.1理論分析

一個實際放大電路的構成要滿足直流通路和交流通路都正確這個條件。直流通路為偏置電路，保證放大電路有合適的靜態(tài)工作點Q。而交流通路則決定了放大電路的組態(tài)，保證輸入信號能夠加入放大電路，輸出信號能夠正常取出，最終實現(xiàn)放大。構建共射基本放大電路，如圖1所示。給定三極管的UBE=0.7V，β=50，rbb'=300Ω。直流通路和小信號等效電路如圖1（b）和圖1（c）所示。（1）直流分析：根據(jù)輸入回路和輸出回路，計算靜態(tài)工作點的電壓和電流如下：基極電流IBQ=26μA，集電極、發(fā)射極電流ICQ=IEQ=1.3mA，管壓降UCEQ=5.5V。（2）交流分析：根據(jù)小信號等效電路，計算性能指標如下：電壓放大倍數(shù)≈-94.7，輸入電阻Ri≈1.32kΩ，輸出電阻Ro=5kΩ。

2.2仿真分析

Multisim提供的虛擬三極管（BJT_NPN_VIRTUAL）采用的是低頻小信號模型，其特性接近理想三極管。電路仿真中使用虛擬三極管，其參數(shù)輸入電阻為0，電流放大倍數(shù)恒定，輸入與輸出特性均為線性，器件特性與頻率無關。搭建仿真電路，如圖2所示，選擇虛擬三極管，雙擊彈出三極管“屬性”編輯窗口，在其中的“編輯模型”對話框中編輯參數(shù)，更改β=BE=50，rbb'=RB=300Ω=0.3kΩ。其他元器件參數(shù)選取參照圖1。（1）直流分析。利用Multisim10基本分析方法中的直流工作點分析法（DCOperatingPoint）來分析電路的靜態(tài)工作點Q設置情況。啟動“仿真”，單擊“分析”功能中的“直流工作點分析”命令，打開Multisim10的“直流工作點分析”對話框，如圖3所示。單擊“輸出”選項，添加仿真變量到右邊選項框，然后單擊“仿真”按鈕，系統(tǒng)自動顯示運行結果，如圖4所示。根據(jù)圖4可知，各個仿真節(jié)點的變量含義為V(2)=UBE=0.789V，V(3)=UCEQ=5.48191V，I(ccvcc)=ICQ=1.32969mA。（2）交流分析。給定10mV/10kHz的正弦波輸入信號，將輸入信號和輸出信號連接到虛擬儀器示波器，打開仿真開關，雙擊示波器得到輸入和輸出信號波形，如圖5所示。根據(jù)輸入、輸出波形標尺線處的讀數(shù)，計算電壓放大倍數(shù)為根據(jù)輸入電阻Ri的定義，Ri=Ui/Ii，其中Ui是輸入端口的電壓，Ii是輸入端口的電流。在放大電路的輸入回路接入電壓表和電流表，仿真時利用電壓表測量輸入端口基極和發(fā)射極之間的電壓為7.071mV；利用電流表測量輸入端口基極的電流為5.439μA，如圖6所示。可得放大電路的輸入電阻為Ri=7.071mV/5.439μA=1.3kΩ。注意在使用萬用表測量電壓和電流時要設置為相應的電壓、電流作為電壓表和電流表，以及設置為交流來測量。在輸出回路采用外加電壓方法，斷開負載電阻，將電路中的信號源置零，在輸出端接入一個10mV/10kHz的正弦信號源，同時在輸出端接入電流表用來測量端口電流，接入電壓表用來測量端口電壓，單擊“仿真”按鈕，雙擊電流表及電壓表，創(chuàng)建的電路如圖7所示，可得放大電路R0=10mV/2μA=5kΩ。

2.3分析總結

（1）直流分析的目的是估算或測試靜態(tài)工作點Q，確定三極管是否工作在放大區(qū)。當Q點過高時會產(chǎn)生飽和失真，當Q點過低時會產(chǎn)生截止失真。該電路的直流偏置電路為固定偏置電路，若出現(xiàn)飽和失真，可增大Rb電阻，使Q點沿交流負載線向下移動；若出現(xiàn)截止失真，可減小Rb電阻，使Q點沿交流負載線向上移動。直流分析的內(nèi)容是輸入回路的電流IBQ和電壓UBEQ，輸出回路的電流ICQ和電壓UCEQ。根據(jù)理論分析估算可知，集電極電流ICQ=1.3mA，管壓降UCEQ=5.5V；而仿真分析得到的參數(shù)為：I(ccvcc)=ICQ=1.32969mA，V(2)=UBE=0.789V，V(3)=UCEQ=5.48191V。可知靜態(tài)工作點Q位置合適，保證放大電路能夠正常工作。對比結果可知理論估算和仿真分析的結果近乎相等。理論估算時給定UBE=0.7V，β==50為一個常數(shù)，沒有考慮三極管的非線性，所以不是精確計算。而仿真分析是根據(jù)三極管的模型分析驗證，考慮了三極管的非線性問題。（2）交流分析的目的是觀察輸入信號和輸出信號的關系，分析的內(nèi)容是放大電路電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等性能指標。三極管放大電路的放大作用是利用三極管的基極對集電極電流的控制來實現(xiàn)的，從而將直流電源所提供的能量轉(zhuǎn)化為負載所需要的能量。放大的實質(zhì)是能力的控制和轉(zhuǎn)換，是對變化量的放大。（3）仿真分析與理論分析的結論相一致，驗證了理論分析的正確性。

3、結語

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關鍵詞：電子技術 Protel 仿真

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0084-01

在傳統(tǒng)的職業(yè)教學過程中，《電子技術》往往和《電子線路CAD設計》的課程是隔離開教學的，各自完成教學過程，實現(xiàn)各自的教學目標。

《電子技術》是我院應用電子、機電一體化等專業(yè)的一門必修課，是理論性、實踐性均較強的一類基礎課程。這門課程在平時教學過程中，大部分教學內(nèi)容理論性較強，較為抽象，加之學生基礎太薄弱，在課堂中講解時學生難理解、覺得枯燥、不感興趣。傳統(tǒng)教學一般將實驗、實習安排在新課后進行，作為對課本有關內(nèi)容的驗證。但是這樣生硬的分割開來，不利于學生對知識的理解、掌握，不利于學生綜合能力的培養(yǎng)。而《電子線路CAD設計》主要以Protel　DXP為主，將仿真技術引入到課堂，使仿真技術與理論教學緊密結合起來，利用該軟件的仿真功能可以做很多虛擬的電學試驗，能讓學生在課堂中根據(jù)所授知識直接進行電路分析，通過仿真加深對電路的理解。它為學習者提供一個全方位的交互學習環(huán)境，提高學習的效率，并有利于培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的能力。作為優(yōu)秀的EDA軟件，Protel　DXP能夠?qū)崿F(xiàn)電路原理圖的設計，　印制電路板的設計，自動布線以及電路仿真等幾大功能。

因此，從本學期開始，在機電一體化專業(yè)中，已經(jīng)將《電子技術》與《電子線路CAD設計》進行整合，打破傳統(tǒng)的單科獨進式專業(yè)課程體系，實行專業(yè)課程的綜合化。

下面以兩個具體電路為例：

1、兩級放大電路

在音頻放大電路中，涉及到放大電路，而放大電路的分析可分為直流分析和交流分析兩部分。圖中第一級和第二級均為典型的共發(fā)射極放大電路。而放大電路分析是按直流分析和交流分析分別進行的，學生往往對這兩個內(nèi)容無法理解，特別是交流分析，很難把這兩部分聯(lián)系起來，并且容易往往只重視放大電路的性能指標而忽略了靜態(tài)工作點對放大電路的質(zhì)量有著不可忽視的作用，甚至在做實驗的時候容易忽略晶體三級管工作時必須外加直流電源這一基本要求。但我們現(xiàn)在利用Protel　DXP仿真功能，設計靜態(tài)工作點仿真分析，通過對不同的靜態(tài)工作點選取所得到的波形的特點，直觀地體現(xiàn)了靜態(tài)工作點的選取的重要性。并且通過瞬態(tài)分析仿真，可以直觀的得到電壓放大倍數(shù)。

2、RLC并聯(lián)諧振電路

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關鍵詞： 靜態(tài)工作點； Multisim l0； 放大電路； 電路仿真

中圖分類號： TN919?34； TP319.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0127?04

0 引 言

模擬電子技術作為高校理工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程，工程實踐性比較強。由于課程知識體系和分析方法等方面的特點，學生對課程的學習存在一定的困難。鑒于此，在模擬電子技術課程的教學中，采取將傳統(tǒng)的電路理論分析與仿真技術相結合的方式，對課程中的重點、難點知識進行突破，不失為一種有效的措施。

靜態(tài)工作點的概念幾乎貫穿整個“模擬電子技術”教學的始終，是本課程的教學重點，也是教學難點[1]。為了使學生在基本放大電路的學習中就對靜態(tài)工作點的概念、靜態(tài)工作點對放大電路的必要性和重要性有比較清晰正確的認識，為模擬電路后期的學期打下扎實的基礎。本文利用仿真Multisim 10軟件，對共發(fā)射極基本放大電路進行靜態(tài)仿真測試分析。利用計算機仿真軟件，課內(nèi)講授和課外探究相結合，化簡單抽象為具體形象，化枯燥乏味為生動有趣，充分調(diào)動了學生的學習興趣和自主性，幫助學生更好地理解和掌握教學內(nèi)容[2?7]。

1 基本放大電路中的靜態(tài)工作點

1.1 靜態(tài)工作點

當輸入信號為零時，放大電路工作在直流工作狀態(tài)，也稱為靜態(tài)。此時，晶體管的基極電流[IB、]集電極電流[IC、]基一射極間的電壓[UBE]和集一射極間管壓降[UCE，]統(tǒng)稱為靜態(tài)工作點參數(shù)。又因這些直流量所對應的正是晶體管輸入輸出特性曲線上的一個點，故稱其為靜態(tài)工作點Q，如圖1所示。

1.2 設置靜態(tài)工作點的必要性

設置合適的靜態(tài)工作點是保障放大電路正常放大信號的前提。設置靜態(tài)工作點的目的在于保證輸入信號在整個變化范圍內(nèi)，工作點始終處于放大區(qū)，從而使放大電路不失真地放大信號[8?9]。在如圖2所示電路中不設置靜態(tài)工作點（去掉電路的上偏電阻），利用Multisim 10仿真軟件進行仿真后觀察分析電路的輸出波形。

在仿真過程中觀察到：當輸入電壓較小時，峰值小于晶體管的基?射極間的開啟電壓 ，則晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)均截止，因此觀察不到輸出信號；進一步調(diào)整輸入信號的幅度，幅值足夠大，晶體管也只可能在信號正半周數(shù)值大于基?射極間的開啟電壓時間段內(nèi)導通，輸出波形必然會失真。失真波形如圖3所示。由結果引導學生從理論上分析輸出波形出現(xiàn)失真的原因[1，10]。

基于以上仿真、觀察、分析，說明不設置靜態(tài)工作點，電路就不能正常放大輸入信號。使學生進一步理解設置合適的靜態(tài)工作點的必要性。

2 共發(fā)射極基本放大電路的靜態(tài)分析

2.1 共發(fā)射極單管放大電路正常工作時的測試分析

通過仿真技術分析單管放大電路在靜態(tài)工作點設置不同的情況下的輸出波形、靜態(tài)值等特點，使學生進一步認識到了合適的靜態(tài)工作點的設置對放大電路正常放大信號的重要性。同時也使學生進一步了解了同一放大電路在不同的工作狀態(tài)下，靜態(tài)電流、電壓的數(shù)值特點，也將此數(shù)值特點可以作為今后在電路調(diào)試中判斷電路工作狀態(tài)的基本依據(jù)。

3 結 語

將放大電路靜態(tài)工作點的知識講授與Multisim 10仿真有機結合起來，對靜態(tài)工作點這個教學重點的突破不失為一種有效的途徑。

首先，借助Multisim 10仿真，使學生對靜態(tài)工作點設置的必要性和重要性有進一步深刻的理解。

其次，借助Multisim 10仿真，將靜態(tài)工作點正確設置和不能正確設置兩種情況下，電路的輸出波形的特點、靜態(tài)工作點數(shù)值特點，形象直觀地展現(xiàn)在學生面前，由此創(chuàng)設情景，激發(fā)了學生探究的興趣，進一步從理論上解釋觀察到的現(xiàn)象和數(shù)值特點。相比傳統(tǒng)的枯燥的理論講解，學生的理解效果更好。

最后，借助Multisim 10仿真，將不同工作情況下電路的輸出波形、靜態(tài)工作點數(shù)值特點集中在一起進行對比，為學生今后分析問題解決問題能力的培養(yǎng)打下基礎。

參考文獻

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關鍵詞:Multisim10 基本放大電路 質(zhì)化分析

中圖分類號:TM133-4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)08(a)-0185-01

模擬電子技術是電子信息工程、電氣工程及其自動化、計算機科學等專業(yè)的基礎課程,而基本放大電路又是模擬電子技術的基礎知識點,是教學的重點和難點。學生對此知識點的掌握深度,將直接影響對后續(xù)知識點和課程的學習。本文強調(diào)在電子線路的教學過程中,充分利用電子設計自動化軟件,對電子線路進行仿真分析,同時強調(diào)質(zhì)化教學,結合工程實際,加強學生對電路的理解,在教學過程中取得了很好的效果。下面借助電路設計仿真軟件Multisim10,以基本放大電路為例,以音頻信號為基本信號來進行電路的分析。

1 模擬電路中信號的概念

放大電路是對模擬信號進行放大的,工程中常用的模擬信號,如聲音信號,測量傳感器輸出的代表現(xiàn)場的如溫度、壓力、密度、流量、氣味、成分等各種物理量的電壓或電流信號,電動執(zhí)行器的輸入控制量的電壓或電流信號。工程中常見的模擬信號如音頻信號是非正弦信號,而對基本放大電路的分析都是以正弦信號作為基本信號來分析的,所以必須強調(diào)這些非正弦信號與正弦信號的關系。利用頻譜分析法,對非正弦周期信號進行傅里葉分解,可得信號的離散頻譜圖,而工程中的非正弦非周期信號可看作周期為無限長的周期信號,其頻譜圖由非正弦周期信號的離散頻譜過渡到連續(xù)頻譜,也就是說工程中的模擬信號如聲音信號可以看作是有一系列不同幅值不同頻率的正弦信號疊加而成。系統(tǒng)的帶寬必須包括聲音信號的頻率范圍為20Hz-2kHz,否則將會導致頻率失真。

2 把握基本元器件的特性

學生對基本元器件的把握是后續(xù)電路分析的基礎,對于基本放大電路的核心器件雙極性三極管的特性曲線和參數(shù)需重點掌握,要注重量化分析,更要注重質(zhì)化分析。三極管是一個基極電流控制集電極電流的器件,在輸出回路中相當于恒流源,通過對基極電流源i1進行DC Sweep Analysis分析,可以看出三極管的集射電壓隨著的增加而近似于線性地減小。=0uA時,≈12V,截止狀態(tài)；=14uA時,≈0V,飽和狀態(tài)；=0～14uA時,=0～12V放大狀態(tài)。

3 放大電路參數(shù)的質(zhì)化分析

質(zhì)化分析可理解為對電路的一種形象直觀的分析,比如網(wǎng)絡框圖,只是強調(diào)電路的功能和模塊間的網(wǎng)絡拓撲,沒有量化分析模塊的細節(jié)。教學過程中質(zhì)化分析和量化分析并重。放大電路可以看作是一個二端口網(wǎng)絡,電壓放大倍數(shù)為輸出端口與輸入端口電壓有效值之比；輸入電阻相當于信號源的負載,越大可以減小信號源的輸出電流,獲取更大的信號電壓。放大電路的輸出回路相當于負載或下級放大電路的信號源,輸出電阻相當于下級電路的信號源內(nèi)阻。

4 疊加定理在基本放大電路分析中的應用

將電路分析理論如疊加定理、戴維寧定理、回路電流法、結點電壓法等,應用到基本放大電路的分析當中,可以取得更好的教學效果。比如疊加定理運用于放大電路的交直流分析,當輸入信號幅度不大時,三極管可以看作一個線性元件,這樣整個放大電路就可以看作是一個具有兩個獨立電源（信號源e和直流電源E)的線性網(wǎng)絡,根據(jù)疊加定理,直流電源E單獨作用時,信號源e置零,耦合電容開路,可得放大電路的直流通路,也就是基本放大電路的直流分析法；信號源e單獨作用時,直流電源E置零,耦合電容相當于短路,將三極管線性化處理,用其微變等效模型替代,可得基本放大電路的微變等效電路,也就是基本放大電路的交流分析法。

5 電路的仿真設計方法

電路設計首先需要根據(jù)電路的性能指標確定電路的形式和晶體管的型號,接著進行電路靜態(tài)工作點設置和元件參數(shù)計算,最后進行電路性能指標測試、電路參數(shù)修改、再測試。電路的設計和調(diào)試可以通過萬能板或面包板搭接電路,也可借助于Multisim10仿真軟件進行電路的設計和仿真。在放大電路中引入適當?shù)呢摲答?可改善放大電路的性能,得到設計指標要求,負反饋的引入形式和深度,需加強理論研究和實踐探索。集成運算放大器在模擬電路中的應用非常廣泛,集成運放具有設計調(diào)試簡單、性能價格比高、靈活性大等優(yōu)點,在模擬電路領域中,除超高頻、大功率等特殊場合外,已普遍取代了分立元件電路。

6 結語

在模擬電子線路設計課程的教學中,在進行電路量化分析的同時,加強質(zhì)化分析,同時配合電路仿真分析軟件Multisim10進行電路的設計和仿真,取得了很好的教學效果,激發(fā)了學生對模擬電子技術學習的熱情,學生的電路分析和設計能力得到了明顯提高。

參考文獻

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[2]楊素行.模擬電子技術[M].高等教育出版社，2007,9.

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Abstract: The paper disucsses the teaching method of using multisim10 simulation technology to do the virtual experiment in circuit measure and control. The method is not only can enhance the teaching effect by applying multisim10 simulation technology in instrument amplifier to do the vivid simulation and analysis, but also can cultivate the innovate consciousness and design ability of students. From the practice result, this simulation application made a good effect in teaching and experiment reform of circuit measure and control.

關鍵詞: Multisim10 測控電路;教學;仿真

Key words: multisim10circuit of measure and control;teaching;simulation

中圖分類號:TM1文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)26-0226-02

0引言

《測控電路》是電子、測控、機電一體化等專業(yè)的一門綜合性和實踐性都很強的專業(yè)課,主要涉及到信號測量與調(diào)理、調(diào)制與解調(diào)、濾波、轉(zhuǎn)換、細分和控制等。這門課程教學目標要求理論與應用統(tǒng)一,如果沒有動手實踐來支撐,理論教學很難達到教學目標。若在講授理論知識的同時,輔助實驗演示或?qū)嶒?可以大大提高課堂教學效率,收到事半功倍的效果。本文介紹了利用 Multisim10進行儀表放大器的仿真教學和實驗思路,為學生學習提供一個應用范例。

1Multisim10仿真軟件的特點

采用直觀的電路圖輸入方式,界面友好、操作方便、簡單易學。該軟件采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路, 在屏幕上模仿真實實驗室的工作臺,簡單直觀。該軟件具有 1600多種元件模型和多達17臺虛擬儀器,而且儀器的操作開關、 按鍵與實際儀器儀表極為相似,可以對模擬、 數(shù)字電路和混合電路進行仿真,實時顯示測量結果。

2Multisim10 仿真技術在測控電路教學中的應用

在測控電路教學中,一般只能從原理的角度來教學,如果學生動手不多,很難理解相應理論。雖然都有實驗,大多為驗證性實驗,而且課時有限,并且往往做實驗時忘了理論分析,難以實現(xiàn)即時驗證理論。應用 Multisim10仿真軟件輔助教學,能夠快速、完整地構建出實驗的原理圖,并且能夠完美地進行實驗過程仿真,實時顯示實驗結果,是提高教學效率和效果的好方法。另外,由于實驗設備和耗材昂貴,所以有相當一部分實驗項目是只能在理論上學習,不能實際開設的。這在很大程度上扼殺了學生的創(chuàng)造能力的發(fā)展,而應用 Multisim10仿真軟件,學生不必擔心元器件的損壞,大大提高了學生敢于嘗試的信心和積極創(chuàng)新的能力。同時由于Multisim10 仿真軟件能夠用低成本搭建高檔次的實驗室,也大大減輕了學校的經(jīng)濟負擔。另外,豐富的虛擬儀器和儀表和功能也是現(xiàn)實所難以具備的。

3典型儀表放大器原理分析

測量放大電路是測控電路教學和實驗中的重要內(nèi)容,它是獲取傳感器信號的常用方式。在一個典型的測控系統(tǒng)中,通過傳感器所采集到的電信號常為差模小信號,且與電路之間的連接具有一定的距離,還往往伴隨著很大共模電壓(包含干擾電壓)。由于多數(shù)傳感器的等效內(nèi)阻隨被測物理量的變化而變化。因此,放大這類信號的放大器應具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、高增益和高共模抑制比的特點,由三運放組成的儀表放大器就能滿足上述要求。

圖1是目前廣泛應用的高共模抑制比放大電路。它由三個集成運算放大器組成,其中A1和A2為兩個性能一致(主要指輸入阻抗、共模抑制比和增益)的同相輸入通用集成運算放大器,構成平衡對稱差動放大輸入級。A3構成雙端輸入差動放大電路,用來進一步抑制A1、A2的共模信號,并適應接地負載的需要。

根據(jù)運算放大器的基本分析方法,容易得到A3的輸出

u=(u-u)=1+(u-u)(1)

由式(1)可以看出,u與(u-u)成正比,故電路放大差模信號,抑制共模信號。

4儀表放大器的實例應用與仿真

設計一個傳感器放大器,如圖2所示。其中R5代表傳感器,當R5相對于其他橋臂的偏差為1%時,放大器產(chǎn)生±5V的輸出電壓。穩(wěn)壓管電壓VD=5.1V,ID=10mA,電橋電壓基準為7.5V;運放的電源電壓為15V;電橋中電阻均為100kΩ,R5=100(1+δ) kΩ,其中浮動范圍δ≤±1%;電源電壓15V。

從上圖可以看出,電路分三部分:U3A、D2等組成穩(wěn)壓電路,它由5.1V的穩(wěn)壓管產(chǎn)生7.5V的穩(wěn)定電壓,為傳感器所在的橋式電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓。由后面的理論設計可知,該電壓直接影響橋式電路的輸出電壓。三個電阻R4、R6、R7和傳感器R5組成橋式電路,將R的變化轉(zhuǎn)化為輸出電壓。U3B、U3C、U3D等組成儀表放大器,對橋式電路的輸出電壓進一步放大,并提高共模抑制比。

4.1 基準電壓設計

從圖2可以看出

R===1KΩ(2)

若R2取10kΩ,由

=1+(3)

可計算得R3=4.656kΩ。

4.2 儀表放大器設計

對于傳感器所在的橋式電路,有

V=-V≈-V≈V(4)

當V1=7.5V,δ=1%時,橋式電路最大輸出電壓Vo1max=0.01875V。

根據(jù)設計要求,Vo=5V,則放大器增益為

A=≈≈266.7(5)

根據(jù)儀表增益公式(1)有

=1+(6)

一般來說,R14/R12與R9/R8具有相同的數(shù)量級。為了盡量減少電阻規(guī)格,并且采用最常用電阻,可以取R14、R9為100 kΩ,取R12為10 kΩ,理論可計算得R8=7.7912 kΩ。此時,R5為99 kΩ(δ=1%,5為101 kΩ時,Vo=-5V)。實際仿真調(diào)試時,當R8=7.832 kΩ時,輸出電壓為5V,如圖2中所示,與理論計算結果有一定的誤差。此時的仿真結果見圖2所示。

5系統(tǒng)仿真測試效果

通過multisim10的軟件parameter sweep analysis功能獲得圖3所示數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)不夠直觀,因此再通過軟件畫圖得到圖4所示的圖形效果。

從圖4所示的圖形效果可見,由三運放組成的儀表放大器的線性度較好,能夠滿足傳感器放大電路的測量。

這樣,我們就能夠從儀表放大器的原理、設計、應用、仿真以及測試結果一次性全部直觀的展現(xiàn)出來,能夠在課程教學和實驗中引導學生學會分析和應用,利用仿真工具進行初步設計和驗證。

6總結

基于Multisim10的測控電路教學,實現(xiàn)了理論與實踐的緊密結合,啟發(fā)和探究的教與學,利用計算機仿真,化難為易,變抽象為具體,使學生學習積極性大大提高。但由于虛擬器件存在著虛擬的特點,在真實性方面與實際的硬件儀器儀表存在著比較大的差距,并不能完全替代傳統(tǒng)的實驗手段。所以在實際的教學過程中,仿真只是錦上添花的一種教學手段。而在實驗的時候,應該先利用multisim10做預習報告,既能減少無謂手抄工作,又能激發(fā)學生的學習熱情。然后帶著仿真結果再去做實驗會有很高的效率和很好的效果。擺脫了傳統(tǒng)式的手抄預習報告,到實驗現(xiàn)場才開始學習實驗任務,搭建實驗電路漏洞和錯誤百出,需要什么樣的實驗結果也不是很清楚等這個傳統(tǒng)的實驗模式。像這樣把Multisim10仿真軟件和硬件的儀器儀表結合起來,把現(xiàn)代化手段與傳統(tǒng)實驗有機的結合起來,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,才能收到事半功倍的效果。

參考文獻:

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[2]張國雄編.測控電路(第3版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[3]劉剛編.multisim&Ultiboard10原理圖與PCB設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

篇7

通過光敏三極管將光的強弱轉(zhuǎn)換成光強的電信號，該信號送入放大器經(jīng)放大處理，同時送入兩路比較器，其中一路是上限比較器，一路是下限比較器.通過光電轉(zhuǎn)換模塊對光強的轉(zhuǎn)換，當輸出電壓達到0.4~0.45V時，放大器輸出信號小于下限比較電平，下限比較器翻轉(zhuǎn)，信號送入反相器，通過顯示模塊進行顯示，隨著光強的增強，當輸出電壓達到0.55V，放大器輸出信號小于上限比較電平，上限比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，信號送入反相器。

2照明燈電壓閉環(huán)控制

光敏三極管接收的光強信號經(jīng)處理送入壓控開關電源的控制端，對輸出電壓進行控制，使加在燈絲兩端的電壓隨光強的變化而改變，從而實現(xiàn)照明燈電壓的自動調(diào)節(jié)。通過設計的硬件電路，可以實現(xiàn)設備所需的標準背景電平，調(diào)節(jié)出口處光強的強與弱，都可以根據(jù)信號的變化，自動將輸出燈壓調(diào)到合適范圍內(nèi)，實現(xiàn)照明燈的閉環(huán)控制。

3設計方法

3.1電源模塊

本電源是兩個獨立電源的組合體，其中主控電源是一個可靠、大電流壓控電源，其輸出電壓隨其控制端外加的直流電壓的改變而變化。輸出電壓為交流220V+20%,50Hz。輸出電壓精度及負載能力、電路保護功能都有輸出短路保護。圖4為電源控制特性曲線，可清晰的看出電源模塊輸出電壓隨控制電壓的關系。

3.2運算放大器

運算放大器[4-5]具有兩個輸入端和一個輸出端，如圖5所示，其中標有“+”號的輸入端為“同相輸入端”而不能叫做正端)，另一只標有“一”號的輸入端為“反相輸入端”同樣也不能叫做負端，如果先后分別從這兩個輸入端輸入同樣的信號，則在輸出端會得到電壓相同但極性相反的輸出信號：輸出端輸出的信號與同相輸人端的信號同相，而與反相輸入端的信號反相。本文設計應用LM型運算放大器，通過電路設計來完成合理控制電壓輸出。

3.3ProtelDXP

ProtelDXP2004[6]是一個32位的電子設計系統(tǒng)，它是一套構建在板級設計與實現(xiàn)特性基礎上的EDA設計軟件，其主要功能包括電路原理圖設計、印刷電路板設計、改進型拓撲自動布線、模擬/數(shù)字混合信號仿真、布局前/后信號完整性分析、PLD2004可編程邏輯系統(tǒng)，以及完整的計算機輔助（CAM）輸出和編輯性能等。原理圖設計系統(tǒng)是ProtelDXP2004的主要功能模塊之一，提供了強大的電路原理圖繪制功能：1)功能完善的多功能編輯器；2)層次化、多通道的原理圖編輯環(huán)境；3)交互式全局編輯功能；4)強大的電路設計自動化功能。本文通過此軟件設計背景電路模塊，實現(xiàn)背景目標的模擬，也為工程實踐打下基礎。圖6為背景目標電路的主要設計部分，可實現(xiàn)背景照明等的電壓調(diào)控，再根據(jù)電壓控制電路調(diào)節(jié)獲得檢測儀所需要的背景電平信號，從而達到標準。

3.4Multisim

Multisim[7]是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。仿真的內(nèi)容：1）器件建模及仿真；2）電路的構建及仿真；3）系統(tǒng)的組成及仿真；4）儀表儀器原理及制造仿真。

4研究結果與分析

4.1電路仿真圖

如圖7為模擬背景電路電壓輸出仿真，根據(jù)仿真圖可以得出電路反應時間以及輸出電壓值，根據(jù)設計，得到電壓值為0.424V，基本上符合研究計劃的0.4~0.55V標準，可以為此檢測儀進行設備的性能參數(shù)檢測提供均勻的符合標準的光源。通過主控計算機輸出的控制指令，使輸出的背景在0.4~0.45V區(qū)間，進行設備的各性能參數(shù)測試。

4.2背景目標實現(xiàn)

應用ProtelDXP2004軟件進行PCB板設計連接，以此進行實裝電路構造，并組合此檢測系統(tǒng)，驗證此設計的正確性。圖8為本文設計電路所生成的目標背景信號源，根據(jù)主控計算機的輸出命令，調(diào)節(jié)輸出電壓，應用設備對背景目標進行信號采集觀測，可觀測到圖8中的亮斑即為目標源。為下一步進行目標跟蹤、數(shù)據(jù)處理打下基礎。

5結論

篇8

關鍵詞：負反饋；放大電路；虛擬仿真；multisim8

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）25-5947-03

Simulation Analysis of Negative Feedback Mplifying Circuit Based on Multisim8

SUN Jian-fen

（College of Information Engineering， Taizhou College of Nanjing Normal University， Taizhou 225300， China）

Abstract： EDA simulation software for electronic circuit teaching were added to the experiments in order to meet the theory course. Through the use of Multisim8 on virtual simulation experiment of negative feedback amplifying circuit， the influence of AC amplification circuit performance intuitively were researched due to the introduction of negative feedback. The result of simulation is consistent with the conclusion of theoretical analysis. The practice has proved that the feasibility of application of multisim8 in the electronic circuit experiment teaching， thereby has great significance to improve students' practical ability.

Key words： negative feedback； amplification circuit； virtual simulation； multisim8

模擬電子技術中，負反饋[1-2]放大電路占有非常重要的地位，在科學領域中有著廣泛的應用。采用負反饋是以犧牲放大電路增益為代價的，它可以改善放大電路的性能，如提高放大電路的穩(wěn)定性、抑制非線性失真、拓展頻帶，改變輸入/輸出電阻，因此探究負反饋放大電路是非常有必要的。在實驗教學過程中，往往采用已經(jīng)設計制作完成的電路實驗板來實現(xiàn)，但實驗板上因元件型號和參數(shù)調(diào)節(jié)的限制，不可能全部反饋類型都能實現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的模擬電路實驗板，采用Multisim，學生可以將負反饋的各種組態(tài)對放大電路性能的影響及其輸出結果動態(tài)直觀地展現(xiàn)，有利于促進學生在自主學習中探索。

Multisim8[3-4]是一種功能強大的電子電路仿真軟件，采用圖形方式構建電路，提供萬用表、示波器等多種虛擬儀器模擬實際電路進行測量和觀察，使電路設計與仿真同步，修改參數(shù)簡單，且不損耗實際元件和測量儀器，這些是很多電子實驗室所無法比擬的。因此，應用multisim8對兩級負反饋放大電路進行仿真分析，可以準確形象地測試負反饋對放大電路性能的影響。

1 創(chuàng)建電路

啟動multisim8，依據(jù)實驗內(nèi)容，把兩級負反饋放大電路所需的相關virtual元件、虛擬儀器拖放到工作區(qū)中，按電路布局放置，并連接各線路和設置元件參數(shù)。創(chuàng)建的虛擬仿真電路如圖1所示，該電路為級間反饋的阻容耦合放大電路，通過R10支路把輸出電壓引回到晶體三極管Q1的發(fā)射極，在發(fā)射極電阻R5上形成反饋電壓。根據(jù)反饋判斷法可知，當開關J2閉合，電路引入電壓串聯(lián)負反饋（閉環(huán)）；開關J2斷開，則為無反饋的開環(huán)放大電路。

2 靜態(tài)工作點設置

對于放大電路的最基本要求，一是不失真，二是能夠放大[1]。因此，設置合適的靜態(tài)工作點，以保證放大電路不產(chǎn)生失真是很有必要的。仿真電路采用阻容耦合連接，因此各級的靜態(tài)工作點相互獨立。在每一級的輸出端3、9接入示波器，通過鍵盤按鍵D、E分別調(diào)節(jié)亟亟偏置電阻Rp1和Rp2，使得各級輸出波形達到最大不失真狀態(tài)，此時Rp1和Rp2分別達到可調(diào)電阻總?cè)萘康?5%和70%，這才算最佳的靜態(tài)工作點。

單擊simulateanalysesDC Operating PointOutput分析靜態(tài)工作點，選擇節(jié)點2、3、5、8、9、13作為輸出節(jié)點，對開環(huán)和閉環(huán)電路仿真得到相同的輸出結果（如圖2所示）。

3 負反饋對交流放大電路的影響

在實用放大電路中，幾乎都要引入各種反饋以改善放大電路的性能。放大電路中引入負反饋后，穩(wěn)定性、非線性失真、通頻帶等性能都將有所改善，而且還能根據(jù)需要采用不同組態(tài)的負反饋來達到改變輸入輸出電阻的目的[5]。

3.1 放大電路穩(wěn)定性分析

在電路輸入端4、輸出端7同時接入交流電壓表和虛擬雙蹤示波器，按B鍵選擇有無引入負反饋，按A鍵選擇有無負載電阻R9接入，可以構成四種組合電路。單擊simulaterun，兩個電壓表上的顯示值分別為四種狀態(tài)下的輸入輸出電壓。表1給出了四種情況的實驗數(shù)據(jù)，通過計算得到相應電壓放大倍數(shù)Au，從表中可知，基本放大電路的放大倍數(shù)很高，引入負反饋后放大倍數(shù)大大降低，從而穩(wěn)定了電壓放大倍數(shù)。此外，基本放大電路在空載和負載狀態(tài)下，得到的輸出電壓相差很大，而接入負反饋后，負載接入與否對輸出電壓影響很小。

（a）無反饋頻率特性 （b）負反饋頻率特性

圖4 頻率特性曲線

打開J2開關，選擇simulateanalysesAC Analysis，在彈出的對話框的“Prequency Parameters”選項卡中將“開始頻率”和“終止頻率”分別設置為1Hz和1GHz，在“Output”選項卡中選擇輸出節(jié)點7進行仿真，得到無反饋的頻率特性。同理，開關J2閉合接入負反饋，對參數(shù)進行同樣設置后進行交流頻率仿真。兩組分析結果如圖4所示，可以看出引入負反饋后放大電路的增益大幅下降，而通頻帶卻明顯拓寬了。

3.4 輸入/輸出電阻分析

在放大電路中引入負反饋，輸入電阻和輸出電阻將隨反饋組態(tài)不同而發(fā)生變化。輸入電阻大小由反饋信號與外加輸入信號連接方式（串聯(lián)or并聯(lián)）來決定；反之，放大電路輸出端的采樣方式（電壓or電流）不同將對輸出電阻產(chǎn)生不同的影響。因此，實驗中引入電壓串聯(lián)和電流并聯(lián)兩種負反饋來對輸入/輸出電阻進行分析。電壓串聯(lián)負反饋連接如圖1所示，若把R10反饋支路接在節(jié)點2和節(jié)點13兩端就構成了電流串聯(lián)負反饋。

3.4.1 輸入電阻

將交流電壓表和電流表接在輸入端， 測得開環(huán)時的Ui和Ii，則輸入電阻Ri =Ui /Ii ，按B鍵閉合開關J2，同理分別測得引入兩種負反饋后的Ui和Ii，計算得到閉環(huán)時的Ri如表2所示，引入串聯(lián)負反饋，輸入電阻增大；而并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小。

5 結論

通過multisim8的仿真分析，直觀形象地反映了放大電路引入負反饋后降低了放大倍數(shù)， 但放大電路的輸出穩(wěn)定性、非線性失真、通頻帶、輸入/輸出電阻等性能都得到了很大改善。實踐表明，在實驗教學中引入multisim8仿真軟件，可以加深學生對電路原理和性能的理解，對于培養(yǎng)學生自主學習能力、提高教師教學質(zhì)量有著積極深遠的影響。

參考文獻：

[1] 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

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[3] 陳新華.EDA技術與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

篇9

關鍵詞：頻率調(diào)制；壓控振蕩器；Multisim3.0；兩點調(diào)制

中圖分類號：TJ768.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0083-02

一、引言

在通信技術日益發(fā)展的今天，調(diào)頻廣播這一大眾傳媒正經(jīng)歷著來自電視及互聯(lián)網(wǎng)等諸多領域的沖擊，但在一些移動工具（例如汽車內(nèi)）及開闊環(huán)境，調(diào)頻廣播仍具有不可替代的地位。其中，頻率調(diào)制技術是一種適用于遠距離話音信號傳播的調(diào)制方式，其在軍事通訊方面至關重要。在生活中，頻率調(diào)制技術的應用也使我們的生活更加方便、有趣，比如家庭電臺、嬰兒監(jiān)護器等。利用壓控振蕩器設計調(diào)頻信號發(fā)生器的方法多種多樣[1]，最常見的方法是直接將集成壓控振蕩器當作一個調(diào)頻信號發(fā)生器，這屬于傳統(tǒng)的施密特觸發(fā)器型集成壓控振蕩電路[2]。由于正反饋的滯后現(xiàn)象，施密特觸發(fā)器能有效的濾除一部分噪聲，是一種低頻寬帶通用壓控振蕩器。除此以外，還有電容交叉充電型和定時器型的集成壓控振蕩器[3]。交叉充電式壓控振蕩器由于其自身電路特性而不可避免具有延時缺點，另外，它對部分器件的要求過高。而定時器型壓控振蕩器所用模塊過多，使整體功耗增加。本文利用Multisim仿真平臺設計基于壓控振蕩器的調(diào)頻電路[4]，采用的壓控振蕩器是普通的正弦波型。利用壓控振蕩器針對高頻信號的獨特優(yōu)勢，直接產(chǎn)生頻率調(diào)制信號，調(diào)頻信號的頻率跟隨輸入信號的變化而產(chǎn)生變化，從而獲得較寬的調(diào)頻帶寬和較好的特性。

二、設計原理及仿真分析

頻率調(diào)制技術（FM―Frequency Modulation）是一種模擬信號調(diào)制技術，其特點是頻率隨調(diào)制信號的頻率而變化，本質(zhì)上是一種角度調(diào)制，在頻域?qū)l譜的非線性變換。本文通過鎖相環(huán)路構成一種兩點調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器。兩點調(diào)制技術是一路音頻去調(diào)變?nèi)荻O管，另一路音頻去調(diào)參考晶振的調(diào)制技術，然后運用鎖相環(huán)調(diào)制器從而可以獲得質(zhì)量較高的FM信號。用這種方式獲取FM信號時，需要相位比較器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器。相位比較器的功能是計算兩個輸入信號的相位差，這個功能利用模擬乘法器來實現(xiàn)。環(huán)路濾波器實際上是一個低通濾波器，通常由電阻、電容或電感等組成，有時也包含運算放大器。本文利用電阻R和電容C實現(xiàn)環(huán)路濾波的功能。壓控振蕩器的振蕩頻率受輸入信號控制，輸入與輸出之間呈線性關系。為了滿足鎖相環(huán)路的要求，其自由振蕩頻率應設定在最終鎖定頻率附近。結合本研究中的載波振蕩頻率為30KHz，因此設定自由振蕩頻率為30KHz。本文設計的壓控振蕩器包括LC振蕩電路、基本放大電路、鎖相環(huán)路[5]、高頻功放電路各個模塊的設計。其中，基本放大電路采用A類信號放大器在幅度上放大輸入信號，而保持頻率、形狀等其他信號特性不變。本設計利用三極管實現(xiàn)該單元功能，通過設計三極管的偏置電壓來使三極管工作在放大狀態(tài)。載波產(chǎn)生電路的目的是產(chǎn)生一個高頻正弦信號，采用LC振蕩電路利用電感和電容的諧振特性，將直流信號變?yōu)橛幸欢ǚ取⒁欢l率的交流信號。調(diào)頻波產(chǎn)生電路是整個電路的核心，本文通過構建鎖相環(huán)路構成兩點調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器從而獲得質(zhì)量更高的FM信號。倍頻放大電路的作用是整倍數(shù)放大信號的頻率，設計信號頻率使之工作在需要的頻段上。本文利用模擬乘法器實現(xiàn)倍頻器的作用，即保持信號形狀不變的情況下整倍數(shù)的放大頻率，提高其抗干擾能力，同時使其能夠滿足更遠距離的傳輸。本文用到的是硬件電路仿真平臺Multisim3.0。該仿真平臺可以通過元器件庫挑選所需要用到的元件，放置在上圖所示的工作區(qū)域，并通過連接各元件的接口繪制電路圖。操作簡單便捷，且仿真功能強大。同時該平臺配備有各種測量儀器，方便電路設計過程中各點數(shù)據(jù)的測量，使仿真過程更加簡易，操作性更強。

圖1是基于壓控振蕩器的調(diào)頻信號發(fā)生器整體Multisim仿真電路圖。基本放大電路中的Q1（三極管）是型號為2SC1815的PNP管。通過示波器的波形可以觀察到在放大的信號中有直流分量，所以在整體電路設計中，在此單元的輸出端添加濾波電路。載波產(chǎn)生電路中設定頻率為5MHz，調(diào)節(jié)L1的參數(shù)，可在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)振蕩頻率。調(diào)整R1、R2、R3、R4的數(shù)值，使三極管Q1工作在放大狀態(tài)，適當增大基極和射極間的極間電壓，使其接近三極管Q1的偏置電壓可以使其工作特性相對穩(wěn)定，減少波峰和波谷處的失真，使振蕩電路產(chǎn)生的波形更接近正弦形，但相應的放大倍數(shù)會減小。壓控振蕩器的振蕩頻率受輸入信號控制，輸入與輸出之間呈線性關系。為了滿足鎖相環(huán)路的要求，其自由振蕩頻率應設定在最終鎖定頻率30KHz。

三、結論

頻率調(diào)制（Frequency Modulation）技術是一種使信號更便于遠距離傳播的技術，其特點是在調(diào)制過程中，已調(diào)信號的頻率隨調(diào)制信號變換。本文以調(diào)頻技術的原理和應用為切入點，利用硬件電路仿真平臺Multisim 3.0對基于壓控振蕩器的調(diào)頻信號發(fā)生器進行了仿真分析。整個信號發(fā)生器由LC振蕩電路、基本放大電路、鎖相環(huán)路、高頻功放電路等模塊組成。為了得到好的調(diào)制效果，利用鎖相環(huán)路構成一種兩點調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器，從而獲得質(zhì)量較高的FM信號。本文的研究工作對于實現(xiàn)高穩(wěn)定性和寬譜調(diào)頻信號發(fā)生器具有重要的現(xiàn)實指導意義。

參考文獻：

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[3]唐長文.電容電感壓控振蕩器[D].復旦大學，2004.

篇10

關鍵詞：Multisim 仿真 電子技術基礎 高職高專

《模擬電子技術基礎》是高職高專電子信息技術、通信技術、計算機技術等各專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，該課程概念性、 實踐性很強，既有抽象的理論知識又有具體的實踐知識。在教學過程中，學生普遍感到原理枯燥難懂，尤其剛接觸三極管時，對由三極管組成的共射極放大電路感到非常抽象，很難理解。在教授此類課時，如能穿插一些計算機輔助設計和仿真知識，不僅能擴大學生的知識面，還能使一些抽象難懂的知識變的形象、生動。Multisim是在EWB的基礎上發(fā)展起來的專業(yè)仿真軟件，在電路仿真中廣泛應用。為此，筆者將Multisim 2001仿真軟件運用到課堂教學過程中，結合理論教學，通過Multisim2001虛擬環(huán)境將形象、直觀的仿真結果展示在屏幕上，讓每個學生都親眼看到仿真現(xiàn)象，從而加深了理論知識的理解，極大地調(diào)動了學生學習的積極性。本文以共射極放大電路為例，介紹如何使用Multisha 2001軟件進行共射極放大電路的教學。

一、建立電路原理圖

啟動Multisim2001后，首先作出共射極放大電路原理圖，然后運行軟件中菜單欄Options/Preferences...命令，選中Circuit頁，將Show區(qū)中Show node names選項選中，電路圖中的節(jié)點編號即在圖中顯示，如圖1所示。

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圖1仿真電路圖

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圖2直流工作點分析

二、靜態(tài)工作點分析

采用軟件提供的分析方法可以很方便地對電路的靜態(tài)工作點進行分析。啟動軟件中菜單欄Simulate/Analyses/DC Operating point...命令，打開DC Operating Point Analysis對話框，分別選中2、5、6、14、22、25節(jié)點，點擊Simulate按鈕，系統(tǒng)便顯示出運算的結果，如圖2所示。圖中顯示的為各個節(jié)點的靜態(tài)電壓。

從圖2仿真結果可以看到，節(jié)點2、5、6、14的電壓分別是2.43054 V、8.35696V、1.68643 V、12.0000V。結合電路圖中節(jié)點的位置可以得到：VB=2.43054V，VC=8.35696V，VE=1.68643V， Vcc=12V，與手工估算的結果基本一致。引導學生復習前面所學內(nèi)容：VC>VB>VE，并且UBE= VB-VE=0.7V。從仿真計算出的三極管的基極、發(fā)射極、集電極的電壓可以判斷出電路處于放大電路。

三、動態(tài)分析

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圖3輸入、輸出波形

調(diào)用軟件提供的虛擬示波器，分別接到電路的輸入、輸出端，然后打開仿真開關，觀察示波器輸出的波形，如圖3所示。學生可以從圖中清晰地看出：輸出信號遠比輸入信號的幅度大，且同為正弦波，體現(xiàn)了放大作用；輸出信號與輸入信號相位相反，由此得出結論：共射極放大電路又稱作反相電壓放大器。這樣先讓學生對信號放大電路有一個初步的、直觀的印象，幫助學生加深理解，激發(fā)學生的學習興趣。由圖1中示波器參數(shù)的設置和波形的顯示可以知道輸出信號的最大值Uom = 1000 mV，輸入信號的最大值Uim = 100 mV，放大倍數(shù)Av = -Uom/Uim = -1000 mV/100 mV = -10。

四、觀察波形失真

在學習波形失真這部分內(nèi)容時，學生沒有直觀的認識，所以總是分不清什么是飽和失真，什么是截止失真，通過Multisim仿真軟件中展示的失真波形，學生就會記憶深刻。在圖1所示的電路中逐漸減小基極電阻R7的大小，觀察示波器波形的變化，當R7減小到1k時，波形出現(xiàn)了飽和失真，如圖4所示。引導學生觀察飽和失真波形，加深印象。

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圖4 飽和失真

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圖5 截止失真

逐漸增大基極電阻R7的大小，觀察示波器的波形。隨著電位器阻值的增加，輸出波形的飽和失真將減小。繼續(xù)增大阻值到Key=80%時，電路出現(xiàn)明顯的截止失真，如圖5所示。

Multisim軟件模擬電路非常方便，現(xiàn)象直觀、結果精確，對電子技術教學是一種很好的輔助手段，它彌補了傳統(tǒng)教學模式的不足。通過Multisim仿真，可以消除學生對課程的抽象感，更好地幫助學生理解、掌握基本知識，培養(yǎng)和提高了學生的創(chuàng)新能力和綜合實踐能力，同時也提高了教學質(zhì)量。

參考文獻：

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[4]朱彩蓮.Multisim電子電路仿真教程[M].西安電子科技大學出版社，2007.

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