基於Multisim的阻容耦合放大電路設計

2021-01-08 電子產品世界

摘要：Multisim 10與Protel相比具有更加形象直觀的人機互動界面。阻容耦合兩級放大電路是模擬電路中比較經典的電路，文章採用實驗法，藉助Multisim 10仿真平臺，分析阻容耦合兩級放大電路靜態工作點和動態參數，將實際焊接測量的數據與仿真結果對比，探索電路最大不失真波形的特點，這在實際設計電路時具有深遠的現實意義。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/246772.htm

0 引言

近年來，電子技術的發展日新月異，隨著計算機技術的迅速發展，EDA技術促進了電子線路的設計和應用。本文藉助Multisim 10的仿真平臺，採用實驗法，分析了阻容耦合兩級放大電路靜態工作點和動態參數，將實際焊接測量的數據與仿真結果對比，探索電路最大不失真波形的特點，這在實際設計電路時具有深遠的現實意義。

1 Multisim仿真軟體與特點

Multisim軟體是加拿大圖像交互技術公司IIT公司推出的專門用於電路仿真和設計的電子設計自動化軟體。其前身是電子工作平臺EWB，從EWB6.0版本開始，公司對軟體做了大規模的改動，升級後軟體功能更為強大，被美國NI公司收購後，更名為NI Multisim，而V10.0是其(即NI公司)最新推出的Multisim新版本。相對於Protel等其它EDA軟體，它具有更加形象直觀的人機互動界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實實驗中的實際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對模數電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100%地仿真出真實電路的結果。

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一般只能達到幾十至幾百倍，要將輸入的微弱信號放大到能推動負載工作的程度，往往要通過多個單級放大電路連續多次地放大。因此，實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後級之間通過電容相連，所以各級的直流電路互不相通，每一級的靜態工作點都相互獨立、互不影響。這樣就給分析、設計和調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範圍內幾乎不衰減地加到後一級的輸入端上，使信號得到了充分的利用。

2.2 實踐與仿真分析

如圖1所示，阻容耦合兩級放大電路焊接實物圖，使用信號發生器通入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工作情況，用示波器觀察最大不失真放大波形，使用電晶體毫伏表測量兩級放大的電壓放大倍數。

 

 

將元器件按照電路圖搭建，將虛擬信號發生器、示波器連線後調節到適合的檔位。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，添加要分析的節點，點擊Simulate，分析結果如圖3所示。由各點的電壓值可以判斷電晶體工作在放大區。

 

 

由表1得出測量靜態工作點的目的是檢測電晶體的工作狀態，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於正常放大工作狀態。

 

 

為了得到最佳放大效果，應將靜態工作點調在交流負載線的中點位置。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，當輸出波形同時出現削底和縮頂現象時，說明靜態工作點已調至交流負載線的中點位置。然後反覆調整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真的時候，然後用交流毫伏表測出U0有效值。

逐漸增大信號發生器的輸入電壓，觀察示波器使第一級和第二級輸出波形達到最大不失真，這是本次實驗的難點，需要熟練使用信號發生器、示波器等儀器，並且對於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。經過實踐操作，當輸入電壓為10mV時，波形達到最大不失真情況。學生觀察波形後可以發現：採用多級電路以後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增多，輸出的波形容易產生失真，需要反覆調試體會。如圖4和圖5為實際示波器測量出的第一級和兩級放大後的波形波形。

 

 

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

 

 

根據電壓放大倍數定義：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，就是經過放大器放大以後輸出的信號幅值。

 

 

該放大電路電壓的兩級放大倍數

 

 

將測量的電壓放大倍數為值的219倍和仿真值的216倍相比，在誤差允許的範圍內。

3 結束語

識別電路板中各部分元件，熟悉電路模型，將課堂教學、仿真實驗中的抽象符號電路具體化、實物化，再由具體到抽象的過程是認知的第二個飛躍。運用Multisim軟體展開實驗教學，通過操作的實踐與仿真的數據分析，知識在實踐中傳遞，實踐將理論實體化，理論和實踐得到有機結合，是提高電子技術教學的強大武器。

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