基于Mulitisim8擴音機驅動電路仿真與分析

劉 剛，張 欣，楊 芳

(1.遼寧省建筑設計研究院設計4所，遼寧沈陽 110005;2.成都航空職業技術學院電子工程系，四川成都 610021)

Multisim8是建立在PC環境下的EDA電路仿真與分析系統，其前身EWB(Electronics Workbench)是Interactive Image Technology公司推出用于電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件。Multisim8具有界面直觀、易使用、電路元件庫豐富、虛擬儀器功能強大、電路分析手段完備、兼容性好等優點，是一個完整的設計工具系統。Multisim8應用在電子電路方面時能夠較好地完成電路仿真及輔助分析等工作，因此綜合運用仿真技術對實現電路分析與優化設計尤為重要。

1 擴音機驅動電路的原理與分析

1.1 擴音機驅動電路

多數電子放大電路系統，需要把微弱的電信號放大至可以推動負載工作，在實際應用中單級放大電路通常難以實現，因此需采用多級放大電路，以滿足放大電路性能的多方面要求。多級放大電路在耦合方式上常見的有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合等。

文中討論的擴音機驅動電路［1］就是一個多級放大器，采用的耦合方式為阻容耦合。電路原理如圖1所示，該電路由4部分組成:(1)由三極管T1構成的射極輸出器，由于射極輸出器的輸入電阻大，可減小放大電路從信號源所吸取的信號電流;(2)由集成運放構成的同相輸入放大電路;(3)R9和R10組成的音調控制衰減器，其衰減倍數由R9和R10構成的分壓器的分壓比決定;(4)由集成運放構成同相輸入放大電路。

1.2 電路分析

1.2.1 靜態分析

放大電路沒有信號輸入時的工作狀態稱為靜態，靜態時放大電路的電流、電壓值稱為靜態工作點［2］。該電路各級靜態工作點理論分析如下:

第二級同相輸入放大電路A2的各極電位分析如下:由于采用阻容耦合，直流工作點獨立，有U+=U－=U0=0;第三級由R9和R10構成的分壓電路分壓后在R10上的電壓為UR10=0;第四級同相輸入放大電路A4的各極電位:U+=U－=U0=0。

圖1 擴音機驅動電路原理圖

1.2.2 動態分析

分析1 電壓放大倍數，電壓放大倍數是放大電路的重要參數指標，表征了小信號對大信號控制能力的強弱，定義為多級放大電路的總電壓放大倍數等于各級電壓放大倍數的乘積，即Au=Au1·Au2·…·Aun。但在計算時應考慮后級對前級的影響，即后級的輸入電阻是前級的負載［3］。

第一級為射級輸出器，其電壓放大倍數Au1≈1;第二級是同相輸入放大電路，其電壓放大倍數與電阻R7和R8有關，計算方法為，計算結果為48.5;第三級在計算衰減倍數時應考慮第四級的影響，即，根據運放電路的有關知識計算出第四級放大電路的輸入電阻Ri4=47.5 kΩ，計算結果為0.086;第四級仍為同相輸入放大電路，放大倍數，計算結果為48.5;電路總電壓放大倍數Au=Au1·Au2·Au3·Au4，計算結果為 202.3，且為同相放大。

分析2 輸入電阻:放大器要從信號源汲取電流，因此從放大器輸入端看進去有一個等效電阻，即放大器的輸入電阻，輸入電阻的大小反映了放大電路對信號源的影響程度［4］。考慮到第四級的輸入電阻應作為第三級的負載，交流等效電路如圖2所示，輸入電阻的計算如下

其中，第四級的輸入電阻與第二級相同，也為47.5 kΩ，計算結果為137.6 kΩ。

圖2 射極輸出器的交流等效電路

2 電路仿真

2.1 仿真分析

2.1.1 靜態仿真分析

利用Multisim8的直流工作點分析功能對擴音機驅動電路進行靜態分析，各級主要節點電壓測試結果如圖3所示，利用探針功能檢測射極輸出器的集電極電流IC［5］，結果如圖 4 所示。

靜態分析的理論參數與仿真分析的各節點電位對應如表1所示。

表1 理論分析的參數與仿真分析的節點對應關系

由對比分析可知:靜態工作點的仿真分析與理論分析結果吻合。

2.1.2 動態仿真分析

輸入ui=10 mV，f=1 kHz的交流信號，進行動態分析。

仿真分析1 電壓放大倍數，利用Multisim8提供的虛擬數字萬用表的交流電壓檔對各級電路的輸出信號進行仿真分析，結果如表2所示。

表2 各級輸出電壓的仿真分析

由此計算出各級電壓放大倍數及總電壓放大倍數，如表3所示。

表3 各級電壓放大倍數

由對比分析可知:電壓放大倍數的仿真分析與理論分析結果吻合。

仿真分析2 瞬態分析，瞬態分析是電路的響應在激勵的作用下在時間域內的函數波形。在此利用示波器進行觀察、比較。Multisim8提供的示波器有雙通道和四通道兩種，文中利用四通道示波器依次顯示各級輸出信號的波形，如圖5所示，利用雙通道顯示整個電路輸入輸出的波形，如圖6所示，為便于觀察波形，各通道的Scale參數設置不同，四通道的Scale參數分別為 A通道 100 mV/Div，B通道 2 V/Div，C通道200 mV/Div，D通道5 V/Div，雙通道的Scale參數分別為A通道100 mV/Div，B通道5 V/Div。由圖6可見，各級輸出信號及總電路輸出信號均為同相放大，與理論分析一致。

仿真分析3 輸入電阻，在理論分析中，輸入電阻的求解是根據畫出的交流等效電路后，利用電路分析的知識來完成，而在仿真分析中，則可根據輸入電阻的定義Ri=Ui/Ii，利用Multisim8提供的虛擬儀器直接測出Ui、Ii后計算出Ri，仿真分析如表4所示。

表4 輸入電阻的仿真分析

計算出Ri=140.6 kΩ，與理論分析吻合。

2.2 層次化的模塊電路管理

由于擴音機驅動電路是一個多級放大器，為便于管理，將局部單元電路組合成電路模塊，構建成子電路的形式［6］，如圖7所示，圖中每級電路構成一個模塊。子電路的構建提供了一種層次化的模塊電路管理方法，在表達方式上直觀，也有利于電路檢查。對圖7進行動態仿真分析，結果列于表5中。

圖7 擴音機驅動電路的子電路

表5 子電路的動態仿真分析

由此計算出電路總電壓放大倍數Au為199.8，各級電壓放大倍數分別為Au1=0.99，Au2=48.48，Au3=0.09，Au4=48.46，輸入電阻 Ri=140.7 kΩ，與分立元件構成的放大電路仿真結果一致。

3 數據對比分析

以上是對擴音機驅動電路的靜態和動態參數進行的分析。由對比可知:通過電路仿真測出的參數與理論分析計算出的參數在誤差范圍內一致。對于部分數據存在的差異則可以根據電路知識進行分析，如靜態分析中射極輸出器的基極電位UB，理論計算為7.5 V，仿真分析為7.28 V，造成差異的原因是理論分析時忽略了基極電流的分流作用，認為R1和R2構成分壓偏置電路，如果考慮到IB的分流作用，UB＜7.5 V;又如理論分析時估算射極輸出器的電壓放大倍數Au≈1，而實際電路的Au＜1，通過仿真分析測出第一級放大倍數為0.99，可見仿真分析更接近于實際電路的情況。

4 結束語

擴音機驅動電路是擴音機的重要組成部分，其電路的設計及參數設置直接影響到擴音機的整體性能。文中通過對擴音機驅動電路的仿真分析，并與理論計算的結果對比可知，二者在數據上一致。對電子電路的分析和計算在理論上往往采用的是工程估算法，而計算機則能輔助完成嚴格的分析和計算。由于Multisim8具有實現電路特性的模擬測試等眾多功能，在擴音機驅動電路及其他應用電路的測試、分析、設計上提供了強有力的輔助分析工具，從而能夠促使電路的設計在整體性能上達到最佳狀態。

［1］ 陳大欽.電子技術基礎:模擬部分［M］.北京:高等教育出版社，1991.

［2］ 華成英.模擬電子技術基礎［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［3］ 唐程山.電子技術基礎［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［4］ 胡宴如.模擬電子技術［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［5］ 王冠華，王伊娜.Multisim8電路設計及應用［M］.北京:國防工業出版社，2006.

［6］ 熊偉.Multisim7電路設計及仿真應用［M］.北京:清華大學出版社，2005.