基于Multisim的負反饋放大電路研究

梁麗

摘 要 介紹Multisim仿真軟件的功能及特點，并以負反饋放大電路為例，闡述采用Multisim對電路進行實驗仿真的過程。

關鍵詞 Multisim；反饋放大電路；電路分析；仿真

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）18-0037-03

1 前言

Multisim是一個全開放性的仿真實驗平臺，可以實現(xiàn)各種電路的虛擬實驗，對電路進行全面的仿真分析和設計。Multisim的特點包括：操作界面人性化，元器件庫規(guī)模龐大（如模擬和數(shù)字器件、微機接口元件、射頻元件等），虛擬儀表種類齊全（如函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)示波器、波特圖儀等），仿真分析功能強大（如直流靜態(tài)工作點分析、交流分析、失真度分析等），電路修改調(diào)試方便。下面以負反饋放大電路為例，闡述采用Multisim對電路進行實驗仿真的過程。

2 電壓串聯(lián)負反饋電路

在實用放大電路中，為了改善放大電路的動態(tài)性能，幾乎都要引入交流負反饋，交流負反饋有電壓串聯(lián)、電流串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流并聯(lián)四種組態(tài)。在圖1所示的兩級阻容耦合放大電路中，電阻Rf跨接在輸出端與三極管T1發(fā)射極之間，從而把輸出電壓uo的一部分引回到輸入端，在電阻Re1上形成反饋電壓uf。從輸出端看，反饋量取自輸出電壓；從輸入端看，反饋量與輸入量以電壓方式相加減。經(jīng)瞬時極性法判斷，電路中引入的是電壓串聯(lián)負反饋[1]。

3 負反饋放大電路的分析

分析靜態(tài)工作點 靜態(tài)工作點是否合適，對放大電路的性能和輸出波形有很大的影響。由于耦合電容的隔直作用，各級之間的工作點相互獨立、互不影響。前級的輸出幅度小，波形不易失真，工作點設置應低一些，為此取UCQ1=

8 V；后級的輸入幅度已較大，為使輸出幅度大、失真小，靜態(tài)工作點應選在交流負載線的中點。根據(jù)圖1所示的電路參數(shù)（取UCES=1 V），聯(lián)立求解下列三式，即可求出工作點位于交流負載線中點時的UCQ2=6.64 V。

UCEQ2=UCC-ICQ2（Rc2+Re2） ①

UCEQ2=ICQ2[Rc2//（Re1+Rf）//RL]+UCES ②

UCQ2=UCC-ICQ2Rc2 ③

設置靜態(tài)工作點 電路中顯示各節(jié)點如圖2所示，執(zhí)行Simulate/Analysis/DC Operating Point菜單命令，添加要分析的節(jié)點，單擊Simulate按鈕，調(diào)整電位器RP1，使UCQ1=

8 V；調(diào)整電位器RP2，使UCQ2=6.64 V。靜態(tài)工作點測試結果如圖2所示。由各節(jié)點的電壓值可判斷，各級三極管均工作在放大區(qū)。

測量電壓放大倍數(shù) 信號源設定為幅值10 mV、頻率1 kHz

的正弦波。打開仿真開關，雙擊示波器圖標，設置示波器各按鈕，可用示波器來顯示多通道電信號隨時間變化的波形，測量電信號的幅度、頻率和相位等。有反饋時的輸入、輸出波形如圖3所示，可以看出輸入波形與輸出波形同相位。移動垂直光標至波形峰值位置，可測出輸入電壓幅值為Uim=9.998 mV，輸出電壓幅值為Uom=99.717 mV，計算放大電路的電壓放大倍數(shù)為Auf=Uom/Uim=9.97。

測量頻率特性 雙擊波特圖儀圖標，設置波特圖儀各按鈕，觀察放大電路的頻率特性。有反饋時的幅頻特性如圖4所示，用垂直光標測量中頻段電壓放大倍數(shù)為Aum=

19.976 dB；移動垂直光標，可測量電壓放大倍數(shù)下降3 dB時對應的截止頻率，其中下限截止頻率為fL≈3.59 Hz，上限截止頻率為fH≈3.68 MHz，上限截止頻率與下限截止頻率的差值即為電路的通頻帶：BW=fH-fL。

4 基本放大電路的分析

在圖1所示負反饋放大電路中，去掉反饋作用，考慮反饋網(wǎng)絡的負載效應，即可得到圖5所示基本放大電路。做法如下：

1）輸出端為電壓負反饋，將負反饋放大電路的輸出端交流短路，則Rfi=Rf并聯(lián)在Re1上；

2）輸入端為串聯(lián)負反饋，將負反饋放大電路的三極管T1發(fā)射極開路，則Rfo=Re1+Rf并聯(lián)在RL上。

無反饋時的靜態(tài)工作點設置方法和數(shù)值與負反饋放大電路完全相同。

無反饋時的輸入、輸出波形如圖6所示，移動垂直光標至波形峰值位置，可測出輸入電壓幅值為Uim=9.998 mV，

輸出電壓幅值為Uom=1.026 V，計算放大電路的電壓放大倍數(shù)為Au=Uom/Uim=102.6。

無反饋時的幅頻特性如圖7所示。用垂直光標測量中頻段電壓放大倍數(shù)為Aum=40.578 dB，移動垂直光標，可測出下限截止頻率為fL≈38.30 Hz，上限截止頻率為fH≈

303.40 kHz。

5 負反饋對放大電路性能的影響

由開環(huán)放大倍數(shù)Au和閉環(huán)放大倍數(shù)Auf，可求出反饋深度為1+AuFuu=Au/Auf≈10.3。通過仿真實驗可知，放大電路中引入負反饋后，雖然它使放大倍數(shù)降低，但改善了電路多方面的性能，如可以穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入電阻（如串聯(lián)反饋增大輸入電阻）和輸出電阻（如電壓反饋減小輸出電阻），展寬通頻帶（即下限截止頻率減小，上限截止頻率增大），減小非線性失真等。引入不同組態(tài)負反饋對放大電路性能的影響不盡相同，在實用電路中應根據(jù)需求引入合適組態(tài)的負反饋。

參考文獻

[1]趙淑范，王憲偉.電子技術實驗與課程設計[M].北京：清華大學出版社，2006.endprint