基于Multisim的單調諧放大電路教學研究

摘 ?要：“高頻電子線路”是一門內容繁多、理論性強、知識抽象的課程，針對單調諧放大電路在傳統講授過程中理論性強、缺乏直觀性，教學效果不理想的問題，在教學過程中，采用電路仿真軟件Multisim對單調諧放大電路的電路結構、放大特性和頻率特性進行分析，從而使學生理解各元器件參數變化對電路帶來的影響和作用。實踐證明，此方法不但加深了學生對電路的認識和理解，提高了電路的分析和設計能力，而且解決了理論教學缺乏直觀性，效果不理想的問題。

關鍵詞：單調諧放大電路;Multisim;仿真分析

中圖分類號：TN721-4;TP391.9 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0038-03

Abstract：“High Frequency Electronic Circuit” is a course with many contents，strong theory and abstract knowledge. Aiming at the problems of strong theory，lack of intuition and unsatisfactory teaching effect of monotonic amplifier circuit in traditional teaching process，circuit simulation software Multisim is used to analyze the circuit structure，amplification characteristics and frequency characteristics of monotonic amplifier circuit，so that students can understand the influence and effect of the change of component parameters on the circuit. Practice has proved that this method not only deepens the students’understanding of the circuit，improves the ability of circuit analysis and design，but also solves the problem of lack of intuition and unsatisfactory effect in theory teaching.

Keywords：single resonant amplifier;Multisim;simulated analysis

0 ?引 ?言

“高頻電子線路”是工科通信專業以及信號專業開設的一門專業課程，這門課程的主要任務是使學校的電子信息工程專業、通信工程以及相關專業的學員獲得高頻電子技術方面的基本理論、基本知識和基本技能，為學生在專業方向進一步的學習奠定基礎，因此，本門課程強調從實際應用出發，著重使學生養成善于觀察，主動發現問題和解決問題的能力，使學生能夠具有本專業堅實的基礎知識和分析掌握知識的能力，為學生在以后的專業方向的發展奠定基礎。

高頻電子線路是以電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術課程為基礎，培養學生學習現代電子技術理論和實踐知識的入門性課程，具有較強的理論性、實踐性和工程應用性。本門課程主要通過采用“電路分析”的各種基本方法以及基本估算方法來分析各個部分單元電路的功率放大、正弦振蕩、頻譜線性搬移的各種特性，在這個過程中，還研究了單元電路的構成、特點以及基本的工作原理，逐步培養學生對高頻電路的抽象分析，使學生逐步學會科學的思維方法。通過這個過程的實施，使學生能夠具備獨立分析電路以及解決電路問題的能力，并且能夠使用最新的器件以及軟件來幫助自己分析電路，從而具備分析解決電路中一些問題的能力。

然而，由于在傳統的教學過程中，單講理論會造成學習知識的過程枯燥、缺乏直觀性，致使學生對抽象的電子元器件以及組成的電子電路理論難以理解，不能理論聯系實際。針對這種情況，本文采用Multisim12電路仿真軟件來對高頻單調諧放大電路進行仿真分析，在這個過程中，使學生不局限于枯燥的理論學習，能夠直觀地看到高頻信號在整個電路中的一個變化過程以及結果，使學生能夠更好地理解單調諧放大電路對信號的處理情況，使學生能夠更好地理解單調諧放大電路的放大特性以及頻率特性，從而更好地解決了高頻電子線路在傳統課程講授過程中理論性強、缺乏直觀性，教學效果不理想的問題。

Multisim12這個軟件具有非常直觀快速的動態畫面捕捉能力以及非常強大的電路仿真能力，他運用自己簡單直觀的電路圖形輸入以及簡單易懂的電路描述語言來對各種電路進行快速高效不失真的仿真驗證。相比于其他仿真軟件，Multisim12軟件具有完備的數據庫（包含了以前沒有的AC/DC電源轉換器、開關模式電源等等），這使他的應用更為廣泛;同時，Multisim12還有效地提升了仿真速度，節省了實驗的時間;最后，它直觀、快速、高效、準確的仿真特性使得它的應用更為基礎和廣泛。

1 ?實驗原理

調諧放大電路分為單級調諧放大電路和多級調諧放大電路，本文分析的是單調諧放大電路。調諧放大電路首先是一個放大電路，衡量一個放大電路好壞的性能指標主要有兩個，放大倍數和負載阻抗，而調諧放大電路是以電感和電容為負載，這就使得這個電路的性能指標跟電路的頻率有很大的關系，通過理論計算以及實驗驗證我們發現，放大器在某一個頻率附近具有很大的電壓增益和負載阻抗，這個頻率我們稱之為諧振頻率，而如果放大電路的頻率偏離這個諧振頻率很大，則回路阻抗和電壓增益都會迅速減小。

單調諧放大電路通常用來放大高頻小信號，如超外差式接收機的高放和中放電路，其主要功能是從所接收的眾多電信號中，選出有用的信號并加以放大，而對其他無用信號、干擾與噪聲進行抑制，以提高信號的質量和抗干擾的能力，因此對其功能的基本要求是必須兼有放大和選頻雙重作用，這分別由放大電路和選頻網絡兩部分實現。調諧放大器的基本組成如圖1所示。

在實際的高頻電子線路的應用中，并聯諧振回路的應用比串聯諧振回路的應用要廣泛得多，因此，本文采用并聯諧振回路來研究分析單調諧放大電路的特性。通過之前的學習以及實驗我們知道，只有當電路的耦合電容處在臨界耦合狀態的時候，電路的輸出電壓幅值才能達到最大值，其他時候不管耦合電容是偏大還是偏小，對輸出電壓的幅值和波形都有沒有很大的影響，因此，本實驗的條件為電路耦合電容處于臨界耦合狀態。

2 ?原理圖繪制以及仿真分析

2.1 ?原理圖繪制

在Multisim工作區創建單調諧放大電路的電路圖，如圖2所示，并添加虛擬示波器和信號源，仿真電路圖如圖2所示。其中輸入信號是幅度為1mV頻率為1MHz的余弦信號，通過微調VBB，VCC，Vb，R2，使電路工作處在臨界狀態，提高能量的利用率，用示波器來觀察三極管（BF570）集電極電流波形，以此判斷電路的工作狀態。

2.2 ?研究電路的放大特性

設放大器的輸入電壓為 ，輸出電壓為 ，則電壓增益為=，下面我們用Multisim12軟件對不同輸入頻率的單調諧放大電路進行仿真分析，分別觀察計算在不同輸入頻率的輸出波形以及其電壓放大倍數，觀察單調諧放大電路的放大特性與輸入信號的頻率有無直接關系。

設置輸入信號的頻率為1MHz，雙擊示波器圖標，打開仿真開關，可以觀察到電路的輸入、輸出信號波形，如圖3所示。觀察圖3可以看到，輸出信號與輸入信號基本上是反相的，同時電路的放大倍數約為50，這說明電路工作處在諧振放大狀態。

設置輸入信號的頻率為1kHz，再觀察輸入、輸出信號波形，如圖4所示，可以看到此時的輸出信號很小，電路工作處于失諧狀態。

設置輸入信號的頻率為10MHz，再次觀察輸入、輸出信號波形，如圖5所示，可以看到此時的輸出信號也很小，電路同樣處于失諧狀態。

由此可見，由于諧振回路的選頻作用，只有當電路工作處于諧振狀態時，電路對信號才有放大作用，當輸入信號頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數下降，當輸入信號頻率嚴重偏離諧振頻率時，放大電路對輸入信號幾乎沒有放大能力，因此說電路具有選頻放大的能力。

2.3 ?研究電路的頻率特性

接下來采用Multisim交流分析的方法得到電路的頻率特性曲線。在主菜單“仿真”中啟動分析菜單中的“交流分析……”命令，在交流分析中設置頻率參數為1kHz到1MHz，在輸出參數中選中V（3）（即節點3），點擊仿真按鈕，進行仿真分析，最終得到如圖6所示的頻率曲線。

觀察圖6所示曲線，上面的曲線是電路的幅頻曲線，下面的曲線是電路的相頻曲線。從幅頻曲線可以看出，在頻率為1MHz時，電路的輸出是最大的，輸出約為輸入的50倍;同時從相頻曲線可以看出，此時輸出與輸入的相位差基本上為180°，即輸出與輸入反相。

3 ?結 ?論

本文采用Multisim12軟件對單調諧放大電路進行了仿真分析，克服了傳統教學過程中知識枯燥無味、深奧難解的特點，通過仿真分析，使學生能夠更直觀的理解單調諧放大電路對輸出信號的影響，能夠更好地理解單調諧放大電路的頻率特性以及放大特性，加深了對高頻電子線路部分知識的理解，同時，培養了學生發現問題、思考問題、解決問題的能力以及創新能力，給學生今后在專業領域的學習發展打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 張肅文.高頻電子線路 [M].第5版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 胡昭華，吳佑林.基于Multisim的“高頻電子線路”教學研究 [J].電氣電子教學學報，2010，32（6）：116-117+120.

[3] 王海梅.基于Multisim的高頻小信號諧振放大器仿真研究 [J].新技術新工藝，2015（2）：68-71.

[4] 董在望.通信電路原理 [M].第2版.北京：高等教育出版社，2002：225-227.

作者簡介：高捷（1990-），女，漢族，陜西西安人，助教，碩士研究生，研究方向：電工基礎理論、電子技術應用、軍事物聯網。