基于Multisim的晶體管輸入特性仿真研究

摘 要：應用Multisim仿真軟件，采用虛擬示波器測量和掃描分析功能兩種方式仿真晶體管輸入特性曲線。在晶體管輸入特性曲線教學過程中通過仿真的使用，促進了學生對知識點的掌握和理解，提高了學習電子技術的興趣。

關鍵詞：Multisim;電路仿真;晶體管;輸入特性曲線

1 引言

Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。該軟件以圖形界面為主，用可以根據自己的習慣和熟悉程度來使用[1].利用Multisim軟件構建電路，不僅操作簡單，而且能直觀地觀察電路的運行結果。晶體管的特性曲線是描述晶體管各極的電壓和電流變化關系的曲線，是分析電子技術中晶體管電路的依據，是圖解分析法的基礎。一些重要參數也均可以從特性曲線上反映出來，分析晶體管工作狀態或其電路時了解其特性曲線是很重要的。晶體管的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性曲線兩種，在以往教學或實驗中通常采用的逐點測量畫出曲線，操作或演示較為繁瑣;本文將應用Multisim軟件分析晶體管輸入特性曲線，調整參數方便，測量效率高，可快速得到晶體管輸入特性曲線。

2 虛擬示波器測量方式仿真輸入特性曲線

選用教材中給出的晶體管輸入特性曲線逐點描繪法測試電路，通過調節電路中的E1、E2、Rp1和Rp，可測量得到輸入特性曲線。但采用這種方法仿真測試，調整過程較為繁瑣，得出數據后，還需描點繪制，效率較低，不利于課堂教學演示。故在教學仿真演示過程中，對此電路進行了改進，改進后的電路如圖1所示，選擇示波器A通道觀測Rb兩端的電壓，B通道觀測晶體管的基射電壓uBE。由于A通道為Rb兩端的電壓，而Rb又設置為10千歐，流過它的電流全部流入基極，故測量所得的Rb電壓相當于iB，但是為Rb電壓的0.0001倍。

晶體管的集電極和發射極直接連接UCC電源，電壓被設置成固定值，此時uCE=0V。打開電源和示波器，并將示波器的時基工作方式切換到“A/B”工作方式，此時相當于縱軸為iB，橫軸為uBE，調整示波器的相關參數，顯示出合適的圖形。此時顯示的曲線就是晶體管在uCE=0V時的輸入特性曲線，它類似于二極管的正向特性曲線，并與教材中給出的輸入特性曲線相一致。而后在課堂上設置疑問，提問在uCE為其他電壓時，輸入特性曲線會有所變化嗎，顯然需要測量得到。分別設置UCC=0.5V，UCC=0.5V，即uCE=0.5V，uCE=1V，同樣的方法可得到輸入特性曲線。引導學生對比曲線，其發現在電壓增加時，曲線會右移;可進一步設置疑問，在uCE增大時，曲線會一直右移嗎。將uCE設置大于1V不同的數值后，發現測得的輸入特性曲線和uCE=1V的那一條非常接近。

3 直流掃描分析仿真輸入特性曲線

Multisim除了可利用其提供的各種虛擬儀器進行仿真測試外，還提供了電路分析功能，可對電路的設計等進一步的分析和仿真，如電路的瞬態分析，直流掃描分析，溫度掃描分析，時域和頻域分析，噪聲和失真分析等[2]。使用虛擬示波器仿真輸入特性曲線時，把電源頻率設置為較低值時，可展示出曲線的形成過程，較為形象直觀。但采用這種測量方法的前提是學生要了解測量的依據和原理，對部分學生來說理解起來有一定的難度，故可采用分析功能中直流掃描分析來得到晶體管的輸入特性曲線。

將圖1仿真電路中的Rb去掉（用導線連接），對電路進行直流掃描分析，具體參數設置如圖2所示。電源1選擇為UBB，設置0至1V變化，變化增量為0.05V，電源2選擇為UCC，設置0至3V變化，變化增量為0.5V。輸出選擇為iB，掃描分析后可直接得到7條不同uCE數值下的晶體管的輸入特性曲線。通過直流掃描分析可在一幅圖中仿真出多條不同uCE數值的曲線，教學中對比分析起來更加簡便直觀，學生能較為快速的發現和掌握輸入特性曲線的特點。

4 溫度對輸入特性曲線的影響

在分析完輸入特性曲線的特點后，應用溫度掃描功能可進一步分析溫度對晶體管輸入特性曲線的影響。可將圖中的UBB改為大小為20μA的恒流源，UCC設置為5V，掃描分析中溫度參數設置為0℃—50℃變化，每10℃分析一次，可得到不同溫度下uBE的數值和曲線，具體數值如表1所示。根據此表格，顯而易見地可看出此晶體管在溫度每升高10℃時，uBE下降9mV。更換其他類型晶體管和改變電流參數后，uBE下降數值略有變化。因此，通過觀察表格，對比數據，可快速總結出在相同的iB下，溫度升高時，uBE會略有減小，相應地輸入特性曲線會發生左移。

5 結語

在晶體管輸入特性曲線教學中，應用Multisim仿真軟件分析，能快速地得到晶體管輸入特性曲線，便于分析觀察，提高了學生的課堂參與熱情，引發了他們的思考，加深了其對電子技術課程內容的掌握。

參考文獻

[1]韓新風.Multisim軟件在任意N進制計數器設計中的應用[J].吉首大學學報，2019.

[2]馬捷.基于Proteus與Multisim的晶體管輸出特性仿真研究[J].儀表技術，2014.

作者簡介

賈哲（1980-），男，火箭軍士官學校，教師。