基于Multisim的負反饋放大電路動態參數仿真分析

楊 潔，谷肖飛，路書祥，鐘英輝

（鄭州大學 物理學院（微電子學院），河南 鄭州 450001）

0 引 言

模擬電子技術是電子類專業非常重要的專業基礎課程，是理論與實踐相結合的工程類課程，主要內容包括常用半導體器件、基本放大電路、集成運算放大器以及放大電路設計等。負反饋放大電路是模擬電子技術的重點，是設計其他實用放大電路的基礎[1,2]。學習模擬電子技術課程對于學生來講最重要的是要用工程師的視角去認識和解決問題，而不能像基礎理論課一樣僅僅局限于理論層面的認知，因此在該課程的教學過程中必須與實驗相結合，才能夠使得學生更加深刻的理解電路設計過程[3,4]。由于目前教學時間的限制，在模擬電子技術課程每一次教學過程中都采用搭建真實電路的方法教學是不現實的，而Multisim仿真軟件很好地解決了這個問題[5]。在教學過程中，通過Multisim軟件對放大電路進行仿真，可以直觀地給學生展示電路測試結果。下面以兩級耦合負反饋放大電路為例來闡述Multisim軟件在放大電路學習過程中的應用。兩級共射負反饋放大電路如圖1所示。

圖1 兩級共射負反饋放大電路

1 放大電路動態參數仿真分析

1.1 放大倍數測量

在電路信號輸入端接入20 mV/10 kHz正弦波測試信號，用Multisim軟件的虛擬示波器同時測試電路輸入端和輸出端波形如圖2所示，輸入端信號峰峰值為39.920 mV，輸出端信號峰峰值為3.601 V，計算可得出放大倍數為90.2倍，比預設的100倍約小10%。這是因為100倍是根據開環增益為無窮大時的估算值，而實際的兩極共射放大電路的放大倍數并不能像集成運算放大電路一樣達到近似于無窮大的放大倍數[6]。

圖2 放大電路輸入與輸出信號波形圖

1.2 輸入電阻的測量

圖3 信號源端與放大電路輸入端信號波形圖

1.3 輸出電阻的測量

如果將整個放大電路等效成為一個有內阻的電壓源，那么這個電壓源內阻即是該放大電路的輸出電阻，因此放大電路的輸出電阻與負載是串聯關系。當放大電路空載時的輸出電壓即是這個等效電壓源的電壓值，當放大電路帶上負載之后，負載與輸出電阻一起串聯分壓，因此負載上獲得的電壓值會降低。由于負載電阻是已知的，根據空載與帶載時的電壓之比可以推算出輸出電阻值[8]。

2 負反饋對放大電路性能的影響

2.1 負反饋對放大倍數的影響

設置輸入信號為2 mV/1 kHz，首先將反饋支路斷開，測試無反饋時的輸出信號。輸入信號峰峰值為3.975 mV，輸出信號峰峰值為3.959 V。由此算出沒有反饋時放大倍數A為996倍。接上反饋支路后再次測試輸入信號峰峰值為3.982 mV，輸出信號峰峰值為359.4 mV。計算得出接入反饋后的放大倍數為90.3倍，很顯然，接入反饋后放大倍數減小了。由于該反饋支路的反饋系數F為100 Ω/(100 Ω+10 kΩ)≈0.009 9，根據理論計算放大倍數應該減小為1/（1+AF）倍，即0.092倍，仿真測試結果恰好驗證了這一結論[9]。

2.2 電壓串聯負反饋增大輸入電阻，減小輸出電阻

在2.1的仿真測試中，斷開反饋時輸入信號峰峰值為3.975 mV，有反饋時輸入信號峰峰值為3.982 mV，很顯然放大電路的輸入信號增大了，因此可以推斷出加上串聯負反饋后，輸入電阻增大了[10]。

斷開負反饋支路，用1.3中測量輸出電阻的方法測量沒有反饋支路時的輸出電阻。設置負載電阻為10 kΩ，帶載時，輸出信號峰峰值為3.969 V，空載時輸出信號峰峰值為4.9 V。計算得出輸出電阻為2.35 kΩ。與1.3中計算的接入電壓串聯反饋之后的輸出電阻272 Ω做比較，可以得出輸出電阻明顯減小。

3 結 論

負反饋放大電路是模擬電子技術課程的重點內容，學生通過理論課程的學習，對相關知識的學習往往停留在理論的認知，沒有直觀的理解。通過Multisim軟件仿真，可以分析放大電路的靜態工作點，可以測量動態參數，如放大倍數、輸入電阻以及輸出電阻，還可以深刻理解負反饋對放大電路性能的影響。通過Multisim仿真練習，可以達到在實驗室搭建實際電路的學習效果。因而，Multisim軟件對學習模擬電子技術課程具有重要的意義。