基于Multisim101靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路頻率響應(yīng)虛擬仿真2

1、鑒于Multisim10.1的靜態(tài)工作點穩(wěn)固電路的頻次響應(yīng)的虛構(gòu)仿真綱要：經(jīng)過Multisim10.1軟件對靜態(tài)工作點穩(wěn)固電路的頻次響應(yīng)進(jìn)行了仿真，察看到了放大電路幅頻特征波特圖的變化規(guī)律，采納波特儀剖析了耦合電容或旁路電容的大小變化惹起下限截止頻次的變化和發(fā)射極電阻的變化惹起上限截止頻次的變化，得出了虛構(gòu)仿真結(jié)果與實質(zhì)理論計算相符合。經(jīng)過實例考證了，將Multisim10.1仿真軟件合理地引入電子電路實踐教課后，可使電子電路理論教課變得更詳細(xì)，有益于電子電路課程的教課質(zhì)量提升。重點字：靜態(tài)工作點；穩(wěn)固電路；頻次響應(yīng)；仿真中圖分類號：TN710?34；TP391.9文件表記碼：A文章編號：10

2、04?373X（2014）11?0161?06Abstract：FrequencyresponseofthequiescentpointstabilizingcircuitwassimulatedwiththesoftwareMultisim10.1.Thevariationlawoftheamplitude?frequencycharacteristicsapproximateBodeplotoftheamplifiercircuitwasobtainedbyobservation.BytheBodemeter，thelowercut?offfrequencyvariationcausedb

3、ychangeofthecouplingcapacityorshuntcapacityandtheuppercut?offfrequencyvariationcausedbychangeofemitterresistanceareanalyzed.Theconclusionthatthesimulationresultisinaccordancewiththeoreticalarithmeticresultisachieved.TheactualexampleverificationshowsthereasonableutilizationofMultisim10.1intheexperime

4、ntalteachingofelectroniccircuitcanmakeabstracttheoreticalteachingbecomemoreconcretelyandbepropitioustoimprovementofteachingqualityofelectroniccircuit.Keywords：quiescentpoint；stabilizingcircuit；frequencyresponse；simulation在實質(zhì)應(yīng)用中，電子電路所辦理的信號，如語音信號、電視信號等都不是簡單的單調(diào)頻次信號，它們都是由幅度及相位都有固定比率關(guān)系的多頻次重量組合而成的復(fù)雜信號，即擁有

5、必定的頻譜。而對這些信號頻譜的詳細(xì)電路一定經(jīng)過大批的實驗來協(xié)助和加深理論學(xué)習(xí)，而傳統(tǒng)的實驗教課存在某些限制性，這無形中要求精益求精實驗教課成效1?2，研究新的實驗方法和手段，以提升電路的實驗教課成效。而Multisim10.1是由美國國家儀器有限企業(yè)研發(fā)的高版本的電路模擬仿真軟件3，將Multisim10.1用于電子線路實踐教課中，對傳統(tǒng)教課模式起到了很好地增補。本文以靜態(tài)工作點穩(wěn)固電路的頻次響應(yīng)仿真剖析為例，介紹Multisim10.1在實驗電子電路教課中的寬泛應(yīng)用。靜態(tài)工作點穩(wěn)固電路頻次響應(yīng)的實驗原理因為放大電路中存在電抗元件（如管子的極間電容，電路的負(fù)載電容、散布電容、耦合電容、射極旁路

6、電容等），使得放大器可能對不一樣頻次信號重量的放大倍數(shù)和相移不同4。若放大電路對不一樣頻次信號的幅值放大不一樣，就會惹起幅度失真；若放大電路對不一樣頻次信號產(chǎn)生的相移不一樣就會惹起相位失真。幅度失真和相位失真總稱為頻次失真5，而此失真是由電路的線性電抗元件（電阻、電容、電感等）惹起的，故稱為線性失真。為實現(xiàn)信號不失真放大則一定要研究靜態(tài)工作點穩(wěn)固電路的頻次響應(yīng)（又稱頻次特征）。1.1頻次響應(yīng)的觀點放大電路在輸入信號幅度不變，而僅改變輸入信號頻次的狀況下，研究并觀察輸出信號的幅值和相位的變化規(guī)律。它常包含幅頻特征和相頻特征。在幅頻特征曲線圖中包含下限頻次fL（當(dāng)電壓放大倍數(shù)降落到0.707Au時

7、，相應(yīng)的低屢次率）、上限頻次fH（當(dāng)電壓放大倍數(shù)降落到0.707Au時，相應(yīng)的高屢次率）和通頻帶fBW（上限頻次和下限頻次之間的頻次范圍）等三個指標(biāo)6。相頻特征曲線主要描繪的是電壓放大倍數(shù)的相位角度與頻次的函數(shù)關(guān)系，它能正確的表現(xiàn)輸入信號和輸出信號相位之間的超前或滯后關(guān)系。1.2影響放大電路頻次響應(yīng)的要素以單管共射電路為例，影響放大電路頻次響應(yīng)的主要因素大概可歸納見表1。從表1可看出：放大倍數(shù)幅值不隨頻次變化而變化，只有固定相位差；影響高頻放大倍數(shù)主要由極間電容和散布電容惹起，主要計算上限截止頻次fH；影響低頻放大倍數(shù)主要由耦合電容或旁路電容惹起，主要計算下限截止頻次fL。而怎樣更好反應(yīng)出放大

8、電路的頻次特征則需要用表達(dá)式或波特圖法來加以說明。1.3放大電路頻次響應(yīng)的表達(dá)放大電路頻次響應(yīng)能夠表示成分析表達(dá)式，也可用頻次特征曲線（即波特圖）來詳細(xì)剖析說明。1）頻次響應(yīng)的分析表達(dá)式以單管共射放大電路為例，頻次響應(yīng)的詳細(xì)表達(dá)形式如式（1）：Au=Aum1+fLjf1+jffH=AumjffL1+jffL1+jffH（1）式中：Aum為中頻段電壓放大倍；fL為低頻段下限頻率；fH為高頻段上限頻次。2）波特圖實質(zhì)電子電路工程中的波特圖由對數(shù)幅頻特征和對數(shù)相頻特征兩部分構(gòu)成7?8，橫坐標(biāo)均采納f刻度，幅頻特征縱坐標(biāo)取20lgAu，單位是分貝（dB）；相頻特征縱坐標(biāo)為。下邊以低通和高通電路為例說明

9、。低通電路如圖1所示，高通電路如圖2所示。在圖1中，令H=1RC=2fH，則有式（2）：A?u=Vo?Vi?=1jCR+1jC=11+jH=11+jffH（2）1.4單管共射放大電路的頻次響應(yīng)常有的單管放大電路好多，在此以單管共射放大電路為例說明放大電路的頻次響應(yīng)，電路如圖5所示。因為低頻段耦合電容容抗較大，故不可以忽視，隔直電容與放大電路的輸入電阻構(gòu)成一個RC高通電路；而在高頻段極間電容并聯(lián)在電路中，構(gòu)成一個RC低通電路。因為篇幅有限，晶體管的混淆等效不予議論。把圖5電路進(jìn)行混淆等效等效變換后，經(jīng)理論剖析，得出的的完好電壓放大倍數(shù)表達(dá)式如式（12）：理論剖析表示：圖5中的耦合電容C1，C2和

10、旁路電容Ce影響放大電路的低頻特征，改變耦合電容或旁路電容所在回路的時間常數(shù)（=ReqC耦合后旁路）的大?。锤淖冸娙荽笮』螂娙輰?yīng)的等效電阻），可改變下限截止頻次fL的大小；晶體管混淆模型等效參數(shù)中極間電容影響放大電路的高頻特征，相同改變它對應(yīng)的時間常數(shù)（=ReqC極間）大小，可改變上限截止頻次fH的大小。當(dāng)有M個旁路或耦合電容同時影響fL時，最后的下限截止頻次fL依據(jù)此中最大的計算；相同有N個極間電容或散布電容同時影響fH時，最后的上限截止頻次fH依據(jù)最小的計算。圖5對應(yīng)完好的幅頻特征和相頻特征的近似波特圖如圖6所示。為更好地說明放大電路的頻次響應(yīng)，下邊以單管共射電路為例來仿真剖析放大電路

11、的頻次特征。虛構(gòu)仿真單管共射放大電路的頻次響應(yīng)的剖析要求（1）測試在典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)固電路中，改變旁路電容和耦合電容大小會惹起什么樣的頻次響應(yīng)；目的是觀察波特圖中改變耦合電容或旁路電容的大小能否影響放大電路下限截止頻次fL的變化。（2）測試并察看改變靜態(tài)工作點穩(wěn)固電路中的射極電阻Re的大小惹起什么樣的頻次響應(yīng)；目的是觀察波特圖中改變發(fā)射極電阻Re大小能否影響上限截止頻次fH的變化。3Multisim10.1軟件的虛構(gòu)仿真3.1建立單管共射放大電路頻次響應(yīng)的仿真電路按實質(zhì)要求在電子仿真軟件Multisim10.1的軟件平臺上搭建如圖7所示的虛構(gòu)仿真電路。耦合電容和旁路電容大小均設(shè)置為10F，射

12、極電阻為1k。信號源大小為1mV，頻次為1kHz的溝通源，晶體管選擇高頻小信號管子ZTX325型號，各電阻大小如圖7中所示，工作電壓VCC=12V。3.2改變旁路電容和耦合電容的大小察看波特儀表上的頻次特征變化（1）改變旁路電容Ce的大小。令圖7中Ce=10F，Ce1=100F，其他參數(shù)不變。開啟仿真開關(guān)，雙擊波特儀XBP1和XBP2（參數(shù)設(shè)置如圖中所示），察看幅頻特征。移動指針可看到在Ce=10F時，從水平33.491dB降落3dB（約30.531dB）后察看的頻次是1.577kHz；當(dāng)Ce1=100F時，從水平33.499dB降落3dB（約30.495dB）后察看的頻次是174.485Hz

13、。這說明改變Ce的大小對應(yīng)的下線截止頻次變化較大，最后的下限截止頻次fH約是Ce對應(yīng)的下限截止頻次。依據(jù)理論Ce（=10F）對應(yīng)的頻次表達(dá)式為12CeRerbe（1+），而兼顧考慮整個電路的下限截止頻次后約等于1.563kHz，其值遠(yuǎn)小于C1對應(yīng)的下限頻次（見下）；而改變Ce從10100F后，經(jīng)理論計算fL0.1726kHz。Ce的大小改變對應(yīng)的下限截止頻次經(jīng)過理論計算與圖7改變Ce的大小后虛構(gòu)仿真的fL值剖析結(jié)果是基真相等的。這說明改變Ce的大小使得整個電路的下限截止頻次fL變化受其影響較大。（2）改變旁路電容C1的大小。令圖7中C1從10F變成100F，Ce=10F，其他參數(shù)不變。開啟仿真

14、開關(guān)，雙擊波特儀XBP1，仿真結(jié)果如圖8所示。察看幅頻特性，挪動讀數(shù)指針看到在C1=10F時，從水平讀數(shù)33.499dB降落3dB后（約30.531dB）察看的下限截止頻次約為1.577kHz；當(dāng)C1=100F時，從水平讀數(shù)33.499dB降落3dB后（約30.579dB）察看的下限截止頻次fL仍約為1.577kHz。這說明改變C1的大小使得整個電路的下限截止頻次fL變化受其影響較小。依據(jù)理論C1（=10F）時來計算（C1對應(yīng)頻次表達(dá)式為12C1RB1RB2rbe），兼顧考慮整個電路后最后的下限截止頻次約等于1.569kHz；改變C1從10F到100F后，經(jīng)理論計算整個電路最后的下線截止頻次頻

15、次fL仍為1.569kHz。理論計算與圖7的仿真剖析結(jié)果是基真相切合的。經(jīng)過比較上述（1）和（2）的剖析結(jié)果，說明改變C1和Ce的大小它們各自的下限頻次固然不一樣，但整個電路的最后下限截止頻次fL是由Ce對應(yīng)的下限頻次來決定的。3.3改變發(fā)射極電阻Re大小察看波特儀表上的頻次特征變化因為發(fā)射極電阻Re大小決定了靜態(tài)工作點IEQ的大小，而它的大小又決定跨導(dǎo)gm大小，gm的大小又決定極間電容C的大小，而C的大小最后影響整個放大電路的最后上限截止頻次fH的大小。假如僅改變圖7的發(fā)射極電阻讓Re從1k變成1.2k，電容大小均為10F，其他參數(shù)不變，電路如圖9所示。翻開圖9中的仿真開關(guān)并雙擊波特儀表，當(dāng)

16、Re=1k時，挪動讀數(shù)指針從水平33.499dB降落3dB后（約30.537dB）對應(yīng)的上限截止頻次讀數(shù)fH=228.546MHz；當(dāng)Re=1.2k時，挪動讀數(shù)指針從水平32.296dB降落3dB后（約29.294dB）對應(yīng)的fH=244.5MHz。依據(jù)極間電容對應(yīng)的上限截止頻次計算公式：fH=12Crbe/rbb（此中rbe=0gm）。經(jīng)過理論剖析計算可得：當(dāng)Re=1k時，fH227.93MHz；當(dāng)Re=1.2k時，fH243.73MHz。虛構(gòu)仿真剖析的結(jié)果基本與理論計算相符合。這進(jìn)一步說了然當(dāng)Re改變，Q點的靜態(tài)電流IEQ大小會改變，進(jìn)而影響跨導(dǎo)gm和極間電容C，其大小最后決定了上限截止頻

17、次fH的大小。3.4虛構(gòu)仿真結(jié)果由3.2節(jié)和3.3節(jié)的虛構(gòu)仿真可得出圖7在分別改變耦合電容、旁路電容和發(fā)射極電阻的大小時（見圖8和圖9所示），從不一樣仿真的波特剖析儀來察看的幅頻特征圖和頻次的變化見表2。4結(jié)論當(dāng)基本放大電路的耦合電容從C1從10F變成100F時，放大電路的下限截止頻次基本不變；而當(dāng)旁路電容Ce從10F到100F時放大電路的下限截止頻次顯然減小。這說了然兩點：一是Ce所在的回路等效電阻最小，因此想改變電路的低頻特征應(yīng)增大Ce；二是在剖析放大電路的下限截止頻次時，耦合電容C1，C2或旁路電容Ce所在的回路時間常數(shù)哪個最小，則該電容所確立的下限截止頻次就是整個電路的下限截止頻次fL

18、。故沒必需再計算其余電容所確立的下限截止頻次，所以計算前的剖析是特別重要的。在靜態(tài)工作點（即Q點）穩(wěn)固的放大電路中，當(dāng)發(fā)射極電阻Re從1k變成1.2k時，放大管的發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ減小，致使跨導(dǎo)gm減小，進(jìn)而致使極間電容C減小，使放大電路最后的最后上限截止頻次fH增大。上述現(xiàn)象一方面說明電路放大倍數(shù)（增益）與帶寬的矛盾關(guān)系，另一方面又說了然等效電容與靜態(tài)工作點相關(guān)，即Q點的設(shè)置會影響放大電路的上限截止頻次fH的大小。經(jīng)過實踐證明，在對電子電路進(jìn)行理論剖析的同時，利用Multisim10.1軟件輔以仿真結(jié)果，實現(xiàn)理論解說和考證明驗同步進(jìn)行。不單能加強(qiáng)教課的直觀性與靈巧性，并且能夠最大限度地利用有限的講課學(xué)時，加深學(xué)生對基本理論知識的理解，提升講課效率，為傳統(tǒng)的教課方法注入新的活力9?11。使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時，又能見習(xí)實踐的模型，加強(qiáng)學(xué)生對電路的感性認(rèn)識；培育學(xué)生著手操作能力，同時保證了本科人材