基本放大电路工作波形的Multisim仿真

马敬敏

（渤海大学 实验管理中心，辽宁 锦州 121000）

基本放大电路工作波形的Multisim仿真

马敬敏

（渤海大学 实验管理中心，辽宁 锦州 121000）

本文基于探索基本放大电路工作特性的目的，运用Multisim10软件对基本放大电路进行了虚拟仿真实验，给出了Multisim仿真实验方案，利用虚拟双踪示波器具有测试电路中任意两点电压波形的功能，仿真了电路输入电压、发射结电压、基极电流、集电极电流、集电极发射极电压及输出电压等有关电量的波形，虚拟仿真实验结果与理论分析结果相一致。结论是仿真实验可直观形象地描述电路的工作特性，有利于系统地研究电路的构成及电路的工作过程。

基本放大电路；工作波形；Multisim ；虚拟仿真

共射极基本放大电路是模拟电子技术的基础电路[1]，电路中各电量用工作波形描述，可形象理解电路的工作过程。

文中以Multisim10为平台[2-3]，设计了共射极基本放大电路工作波形的虚拟仿真实验，给出了电路中各电量工作波形的显示方法。

1 基本放大电路的工作过程

共射极基本放大电路如图1所示。其中，三极管Q1是电流放大元件, VCC为电压源，Rb为基极电阻，Rc为集电极电阻，C1、C2为输入、输出耦合电容； VCC电压源使三极管发射结正偏、集电结反偏工作在放大状态，有iC=βiB电流控制关系。

放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号，放大的本质是能量的控制过程，放大电路中必须有能够控制能量的元件,如三极管、场效应管等。

放大电路的特点是交、直流量共存，直流电量是放大的基础、交流电量是放大的目的，交流电量叠加在直流电量上，交流性能受到直流工作点的影响和制约。由于电路中存在电抗性元件及交、直流电量的性质不同，交、直流电量在电路中的流通路径不同。

放大电路的组成原则为：1）外加直流电源的极性必须使三极管的发射结正偏、集电结反偏，保证三极管工作在放大状态；2）输入回路的接法应使输入信号ui能够作用于三极管的发射结上，产生基极电流 ib；3）输出回路的接法应使集电极电流 ic经电阻转换成电压量并传送到输出端。

分析放大电路时，涉及的电量有输入交流电压ui，发射结直流电压UBE、发射结交流电压ube、发射结总电压uBE=UBE+ ube，基极直流电流IB、基极交流电流ib、基极总电流iB=IB+ib，集电极直流电流IC、集电极交流电流ic、集电极总电流ic= IC+ic，集电极发射极直流电压UCE、集电极发射极交流电压uce、集电极发射极总电压uCE= UCE+uce，输出交流电压uo。

直流电压源使三极管发射结正偏、集电结反偏工作在放大状态，产生静态直流电量UBE、IB、IC及UCE，

放大电路常以正弦信号作为分析、测试信号，各电量的工作波形直观、形象地描述了电路的工作过程。

2 基本放大电路工作波形的Multisim仿真设计方案

仿真方案设计的要求是，以波形图方式直观显示基本放大电路各电量的工作波，从而便于直观理电路的工作过程。

在Multisim10中构建的基本放大电路仿真电路如图1所示[4-5]，三极管从晶体管库中找出，电阻、电容从Multisim的基本元件库中找出，交流电压源从电源信号源库中找出，双踪示波器从虚拟仪器栏中找出。

其中，交流电压源产生正弦交流输入电压，选择其频率f=1 000 Hz、幅值10 mV；双踪示波器XSC1用于观测输入电压ui、三极管发射结电压uBE的波形，双踪示波器XSC2用于观测基极电流iB、集电极电流iC的波形，双踪示波器XSC3用于观测三极管集电极与发射极之间电压uCE的波形、输出电压uo的波形。基本原理如下。

Multisim10中的虚拟双踪示波器具有测试电路中任意两点电压波形的功能[6-8]，并不要求必须对地测试，由此可用于测试基本放大电路中各电量的工作波形。

电阻R1= R2=1 mΩ为阻值较小的电流检测电阻，其两端电压的波形与电路中基极电流、集电极电流的波形相同。

3 个双踪示波器XSC1、XSC2、XSC3 面板的Timebase区中的Scale、X position设置一致，当接通仿真开关时3个示波器同时开始工作，从而实现各电量波形的同步显示。

图1 基本放大电路工作波形仿真电路Fig. 1 Simulation circuit of the working wave for a basic amplifier

3 仿真结果分析

仿真显示的时序波形图如图2所示。

图2中，由上至下依次为输入电压ui、三极管发射结电压uBE、基极电流iB、集电极电流iC、三极管集电极与发射极之间电压uCE、输出电压uo的波形。

由图2可看出，输入电压ui经输入耦合电容C1加至三极管的发射结上，三极管发射结电压uBE=UBE+ ui，

uBE的交流分量与 ui同相位；发射结上的 ui电压产生基极电流ib，基极电流iB=IB+ ib，iB的交流分量与 ui同相位；经三极管进行电流放大产生集电极电流iC，iC=IC+ ic，iC的交流分量与ib同相位；三极管集电极与发射极之间电压uCE=VCC-iCRC，uCE的交流分量与iC反相位；经输出耦合电容C2的输出电压uo，uo与输入电压ui反相位。

图2 基本放大电路的Multisim仿真波形Fig. 2 Multisim simulation waveform of a basic amplifier

4 结束语

由于受实验仪器的限制无法对基本放大电路工作波形进行硬件实验验证，主要是现有的示波器多为双踪示波器无法同时观测多路波形且只能测试对地电压的波形，用Multisim软件仿真解决了这一问题。

文中的仿真电路，用3个双踪示波器同步观测基本放大电路的有关电量波形，可直观显示电路的工作过程。所述方法具有实际应用意义。

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Simulation of the working wave of a basic amplif i er by the Multisim software

MA Jing-min
（Experiment Management Center, Bohai Unversity, Jinzhou 121000, China）

The software of Multisim10 is used to simulate the working wave of a basic amplifier to investigate its working properties based on a designed experimental program. In terms of the fact that the voltage waveform between arbitrary two points can be detected by the virtual dual-channel oscilloscope, the working waves of the input and output voltages, emitter junction voltage, currents and voltages of the base and collector are simulated, and are consistent with theoretical analysis. We conclude that this simulation can well describe the circuit's working properties and can be used to systematically investigate the compositions and the working processes of a circuit.

basic amplifier; working wave; Multisim; virtual simulation

TN702

A

1674-6236(2014)03-0133-03

2013–05–10 稿件编号：201305110

2012年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究立项项目(辽教发[2012]130号)；2011年度渤海大学高等教育教学改革研究项目(BDJG2011-A010)

马敬敏(1966—)，女，辽宁葫芦岛人，高级实验师。研究方向：电子信息工程。

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