基于Multisim101静态工作点稳定电路频率响应虚拟仿真2

1、鉴于Multisim10.1的静态工作点稳固电路的频次响应的虚构仿真纲要：经过Multisim10.1软件对静态工作点稳固电路的频次响应进行了仿真，察看到了放大电路幅频特征波特图的变化规律，采纳波特仪剖析了耦合电容或旁路电容的大小变化惹起下限截止频次的变化和发射极电阻的变化惹起上限截止频次的变化，得出了虚构仿真结果与实质理论计算相符合。经过实例考证了，将Multisim10.1仿真软件合理地引入电子电路实践教课后，可使电子电路理论教课变得更详细，有益于电子电路课程的教课质量提升。重点字：静态工作点；稳固电路；频次响应；仿真中图分类号：TN710?34；TP391.9文件表记码：A文章编号：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在实质应用中，电子电路所办理的信号，如语音信号、电视信号等都不是简单的单调频次信号，它们都是由幅度及相位都有固定比率关系的多频次重量组合而成的复杂信号，即拥有

5、必定的频谱。而对这些信号频谱的详细电路一定经过大批的实验来协助和加深理论学习，而传统的实验教课存在某些限制性，这无形中要求精益求精实验教课成效1?2，研究新的实验方法和手段，以提升电路的实验教课成效。而Multisim10.1是由美国国家仪器有限企业研发的高版本的电路模拟仿真软件3，将Multisim10.1用于电子线路实践教课中，对传统教课模式起到了很好地增补。本文以静态工作点稳固电路的频次响应仿真剖析为例，介绍Multisim10.1在实验电子电路教课中的宽泛应用。静态工作点稳固电路频次响应的实验原理因为放大电路中存在电抗元件（如管子的极间电容，电路的负载电容、散布电容、耦合电容、射极旁路

6、电容等），使得放大器可能对不一样频次信号重量的放大倍数和相移不同4。若放大电路对不一样频次信号的幅值放大不一样，就会惹起幅度失真；若放大电路对不一样频次信号产生的相移不一样就会惹起相位失真。幅度失真和相位失真总称为频次失真5，而此失真是由电路的线性电抗元件（电阻、电容、电感等）惹起的，故称为线性失真。为实现信号不失真放大则一定要研究静态工作点稳固电路的频次响应（又称频次特征）。1.1频次响应的观点放大电路在输入信号幅度不变，而仅改变输入信号频次的状况下，研究并观察输出信号的幅值和相位的变化规律。它常包含幅频特征和相频特征。在幅频特征曲线图中包含下限频次fL（当电压放大倍数降落到0.707Au时

7、，相应的低屡次率）、上限频次fH（当电压放大倍数降落到0.707Au时，相应的高屡次率）和通频带fBW（上限频次和下限频次之间的频次范围）等三个指标6。相频特征曲线主要描绘的是电压放大倍数的相位角度与频次的函数关系，它能正确的表现输入信号和输出信号相位之间的超前或滞后关系。1.2影响放大电路频次响应的要素以单管共射电路为例，影响放大电路频次响应的主要因素大概可归纳见表1。从表1可看出：放大倍数幅值不随频次变化而变化，只有固定相位差；影响高频放大倍数主要由极间电容和散布电容惹起，主要计算上限截止频次fH；影响低频放大倍数主要由耦合电容或旁路电容惹起，主要计算下限截止频次fL。而怎样更好反应出放大

8、电路的频次特征则需要用表达式或波特图法来加以说明。1.3放大电路频次响应的表达放大电路频次响应能够表示成分析表达式，也可用频次特征曲线（即波特图）来详细剖析说明。1）频次响应的分析表达式以单管共射放大电路为例，频次响应的详细表达形式如式（1）：Au=Aum1+fLjf1+jffH=AumjffL1+jffL1+jffH（1）式中：Aum为中频段电压放大倍；fL为低频段下限频率；fH为高频段上限频次。2）波特图实质电子电路工程中的波特图由对数幅频特征和对数相频特征两部分构成7?8，横坐标均采纳f刻度，幅频特征纵坐标取20lgAu，单位是分贝（dB）；相频特征纵坐标为。下边以低通和高通电路为例说明

9、。低通电路如图1所示，高通电路如图2所示。在图1中，令H=1RC=2fH，则有式（2）：A?u=Vo?Vi?=1jCR+1jC=11+jH=11+jffH（2）1.4单管共射放大电路的频次响应常有的单管放大电路好多，在此以单管共射放大电路为例说明放大电路的频次响应，电路如图5所示。因为低频段耦合电容容抗较大，故不可以忽视，隔直电容与放大电路的输入电阻构成一个RC高通电路；而在高频段极间电容并联在电路中，构成一个RC低通电路。因为篇幅有限，晶体管的混淆等效不予议论。把图5电路进行混淆等效等效变换后，经理论剖析，得出的的完好电压放大倍数表达式如式（12）：理论剖析表示：图5中的耦合电容C1，C2和

10、旁路电容Ce影响放大电路的低频特征，改变耦合电容或旁路电容所在回路的时间常数（=ReqC耦合后旁路）的大小（即改变电容大小或电容对应的等效电阻），可改变下限截止频次fL的大小；晶体管混淆模型等效参数中极间电容影响放大电路的高频特征，相同改变它对应的时间常数（=ReqC极间）大小，可改变上限截止频次fH的大小。当有M个旁路或耦合电容同时影响fL时，最后的下限截止频次fL依据此中最大的计算；相同有N个极间电容或散布电容同时影响fH时，最后的上限截止频次fH依据最小的计算。图5对应完好的幅频特征和相频特征的近似波特图如图6所示。为更好地说明放大电路的频次响应，下边以单管共射电路为例来仿真剖析放大电路

11、的频次特征。虚构仿真单管共射放大电路的频次响应的剖析要求（1）测试在典型的静态工作点稳固电路中，改变旁路电容和耦合电容大小会惹起什么样的频次响应；目的是观察波特图中改变耦合电容或旁路电容的大小能否影响放大电路下限截止频次fL的变化。（2）测试并察看改变静态工作点稳固电路中的射极电阻Re的大小惹起什么样的频次响应；目的是观察波特图中改变发射极电阻Re大小能否影响上限截止频次fH的变化。3Multisim10.1软件的虚构仿真3.1建立单管共射放大电路频次响应的仿真电路按实质要求在电子仿真软件Multisim10.1的软件平台上搭建如图7所示的虚构仿真电路。耦合电容和旁路电容大小均设置为10F，射

12、极电阻为1k。信号源大小为1mV，频次为1kHz的沟通源，晶体管选择高频小信号管子ZTX325型号，各电阻大小如图7中所示，工作电压VCC=12V。3.2改变旁路电容和耦合电容的大小察看波特仪表上的频次特征变化（1）改变旁路电容Ce的大小。令图7中Ce=10F，Ce1=100F，其他参数不变。开启仿真开关，双击波特仪XBP1和XBP2（参数设置如图中所示），察看幅频特征。移动指针可看到在Ce=10F时，从水平33.491dB降落3dB（约30.531dB）后察看的频次是1.577kHz；当Ce1=100F时，从水平33.499dB降落3dB（约30.495dB）后察看的频次是174.485Hz

13、。这说明改变Ce的大小对应的下线截止频次变化较大，最后的下限截止频次fH约是Ce对应的下限截止频次。依据理论Ce（=10F）对应的频次表达式为12CeRerbe（1+），而兼顾考虑整个电路的下限截止频次后约等于1.563kHz，其值远小于C1对应的下限频次（见下）；而改变Ce从10100F后，经理论计算fL0.1726kHz。Ce的大小改变对应的下限截止频次经过理论计算与图7改变Ce的大小后虚构仿真的fL值剖析结果是基真相等的。这说明改变Ce的大小使得整个电路的下限截止频次fL变化受其影响较大。（2）改变旁路电容C1的大小。令图7中C1从10F变成100F，Ce=10F，其他参数不变。开启仿真

14、开关，双击波特仪XBP1，仿真结果如图8所示。察看幅频特性，挪动读数指针看到在C1=10F时，从水平读数33.499dB降落3dB后（约30.531dB）察看的下限截止频次约为1.577kHz；当C1=100F时，从水平读数33.499dB降落3dB后（约30.579dB）察看的下限截止频次fL仍约为1.577kHz。这说明改变C1的大小使得整个电路的下限截止频次fL变化受其影响较小。依据理论C1（=10F）时来计算（C1对应频次表达式为12C1RB1RB2rbe），兼顾考虑整个电路后最后的下限截止频次约等于1.569kHz；改变C1从10F到100F后，经理论计算整个电路最后的下线截止频次频

15、次fL仍为1.569kHz。理论计算与图7的仿真剖析结果是基真相切合的。经过比较上述（1）和（2）的剖析结果，说明改变C1和Ce的大小它们各自的下限频次固然不一样，但整个电路的最后下限截止频次fL是由Ce对应的下限频次来决定的。3.3改变发射极电阻Re大小察看波特仪表上的频次特征变化因为发射极电阻Re大小决定了静态工作点IEQ的大小，而它的大小又决定跨导gm大小，gm的大小又决定极间电容C的大小，而C的大小最后影响整个放大电路的最后上限截止频次fH的大小。假如仅改变图7的发射极电阻让Re从1k变成1.2k，电容大小均为10F，其他参数不变，电路如图9所示。翻开图9中的仿真开关并双击波特仪表，当

16、Re=1k时，挪动读数指针从水平33.499dB降落3dB后（约30.537dB）对应的上限截止频次读数fH=228.546MHz；当Re=1.2k时，挪动读数指针从水平32.296dB降落3dB后（约29.294dB）对应的fH=244.5MHz。依据极间电容对应的上限截止频次计算公式：fH=12Crbe/rbb（此中rbe=0gm）。经过理论剖析计算可得：当Re=1k时，fH227.93MHz；当Re=1.2k时，fH243.73MHz。虚构仿真剖析的结果基本与理论计算相符合。这进一步说了然当Re改变，Q点的静态电流IEQ大小会改变，进而影响跨导gm和极间电容C，其大小最后决定了上限截止频

17、次fH的大小。3.4虚构仿真结果由3.2节和3.3节的虚构仿真可得出图7在分别改变耦合电容、旁路电容和发射极电阻的大小时（见图8和图9所示），从不一样仿真的波特剖析仪来察看的幅频特征图和频次的变化见表2。4结论当基本放大电路的耦合电容从C1从10F变成100F时，放大电路的下限截止频次基本不变；而当旁路电容Ce从10F到100F时放大电路的下限截止频次显然减小。这说了然两点：一是Ce所在的回路等效电阻最小，因此想改变电路的低频特征应增大Ce；二是在剖析放大电路的下限截止频次时，耦合电容C1，C2或旁路电容Ce所在的回路时间常数哪个最小，则该电容所确立的下限截止频次就是整个电路的下限截止频次fL

18、。故没必需再计算其余电容所确立的下限截止频次，所以计算前的剖析是特别重要的。在静态工作点（即Q点）稳固的放大电路中，当发射极电阻Re从1k变成1.2k时，放大管的发射极静态电流IEQ减小，致使跨导gm减小，进而致使极间电容C减小，使放大电路最后的最后上限截止频次fH增大。上述现象一方面说明电路放大倍数（增益）与带宽的矛盾关系，另一方面又说了然等效电容与静态工作点相关，即Q点的设置会影响放大电路的上限截止频次fH的大小。经过实践证明，在对电子电路进行理论剖析的同时，利用Multisim10.1软件辅以仿真结果，实现理论解说和考证明验同步进行。不单能加强教课的直观性与灵巧性，并且能够最大限度地利用有限的讲课学时，加深学生对基本理论知识的理解，提升讲课效率，为传统的教课方法注入新的活力9?11。使学生在学习理论的同时，又能见习实践的模型，加强学生对电路的感性认识；培育学生着手操作能力，同时保证了本科人材