基于Multisim 7的模拟电子线路仿真分析

汪志强，张冬梅

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆 163319）

模拟电子线路是研究半导体器件的性能、电路及其应用的学科。放大电路是模拟电子线路的基本单元，而共射极放大电路是一种广泛应用的放大电路，对其电路的分析及理解，对学习相关知识有很大的帮助，但由于模拟电子技术部分的知识较抽象，学习相关知识有一定困难。针对此问题，以共射极放大电路为例，有效利用Multisim 7对该电路进行分析，使电路信号较直观，有利于相关知识的学习。

1 Multisim 7的功能及特点

Multisim 7沿袭了EWB界面的特点，提供了一个灵活的、直观的工作界面来创建和定位电路。对电子电路进行SPICE仿真，可以快速了解电路的功能和性能。提供了逻辑分析仪、函数信号发生器、数字万用表等18种虚拟仪器。通过虚拟仪器，免去昂贵的仪表费用，用户可以毫无风险的接触所有仪器，掌握常用仪表的使用，并提供19种强大的电路分析功能[1]。

2 Multisim的电路仿真分析

Multisim提供了多种分析方法，这些方法都是利用仿真程序产生用户所需要的数据与图形。使用分析方法时需对指定的选项进行设置，如设置分析参数、输出变量的处理方式等。共射极放大电路是模拟电子电路的典型电路之一，下面以共射极放大电路为例，利用Multisim 7对其电路进行分析。

2.1 共射极放大电路

共射极放大电路BJT是核心元件，利用其具有的电流控制作用，使其工作在放大状态。在电路中设置合适的工作点，并在输入回路加上一个能量较小的信号，利用发射结正向电压对各级电流的控制作用，就能将直流电源提供的能量，按输入信号的变化规律转换为所需要的形式供给负载，放大作用实质上是放大器件的控制作用，放大器是一种能量控制部件。仿真电路如图1，通过在Multisim 7的电源库、基本元件库和晶体管库分别找到如图所需元器件，并将双踪示波器接入。信号源设置为10 mv·1kHz-1。

图1 共射极放大电路Fig.1 Common emitter amplifier

2.2 放大电路的分析

2.2.1 放大电路静态工作点的分析

放大电路静态工作点直接影响放大电路的动态范围，进而影响放大电路的电压增益。故设计一个放大电路首先要设计合适的工作点[2]。

（1）输入/输出波形

通过调节电阻R1及示波器观察放大电路输入与输出波形，使其不失真，如图2所示。为了观察的方便，将B通道输入波形下移1格，A通道输出波形上移1格。

图2 放大电路的输入和输出波形Fig.2 Amplifier input and output waveforms

（2）直流工作点分析

在波形不失真的情况下，单击simulate菜单中的Analysis命令下的DC operating point命令项，选择需要仿真的变量，然后单击simulate按钮，系统会自动显示电路各个节点的直流工作点的数值，如图3。

图3 放大电路的静态工作点分析Fig.3 Amplifier operating point analysis of the static

2.2.2 放大电路的动态分析

（1）放大电路的交流分析

图4 放大电路的交流分析结果Fig.4 AC amplifier circuit analysis

单击simulate菜单中的analysis命令下的AC Analysis命令，在其对话框中，output variables标签中选定节点8进行仿真，在frequency parameters标签中，设置起始频率1 Hz，扫描终点频率为10 GHz，扫描方式为十倍程扫描，单击simulate按钮，仿真分析结果如图4所示。电路的上限频率为3.7701 MHz，下限频率为28.3924 Hz，通频带约为3.7701 MHz，稳频时的增益约为8.3301 Hz。

（2）放大电路的瞬态分析

单击Simulate菜单中的Analysis下的transient analysis命令，弹出其对话框，在out nariables选定节点2（输入节点）和节点8（输出节点）进行仿真，单击Simulate按钮，仿真分析结果如图5所示。瞬态分析是一种非线性的分析方法。利用瞬态分析结果可以方便的仿真电路的输入输出波形，测出波形的峰值，利用放大电路的增益公式A=V0·VT-1很容易算出电路的增益为9.2。

图5 放大电路的瞬态分析Fig.5 Amplifier Circuit transient analysis

3 静态工作点对放大电路的影响

增加R1或减少R4，工作点升高，但交流负载线不变，动态范围不变；增大Ucc电源，交流负载线向右平移，动态范围增大，同样会提升工作点；R2增大，交流负载线斜率绝对值减少，动态范围减少，同时降低工作点。反之则相反。在图1中，在输入型号幅度适当时，调整偏置电阻时，输出波形失真，如图6（a）和图 6（b）所示。

假定R2、R1不变，输入信号从0开始增大，使输出信号足够大但不失真。工作点偏高，输出将产生饱和失真；工作点偏低，则产生截止失真。

静态工作点决定后，若增大或减小集电极电阻R2，都会影响输出电压的动态范围。在激励信号不变的情况下，会产生饱和失真或截止失真。

若静态工作点设置合适，负载电阻不变，但输入信号幅度增大，超出动态范围，会使输出电压波形出现顶部削平和底部削平失真。即放大电路即会产生饱和失真，又会产生截止失真。

图6 输出失真波形Fig.6 The waveform distortion

以上的讨论是共射极放大电路，首先要充分考虑的因素，通过Multisim软件，很方便为实际设计电路做好预期的分析。并能通过仿真分析对电路的工作状态做深入的了解。

4 三极管故障对放大电路的影响

三极管是放大电路的核心器件，当其故障会严重影响输出信号[3]。如图6（c）三极管B、E及开路时的电路输入与输出波形。输出信号电压为零与理论分析吻合。

5 结论

运用Multisim7软件对共射极放大电路进行分析，可以很方便的对各种不同电路工作状况进行仿真，结果直观。有效的将模拟电子线路中的理论知识与电路仿真相结合，可以进一步加深对电子线路的理解，对于模拟电子线路的验证性实验及创造性的实验都很有益处，有一定的指导作用。

［1］熊伟.Multisim7电路设计及仿真应用［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［2］王国战，卢超.Multisim仿真分析方法的研究［J］.长春工程学院学报（自然科学版），2009，（10）：50-52.

［3］高泽涵.电子电路故障诊断技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2000.