基于Mulitisim8扩音机驱动电路仿真与分析

刘 刚，张 欣，杨 芳

(1.辽宁省建筑设计研究院设计4所，辽宁沈阳 110005;2.成都航空职业技术学院电子工程系，四川成都 610021)

Multisim8是建立在PC环境下的EDA电路仿真与分析系统，其前身EWB(Electronics Workbench)是Interactive Image Technology公司推出用于电子电路仿真的虚拟电子工作台软件。Multisim8具有界面直观、易使用、电路元件库丰富、虚拟仪器功能强大、电路分析手段完备、兼容性好等优点，是一个完整的设计工具系统。Multisim8应用在电子电路方面时能够较好地完成电路仿真及辅助分析等工作，因此综合运用仿真技术对实现电路分析与优化设计尤为重要。

1 扩音机驱动电路的原理与分析

1.1 扩音机驱动电路

多数电子放大电路系统，需要把微弱的电信号放大至可以推动负载工作，在实际应用中单级放大电路通常难以实现，因此需采用多级放大电路，以满足放大电路性能的多方面要求。多级放大电路在耦合方式上常见的有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合和光电耦合等。

文中讨论的扩音机驱动电路［1］就是一个多级放大器，采用的耦合方式为阻容耦合。电路原理如图1所示，该电路由4部分组成:(1)由三极管T1构成的射极输出器，由于射极输出器的输入电阻大，可减小放大电路从信号源所吸取的信号电流;(2)由集成运放构成的同相输入放大电路;(3)R9和R10组成的音调控制衰减器，其衰减倍数由R9和R10构成的分压器的分压比决定;(4)由集成运放构成同相输入放大电路。

1.2 电路分析

1.2.1 静态分析

放大电路没有信号输入时的工作状态称为静态，静态时放大电路的电流、电压值称为静态工作点［2］。该电路各级静态工作点理论分析如下:

第二级同相输入放大电路A2的各极电位分析如下:由于采用阻容耦合，直流工作点独立，有U+=U－=U0=0;第三级由R9和R10构成的分压电路分压后在R10上的电压为UR10=0;第四级同相输入放大电路A4的各极电位:U+=U－=U0=0。

图1 扩音机驱动电路原理图

1.2.2 动态分析

分析1 电压放大倍数，电压放大倍数是放大电路的重要参数指标，表征了小信号对大信号控制能力的强弱，定义为多级放大电路的总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即Au=Au1·Au2·…·Aun。但在计算时应考虑后级对前级的影响，即后级的输入电阻是前级的负载［3］。

第一级为射级输出器，其电压放大倍数Au1≈1;第二级是同相输入放大电路，其电压放大倍数与电阻R7和R8有关，计算方法为，计算结果为48.5;第三级在计算衰减倍数时应考虑第四级的影响，即，根据运放电路的有关知识计算出第四级放大电路的输入电阻Ri4=47.5 kΩ，计算结果为0.086;第四级仍为同相输入放大电路，放大倍数，计算结果为48.5;电路总电压放大倍数Au=Au1·Au2·Au3·Au4，计算结果为 202.3，且为同相放大。

分析2 输入电阻:放大器要从信号源汲取电流，因此从放大器输入端看进去有一个等效电阻，即放大器的输入电阻，输入电阻的大小反映了放大电路对信号源的影响程度［4］。考虑到第四级的输入电阻应作为第三级的负载，交流等效电路如图2所示，输入电阻的计算如下

其中，第四级的输入电阻与第二级相同，也为47.5 kΩ，计算结果为137.6 kΩ。

图2 射极输出器的交流等效电路

2 电路仿真

2.1 仿真分析

2.1.1 静态仿真分析

利用Multisim8的直流工作点分析功能对扩音机驱动电路进行静态分析，各级主要节点电压测试结果如图3所示，利用探针功能检测射极输出器的集电极电流IC［5］，结果如图 4 所示。

静态分析的理论参数与仿真分析的各节点电位对应如表1所示。

表1 理论分析的参数与仿真分析的节点对应关系

由对比分析可知:静态工作点的仿真分析与理论分析结果吻合。

2.1.2 动态仿真分析

输入ui=10 mV，f=1 kHz的交流信号，进行动态分析。

仿真分析1 电压放大倍数，利用Multisim8提供的虚拟数字万用表的交流电压档对各级电路的输出信号进行仿真分析，结果如表2所示。

表2 各级输出电压的仿真分析

由此计算出各级电压放大倍数及总电压放大倍数，如表3所示。

表3 各级电压放大倍数

由对比分析可知:电压放大倍数的仿真分析与理论分析结果吻合。

仿真分析2 瞬态分析，瞬态分析是电路的响应在激励的作用下在时间域内的函数波形。在此利用示波器进行观察、比较。Multisim8提供的示波器有双通道和四通道两种，文中利用四通道示波器依次显示各级输出信号的波形，如图5所示，利用双通道显示整个电路输入输出的波形，如图6所示，为便于观察波形，各通道的Scale参数设置不同，四通道的Scale参数分别为 A通道 100 mV/Div，B通道 2 V/Div，C通道200 mV/Div，D通道5 V/Div，双通道的Scale参数分别为A通道100 mV/Div，B通道5 V/Div。由图6可见，各级输出信号及总电路输出信号均为同相放大，与理论分析一致。

仿真分析3 输入电阻，在理论分析中，输入电阻的求解是根据画出的交流等效电路后，利用电路分析的知识来完成，而在仿真分析中，则可根据输入电阻的定义Ri=Ui/Ii，利用Multisim8提供的虚拟仪器直接测出Ui、Ii后计算出Ri，仿真分析如表4所示。

表4 输入电阻的仿真分析

计算出Ri=140.6 kΩ，与理论分析吻合。

2.2 层次化的模块电路管理

由于扩音机驱动电路是一个多级放大器，为便于管理，将局部单元电路组合成电路模块，构建成子电路的形式［6］，如图7所示，图中每级电路构成一个模块。子电路的构建提供了一种层次化的模块电路管理方法，在表达方式上直观，也有利于电路检查。对图7进行动态仿真分析，结果列于表5中。

图7 扩音机驱动电路的子电路

表5 子电路的动态仿真分析

由此计算出电路总电压放大倍数Au为199.8，各级电压放大倍数分别为Au1=0.99，Au2=48.48，Au3=0.09，Au4=48.46，输入电阻 Ri=140.7 kΩ，与分立元件构成的放大电路仿真结果一致。

3 数据对比分析

以上是对扩音机驱动电路的静态和动态参数进行的分析。由对比可知:通过电路仿真测出的参数与理论分析计算出的参数在误差范围内一致。对于部分数据存在的差异则可以根据电路知识进行分析，如静态分析中射极输出器的基极电位UB，理论计算为7.5 V，仿真分析为7.28 V，造成差异的原因是理论分析时忽略了基极电流的分流作用，认为R1和R2构成分压偏置电路，如果考虑到IB的分流作用，UB＜7.5 V;又如理论分析时估算射极输出器的电压放大倍数Au≈1，而实际电路的Au＜1，通过仿真分析测出第一级放大倍数为0.99，可见仿真分析更接近于实际电路的情况。

4 结束语

扩音机驱动电路是扩音机的重要组成部分，其电路的设计及参数设置直接影响到扩音机的整体性能。文中通过对扩音机驱动电路的仿真分析，并与理论计算的结果对比可知，二者在数据上一致。对电子电路的分析和计算在理论上往往采用的是工程估算法，而计算机则能辅助完成严格的分析和计算。由于Multisim8具有实现电路特性的模拟测试等众多功能，在扩音机驱动电路及其他应用电路的测试、分析、设计上提供了强有力的辅助分析工具，从而能够促使电路的设计在整体性能上达到最佳状态。

［1］ 陈大钦.电子技术基础:模拟部分［M］.北京:高等教育出版社，1991.

［2］ 华成英.模拟电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［3］ 唐程山.电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［4］ 胡宴如.模拟电子技术［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［5］ 王冠华，王伊娜.Multisim8电路设计及应用［M］.北京:国防工业出版社，2006.

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