基于Multisim的负反馈放大电路动态参数仿真分析

杨 洁，谷肖飞，路书祥，钟英辉

（郑州大学 物理学院（微电子学院），河南 郑州 450001）

0 引 言

模拟电子技术是电子类专业非常重要的专业基础课程，是理论与实践相结合的工程类课程，主要内容包括常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器以及放大电路设计等。负反馈放大电路是模拟电子技术的重点，是设计其他实用放大电路的基础[1,2]。学习模拟电子技术课程对于学生来讲最重要的是要用工程师的视角去认识和解决问题，而不能像基础理论课一样仅仅局限于理论层面的认知，因此在该课程的教学过程中必须与实验相结合，才能够使得学生更加深刻的理解电路设计过程[3,4]。由于目前教学时间的限制，在模拟电子技术课程每一次教学过程中都采用搭建真实电路的方法教学是不现实的，而Multisim仿真软件很好地解决了这个问题[5]。在教学过程中，通过Multisim软件对放大电路进行仿真，可以直观地给学生展示电路测试结果。下面以两级耦合负反馈放大电路为例来阐述Multisim软件在放大电路学习过程中的应用。两级共射负反馈放大电路如图1所示。

图1 两级共射负反馈放大电路

1 放大电路动态参数仿真分析

1.1 放大倍数测量

在电路信号输入端接入20 mV/10 kHz正弦波测试信号，用Multisim软件的虚拟示波器同时测试电路输入端和输出端波形如图2所示，输入端信号峰峰值为39.920 mV，输出端信号峰峰值为3.601 V，计算可得出放大倍数为90.2倍，比预设的100倍约小10%。这是因为100倍是根据开环增益为无穷大时的估算值，而实际的两极共射放大电路的放大倍数并不能像集成运算放大电路一样达到近似于无穷大的放大倍数[6]。

图2 放大电路输入与输出信号波形图

1.2 输入电阻的测量

图3 信号源端与放大电路输入端信号波形图

1.3 输出电阻的测量

如果将整个放大电路等效成为一个有内阻的电压源，那么这个电压源内阻即是该放大电路的输出电阻，因此放大电路的输出电阻与负载是串联关系。当放大电路空载时的输出电压即是这个等效电压源的电压值，当放大电路带上负载之后，负载与输出电阻一起串联分压，因此负载上获得的电压值会降低。由于负载电阻是已知的，根据空载与带载时的电压之比可以推算出输出电阻值[8]。

2 负反馈对放大电路性能的影响

2.1 负反馈对放大倍数的影响

设置输入信号为2 mV/1 kHz，首先将反馈支路断开，测试无反馈时的输出信号。输入信号峰峰值为3.975 mV，输出信号峰峰值为3.959 V。由此算出没有反馈时放大倍数A为996倍。接上反馈支路后再次测试输入信号峰峰值为3.982 mV，输出信号峰峰值为359.4 mV。计算得出接入反馈后的放大倍数为90.3倍，很显然，接入反馈后放大倍数减小了。由于该反馈支路的反馈系数F为100 Ω/(100 Ω+10 kΩ)≈0.009 9，根据理论计算放大倍数应该减小为1/（1+AF）倍，即0.092倍，仿真测试结果恰好验证了这一结论[9]。

2.2 电压串联负反馈增大输入电阻，减小输出电阻

在2.1的仿真测试中，断开反馈时输入信号峰峰值为3.975 mV，有反馈时输入信号峰峰值为3.982 mV，很显然放大电路的输入信号增大了，因此可以推断出加上串联负反馈后，输入电阻增大了[10]。

断开负反馈支路，用1.3中测量输出电阻的方法测量没有反馈支路时的输出电阻。设置负载电阻为10 kΩ，带载时，输出信号峰峰值为3.969 V，空载时输出信号峰峰值为4.9 V。计算得出输出电阻为2.35 kΩ。与1.3中计算的接入电压串联反馈之后的输出电阻272 Ω做比较，可以得出输出电阻明显减小。

3 结 论

负反馈放大电路是模拟电子技术课程的重点内容，学生通过理论课程的学习，对相关知识的学习往往停留在理论的认知，没有直观的理解。通过Multisim软件仿真，可以分析放大电路的静态工作点，可以测量动态参数，如放大倍数、输入电阻以及输出电阻，还可以深刻理解负反馈对放大电路性能的影响。通过Multisim仿真练习，可以达到在实验室搭建实际电路的学习效果。因而，Multisim软件对学习模拟电子技术课程具有重要的意义。