0 引言

    放大電路是構(gòu)成各種功能模擬電路的基本電路，能實現(xiàn)對模擬信號最基本的處理--放大，因此掌握基本的放大電路的分析對電子電路的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。三極管放大電路是含有半導(dǎo)體器件三極管的放大電路，是構(gòu)成各種實用放大電路的基礎(chǔ)電路，是《模擬電子技術(shù)》課程中的重點內(nèi)容。在課程學(xué)習(xí)中，一再向?qū)W生強調(diào)，放大電路放大的對象是動態(tài)信號，但放大電路能進(jìn)行放大的前提是必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，如果靜態(tài)工作點不合適，輸出的波形將會出現(xiàn)失真，這樣的“放大”就毫無意義。什么樣的靜態(tài)工作點是合適的靜態(tài)工作點；電路中的參數(shù)對靜態(tài)工作點及動態(tài)輸出會產(chǎn)生怎樣的影響；正常放大的輸出波形與失真的輸出波形有什么區(qū)別；這些問題單靠課堂上的推理及語言描述往往很難讓學(xué)生有一個直觀的認(rèn)識。在課堂教學(xué)中引入Multisim仿真技術(shù)，即時地以圖形、數(shù)字或曲線的形式來顯示那些難以通過語言、文字表達(dá)令人理解的現(xiàn)象及復(fù)雜的變化過程，有助于學(xué)生對電子電路中的各種現(xiàn)象形成直觀的認(rèn)識，加深學(xué)生對于電子電路本質(zhì)的理解，提高課堂教學(xué)的效果。實現(xiàn)在有限的課堂教學(xué)中，化簡單抽象為具體形象，化枯燥乏味為生動有趣，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性。

    1 Multisim 10簡介

    Multisim 10是美國國家儀器公司（NI公司）推出的功能強大的電子電路仿真設(shè)計軟件，其集電路設(shè)計和功能測試于一體，為設(shè)計者提供了一個功能強大、儀器齊全的虛擬電子工作平臺，設(shè)計者可以利用大量的虛擬電子元器件和儀器儀表，進(jìn)行模擬電路、數(shù)字電路、單片機和射頻電子線路的仿真和調(diào)試。

    Multisim 10的主窗口如同一個實際的電子實驗臺。屏幕中央?yún)^(qū)域最大的窗口就是電路工作區(qū)，電路工作窗口兩邊是設(shè)計工具欄和儀器儀表欄。設(shè)計工具欄存放著各種電子元器件，儀器儀表欄存放著各種測試儀器儀表，可從中方便地選擇所需的各種電子元器件和測試儀器儀表在電路工作區(qū)連接成實驗電路，并通過“仿真”菜單選擇相應(yīng)的仿真項目得到需要的仿真數(shù)據(jù)。

    2 三極管放大電路的仿真分析

    本文以圖1所示的阻容耦合三極管單級放大電路作為分析對象，分別進(jìn)行靜態(tài)分析和動態(tài)分析。靜態(tài)分析將分析電路的直流工作情況，動態(tài)分析將分析電路對交流信號的放大情況。

    根據(jù)實驗電路圖，在Multisim界面下模擬連接電路，確定電路中的各元器件參數(shù)，使用Multisim虛擬儀器進(jìn)行在線測量。與理論分析一樣，仿真分析時應(yīng)遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”的原則。首先獲取電路的靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)，再輸出電路的動態(tài)輸出情況。這里將利用“直流工作點分析”功能讀取靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)，利用虛擬儀器“示波器”觀察三極管的輸入/輸出波形。

    2.1 仿真分析的理論依據(jù)

    分析圖1所示電路，可求得其靜態(tài)工作點估算表達(dá)式：

    由理論分析可知，當(dāng)利用三極管單級放大電路對交流小信號進(jìn)行放大時，如果為電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點Q,就能保證三極管在整個信號周期內(nèi)均工作在放大區(qū)，放大輸出的信號就不會失真。若Q點偏高，三極管會在輸入信號的正半周因集電極電位UC低于基極電位UB而飽和，集電極電流IC因此會出現(xiàn)頂部失真，而放大電路輸出的信號則會出現(xiàn)底部失真。若Q點偏低，三極管會在輸入信號的負(fù)半周因發(fā)射結(jié)電壓UBE低于導(dǎo)通電壓UON而截止，基極電流IB及集電極電流IC因此會出現(xiàn)底部失真，而放大電路輸出的信號則會出現(xiàn)頂部失真。三極管在直流電源及外電路的共同作用下靜態(tài)工作點是否合適，可由UBEQ,UCEQ的取值進(jìn)行判斷。

    （1）若UBEQ的取值為三極管2N222A的導(dǎo)通電壓UON,約在0.6~0.7V之間，且UCEQ的取值接近于VCC的12時，能保證三極管在整個信號周期均能工作在放大區(qū)，輸入信號被放大一定倍數(shù)后在輸出端不失真的輸出，且輸出與輸入反向。

    （2）若UBEQ的取值為三極管2N222A的導(dǎo)通電壓UON ,但UCEQ的取值小于UBEQ時，三極管此時已經(jīng)飽和，在輸入信號的正半周會一直處于飽和狀態(tài)，輸出信號因此出現(xiàn)底部失真現(xiàn)象。

    （3）若UBEQ的取值小于三極管2N222A的導(dǎo)通電壓UON ,但UCEQ的取值接近于VCC時，三極管此時基本處于截止?fàn)顟B(tài)，在輸入信號的負(fù)半周會一直處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出信號因此出現(xiàn)頂部失真現(xiàn)象。<