Multisim14在单管共射放大电路分析中的应用

Multisim14在单管共射放大电路分析中的应用
摘要：利用Multisim14仿真软件对单管共射放大电路进行了计算机辅助教学，
采用直流工作点分析了电路静态工作点的设置，利用双通道示波器分析了静态工
作点过高或过低对输出波形的影响。

对电压增益、输入电阻和输出电阻的仿真测
试结果和理论计算基本吻合。

研究表明，利用Multisim14强大的分析功能对电子
电路进行计算机仿真，可以提高教学质量和教学效果。

关键词：Multisim14；电路仿真；静态工作点；动态指标
0 引言
模拟电子技术是高职涉电类专业的基础课程，而这门课程本身学起来比较难。

单管共射放大电路是这门课程的入门电路，也是这门课程的教学重点和难点，如
果能够对此电路的工作原理有相对深入的理解，对以后更好地学习这门课程有很
大帮助。

利用Multisim14仿真软件对电子电路进行计算机仿真，实现在有限的课
题教学中，化简单抽象为具体形象，化枯燥乏味为生动有趣，能充分调动学生的
学习兴趣和主动性，帮助学生更好地理解和掌握学习内容。

本文以单管共射放大
电路为例，应用Multisim14仿真软件进行了模拟电路的计算机辅助教学。

1、应用Multisim14画出单管共射放大电路
在Multisim14中创建如图1所示的单管共射放大电路，选用NPN型硅晶体管
2N2222A作为BJT，XSC1双踪示波器用于观测输入/输出信号波形，交流信号源为10mvrms，频率为1KHz。

单管共射放大电路如图所示图中，左上角的XSC1是双
踪示波器。

能够显示电子信号的幅值和频率，在本电路中用来比较输入和输出信
号的波形，一定要让学生学会如何调试示波器，这也是这部分的教学重点。

在这
个教学过程中，首先，让学生学会了怎样去画一个电路图，可以使学生系统的认
识这个放大电路。

其次，让学生学会了电子元器件的选择。

最后，让学生了解了
国外电子元件型号同时加深对国产电子元件型号的理解和运用。

2、单管共射放大电路静态工作点分析
在单管共射放大电路的理论讲解中，其重点和难点是静态工作点（Q点）的
设置。

由于这个难点不仅非常抽象而且对后续内容也有着承上启下的作用，在传
统教学中即使老师用出浑身解数还是有好多学生不理解。

然而使用Multisim14来
辅助教学，这个难点会被很轻松的突破掉。

2.1 设置合理的静态工作点
为了获得放大的不失真输出信号，电路需要设置合适的静态工作点（Q点）。

对图1所示电路进行直流工作点分析，得到如图2所示的仿真数据，包括晶体管
的结点电位和基极、集电极、发射级电流。

图1 单管共射放大电路
图2 放大电路直流工作点分析（1）理论分析（估算法）
根据理论分析和仿真测量的数据对比，可知仿真分析数据与理论估算数据基本一致，说明仿真实验对实际电路的分析具有指导意义。

另外，与电源电压相比，该放大电路的Q点设置合理。

在设置了合适的Q点之后，
在输入端加上低频小信号电压，观察到如图3所示的输入/输出信号波形图。

由图
3可见，输入/输出信号反相，输出波形完整无失真，与输入信号相比，输出信号
的幅值有很大增加。

可见，该电路基本实现了对低频小信号的放大功能。

图3 输入/输出信号波形图
2.2 饱和失真与截止失真
在Q点的教学实践中，学生对于Q点的理解往往很模糊，存在为何要设置Q 点，如何设置Q点，Q点设置不合理会出现什么结果等疑问。

通过改变偏置电阻
的阻值改变放大电路的偏置电压来获得合适的Q点。

通过改变RB1的阻值来观察
Q点设置偏高和偏低所带来的失真。

取交流信号源为60mvrms，频率为1kHz。

当，对电路进行直流工作点分析，得到，Q点设置过高，出现饱和失真（底部失真），输入/输出波形如图4所示。

当，得到，Q点设置过低，出现截止失真（顶部失真）。

输入/输出波形如图5所示。

通过演示，让学生看到设置Q点不同会造成
什么结果，对Q点合理设置的理解就深入透彻了。

图4 饱和失真
图5 截止失真 3 单管共射放大电路的动态指标
3.1 电压增益
图6 电压增益测量电路
如图6所示，由放置在放大电路的输入端和输出端的2个电压探针测量显示
的输入电压瞬时峰-峰值 [Vi(p-p) ]和输出电压瞬时峰-峰值[Vo(p-p) ]，可以大致计算出该放大电路的电压增益：
3.2 输入电阻
图7 输入电阻测量电路
在Multisim14中创建如图7所示的输入电阻测量电路。

在放大电路的输入端
接入电压和电流探针，运行电路，得到测量显示的输入电压瞬时峰-峰值 [V(p-p) ]
和输出电压瞬时峰-峰值[I(p-p) ]电流和电压的测量值，依据测量结果计算输入电阻：
比较可见，仿真分析与理论计算的结果比较吻合。

3.3 输出电阻
图8 输出电阻测量电路
测量输出电阻采用的是外加激励源法，创建如8所示的测量电路，由放置在
放大电路的输出端的电压和电流探针测量显示的电压瞬时峰-峰值 [V(p-p) ]和电流
瞬时峰-峰值[I(p-p) ]可以大致计算出该放大电路的输出电阻：
比较可见，仿真结果与理论计算结果相近。

4、总结
本文以单管共射放大电路为例，在电子技术中引入了Multisim14辅助教学，即
利用直流工作点分析放大电路的静态工作点，对电路的动态指标进行了仿真测算，对比结果发现，测量值与理论计算值基本吻合。

电子技术可以使用Multisim14进
行探究式教学，其教学过程为学生创造了探究式学习条件，学生通过虚拟仪器，
实时观察实验的运行结果，还可以用不同类型元器件进行自我创新的电路设计。

激发了学生的求知欲，培养学生的创新能力和综合分析设计能力。

引入
Multisim14仿真软件辅助教学，可以显著提高教学质量和教学效果。

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