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第7章 Multisim在模拟电子线路中的应用,7.1 三极管输出特性曲线测试7.2 单级共射放大电路7.3 差动放大电路7.4 共射放大电路频率特性7.5 负反馈放大电路7.6 非正弦波产生电路7.7 整流与滤波7.8 正弦波振荡电路 习题,7.1 三极管输出特性曲线测试,三极管输出特性曲线是指以三极管的集电极、发射极之间电压uce作为坐标横轴，以三极管集电极电流ic作为坐标纵轴，改变基极电流ib的大小，测量ic 与uce之间的关系曲线　　在模拟电路中，经常需要测量放大电路的主要器件——三极管的输出特性曲线对此，可以采用传统的逐点测量法测量，电路如图7-1所示图中，2N2712是一个NPN型三极管，XMM1、XMM2和XMM3是数字万用表，分别用来测量基极电流、集电极电流以及集电极和发射极之间的电压图7-1 逐点测量法电路,逐点测量法测量时的步骤如下：　　(1) 调整电压源V1，使ib=1 mA　　(2) 改变电压源V2，使V2分别取0 V，1 V，2 V，…，12 V，分别从电流表XMM2和电压表XMM3上读取数据，将以上测得数据在以uce为横轴，ic为纵轴的坐标上逐点描出来，得到一条曲线。

3) 改变电压源V1，使基极电流ib分别取2 mA、3 mA、4 mA、5 mA，重复(2)，即可得到一组曲线，即三极管输出特性曲线　　由测试过程可以看出，逐点测量法复杂而繁琐我们不妨利用Multisim仿真分析法　　——DC Sweep Analysis来测量三极管输出特性曲线方法如下：　　(1) 在Multisim电路窗口创建图7-2所示测试电路图7-2 三极管输出特性曲线测试电路,(2) 启动Simulate菜单中Analysis下的DC Sweep Analysis命令，打开DC Sweep Analysis对话框有关参数设置(如何设置参数，请参阅5.2.1节)如下：　　Source 1中，Source：vv1(因为vv1表示集电极和发射极之间的电压，即uce，在三极管特性曲线中以此作为坐标横轴，故选择vv1为Source1)；Start value：0 V；Stop value：　　8 V；Increment ：0.01 V(该值越小，显示的曲线越平滑)Source 2中，Source：iib(iib表示三极管基极电流，改变基极电流才能测试一组输出特性曲线，故选择iib为Source 2)；Start value：0 V；Stop value：0.0005 mA；Increment：0.0001 mA(该值越小，显示的曲线越平滑)。

　　Output variables：vvce#branch，这是流过电压源V1的电流，即集电极电流-ic3) 点击图5-13对话框上的Simulate按钮，得到如图7-3所示的曲线图7-3 输出曲线图,由于图7-3中输出曲线以集电极电流-ic表示，不符合习惯，故启动Simulate菜单中的Postprocessor命令，将图7-3中的曲线变换成习惯表示法(以ic表示坐标纵轴)在弹出的Postprocessor对话框中，进行如下设置(有关Postprocessor的参数设置请参阅5.6节)：　　(1) 分别点击 New Page和New Graph按钮，建立新页“三极管输出特性曲线”和新曲线图2) 选择Analysis Results栏内的“三极管输出特性测试”项下的DC transfer characteristic(dc01)，然后选中Analysis Variables栏中的vvce#branch变量，点击Copy Variable To Trace按钮，再点击Add Trace按钮，这样，一根dc01.vvce#branch曲线便出现在Traces to plot下部的栏中　　(3) 重复上述步骤，直至dc06.vvce#branch。

这是一簇曲线，后处理器每次只能处理一根曲线　　(4) 点击Draw按钮，即可得到图7-4所示的常见形式的三极管输出特性曲线图7-4 三极管输出特性曲线,,7.2 单级共射放大电路,1. 静态工作点的设置　　首先创建图7-5所示电路，运行仿真开关，双击示波器图标，可看到图7-6(a)所示的输出波形图7-5 单级共射放大电路,(a),图7-6 共射放大电路输出,(b),图7-6 共射放大电路输出,然后，双击电阻R3图标，改变元件参数至R3=27 kohm，可看到输出波形如图7-6(b)所示很显然，由于R3增大，三极管基极偏压增大，致使基极电流、集电极电流增大，工作点上移，输出波形出现了饱和失真　　在电路窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中点击show命令，选择show node names启动Simulate菜单中Analysis下的DC Operating Point命令，在弹出的对话框中的Output variables 页将节点3，4，7作为仿真分析节点点击Simulat按钮，可获得仿真结果如下：V3=1.81598 V，V4=4.8422 V，V7=1.20401 V2. 输入信号的变化对放大电路输出的影响　　当图7-5所示电路的输入信号幅值为5 mV时，测得输出波形如图7-7(a)所示。

改变输入信号幅值，使其分别为10 mV、15 mV、20 mV，输出将出现不同程度的非线性失真，即输出波形为上宽下窄当输入信号幅值为21 mV时，输出严重失真，如图7-7(b)所示由此说明，由于三极管的非线性，图7-5所示共射放大电路仅适合于小信号放大，当输入信号太大时，会出现非线性失真图7-7 改变输入时的输出波形,(a),(b),图7-7 改变输入时的输出波形,3. 测量放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻　　放大倍数、输入电阻和输出电阻是放大电路的重要性能参数，下面利用Multisim仪器库中的数字万用表对它们进行测量　　1) 测试放大倍数　　在图7-5所示电路中，双击示波器图标，从示波器上观测到输入、输出电压值，计算电压放大倍数Av = Vo/Vi2) 测量输入电阻　　在输入回路中接入电压表和电流表(设置为交流AC)，如图7-8所示运行仿真开关，分别从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则Rif = Ui /Ii，测得频率为1 kHz时的输入电阻图7-8 输入电阻测试电路,3) 测量输出电阻　　根据输出电阻计算方法，将负载开路，信号源短路，在输出回路中接入电压表和电流表(设置为交流AC)，如图7-9所示，从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则Rof = Uo/Io，测得频率为1 kHz时的输出电阻。

图7-9 输出电阻测试电路,,7.3 差动放大电路,差动放大电路是由两个电路参数完全相同的单管放大电路，通过发射极耦合在一起的对称式放大电路，具有两个输入端和两个输出端图7-10为一个典型的恒流源差放电路，其中，三极管Q1、Q2构成差放的两个输入管，Q1、Q2的集电极Vc1、Vc2构成差放电路的两个输出端；三极管Q3、Q4构成恒流源电路图7-10 恒流源差放电路,静态时，Vi=0，由于电路对称，双端输出电压为0　　差模输入时，Vi1 = -Vi2，Vid =Vi1-Vi2若采用双端输出，则负载R1的中点电位相当于交流零电位，差模放大倍数Avd与单级放大倍数Avd1、Avd2相同，即Avd= Avd1=-Avd2；若采用单端输出，则Avd= Avd1/2共模输入时，Vic =Vi1 =Vi2，Vc1 =Vc2，双端输出时输出电压为0，共模放大倍数Avc=0，共模抑制比KCMR=∞　　本节将通过示波器来验证差放电路的特性，并用参数扫描分析法分析差放电路不对称时对输出的影响1. 测试差模放大特性　　在Multisim电路窗口连接图7-10所示电路，其中，Vi1=V3、Vi2=0，这是一组任意输入信号，但我们可以将这组任意信号分解为一对差模信号和一对共模信号。

双击示波器图标，从示波器观测到单端输出时的输出波形如图7-11(a)所示由示波器可测得输入电压Vi=10 mV时，输出电压Vo=-45.6 mV，由此可计算出单端输出时差模电压放大倍数Avd=Vo/Vi因为Avd1，故差放电路对差模信号具有放大特性a),图7-11 差放电路输出波形,(b),图7-11 差放电路输出波形,2. 测试共模抑制特性　　在Multisim电路窗口连接图7-12所示电路，其中三极管Q1、Q2的两输入端并接在一起，为共模输入信号双击示波器图标，从示波器观测到单端输出时的输出波形如图7-11(b)所示由示波器可测得输入电压Vi=10 mV时，输出电压Vo=-0.975 mV由此可计算出单端输出时共模电压放大倍数Avc=Vo/Vi因为Avc<<1，故差放电路对共模信号具有抑制特性图7-12 共模特性测试电路,3. 参数扫描分析　　差动放大电路为完全对称电路，当R8与R10不相等时，差动放大电路不再对称，输出会发生什么变化呢？我们不妨用Multisim仿真分析法中的参数扫描分析来观测输出的变化　　启动Simulate菜单中Analysis命令下的Parameter Sweep命令项，在弹出的对话框中进行如下设置：,(1)  Analysis Parameter页参数设置如下：Sweep Parameter：Device Parameter；Device：Resistor；Name：rr8；Parameter：Resistence；Sweep Variation Type：Linear；Start：500;Stop：800;Increment：300。

2) 点击More按钮，在More option页，Analysis to选Transient analysis再点击Edit Analysis，设置参数Start time为0，End time为0.002最后点击Accept按钮3) 点击参数扫描法对话框中的Simulate按钮，即可得到图7-13所示仿真结果图7-13中，曲线(1)、(4)分别表示R8=0.8 kohm时Vc1、Vc2的输出波形，曲线(2)、(3)分别表示R8=0.5 kohm时Vc1、Vc2的输出波形　　由图7-13可知，电路是否对称对集电极静态电压有影响R8=0.5 kohm时，电路对称，三极管Q1、Q2具有相同的静态偏置电压；而当R8=0.8 kohm时，电路不对称，三极管Q1、Q2的静态偏置电压明显不同图7-13 参数扫描曲线图,为了更直观地观测差放电路不对称时的双端输出波形，可以启动Multisim中的后处理器(Postprocessor)进行处理在后处理器对话框中设置参数(如何设置，请参阅5.6节)，选择V(1)-V(2)，即可得到图7-14所示的输出波形曲线(1)、(2)分别表示差放电路对称、不对称时的双端输出波形。

由图7-14所示输出波形可以看出，差放电路不对称时，静态双端输出不为0，且交流输出幅度略有减小图7-14 差放电路双端输出波形,,7.4 共射放大电路频率特性,1. 测试放大电路的低频频率特性首先创建图7-15所示电路图7-15 共射放大电路,(1) 启动Simulate菜单中Analysis命令下AC Analysis命令项，在弹出的AC Analysis对话框中进行如下设置：Frequency Parameters页选择默认设置，Output variables页选择节点4作为输出节点点击Simulate，即可得到图7-16所示的仿真结果图7-16 C3=100 uF时的仿真曲线,(2) 双击图7-15中电容C3图标，使电容C3取值为10 uF，重复(1)，即可得到图7-17所示的仿真结果图7-17 C3=10 uF时的仿真曲线,。