Multisim10.0在负反馈放大电路教学中的应用

反馈在电子线路中的应用广泛,在放大电路中引入负反馈可以提高增益的稳定性,扩充通频带,减少非线性失真,抑制干扰和噪声,改变输入电阻和输出电阻[1]。在传统的负反馈放大电路的教学中,教师在介绍这些理论知识时都是通过理论的分析方法介绍负反馈放大电路的这些特点,部分学生是采用记忆的方式。如果在教学过程中引进仿真技术,通过仿真分析使学生看到负反馈引入电路后电路的性能发生的改变,比较没加负反馈的电路和加入负反馈的电路的性能,将帮助学生更快掌握知识点,将抽象的理论形象化、具体化,将理论知识上升到新的感性高度。实践结果证明,在教学过程中引进仿真技术可以达到事半功倍的教学效果[2~3]。本文通过仿真分析无反馈的两级放大电路和加入负反馈的两级放大电路来分析负反馈对放大器性能的影响。

1 Multisim 10.0的简介

本文介绍的multisim 10.0仿真软件是交互式SPICE仿真和电路分析软件的最新版本[4~6],它的特点主要表现在以下几方面。

(1)界面友好,简单直观,虚拟测试仪表和仿真元件外形与实物非常接近,软件易学易用。

(2)广泛丰富的元器件库。

(3)它提供了21种虚拟仪器,这些虚拟仪器与现实中所使用的仪器一样可以直接通过仪器观察电路的运行状态。同时,虚拟仪器还充分利用了计算机处理数据速度快的优点,对测量的数据进行加工处理并产生相应的结果。Multisim 10.0中的虚拟仪器可以实现自动测量、自动记录、自动数据处理,与传统仪器相比具有很大的优越性,有效的提高了电路设计与实验的效率与水平。

(4)Multisim 10.0提供了电路分析的常用方法,其中的基本分析方法主要内容包括:直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、失真分析、噪声分析、直流扫描分析…

2 仿真电路的建立

建立如图1所示的两级负反馈放大电路。为了比较分析电路加入反馈后的特点,在两级负反馈中加了了二个模拟开关。开关J1可以实现电路带负反馈(J1闭合)和不带负反馈,开关J2可以实现电路带负载(J2闭合)和空载。

3 负反馈对放大器性能的主要影响

3.1 负反馈能提高放大器增益的稳定性

载电阻变化时放大倍数也会发生改变,造成不稳定的情况。若加入电压负反馈,及可以减少由于负载电阻变化造成的输出电压的变化,即稳定输出电压,提高放大器增益的稳定性。

为了说明负反馈能提高放大器的稳定性,需要比较不带负反馈电路和带负反馈电路的输出在负载发生变化下的变化情况。即需要仿真比较以下几种情况的电路的输出。

(1)不带负反馈(J1断开)的电路不带负载(J2断开)的输出,仿真结果如图2。

(2)不带负反馈(J1断开)的电路带负载(J2闭合)的输出,仿真结果如图3。

(3)带负反馈(J1闭合的)的电路不带负载(J2断开)的输出,仿真结果如图4。

(4)带负反馈(J1闭合的)的电路带负载(J2闭合)的输出,仿真结果如图5。

以上四种情况的仿真的都是建立在输入是10m V的情况下,即未改变输入信号。其中图2和3中Y轴的灵敏度都是500m V/Div。比较图2和3发现:不带负反馈的电路带负载和不带负载的输出相差较大,不带负载时输出大约是带负载的输出的二倍,说明电路的输出与负载R有关,输出随负载变化而变化,及增益随负载变化而变化。这说明不带负反馈电路的输出是不稳定的。

图4和5中的Y轴的灵敏度都是100m V/Div。比较图4和图5发现:带负载和不带负载电路的输出基本无变化,即电路的增益是基本不变的,这说明反馈可以稳定输出电压,即提高电路增益的稳定性。

再比较这四个电路输出结果还可以发现:带负反馈的电路的增益相对与不带反反馈的电路的增益减少了很多。说明负反馈提高电路增益的稳定性的同时减少了电路的增益。

3.2 负反馈能扩展放大器的通频带

负反馈能扩展放大器的通频带是因为电路引入负反馈后,当放大倍数随着频率的升高而减小的同时,负反馈使其向相反的方向而变化,变化结果使通频带变宽。如果使用仿真软件分别仿真带负反馈和不带负反馈电路进行交流分析,就可以看到电路的不同频率特性,图6为不带负反馈的放大电路的频率特性,图7带负反馈的放大电路的频率特性。

由图6可以看出,不带负反馈的电路的通频带约为550k。由图7可以看出,带负反馈电路的通频带约为2.6M。这说明负反馈能扩展放大器的通频带。

比较输出还可以看到,加负反馈电路的中频增益降低了,所以负反馈提高放大器的上限频率是以牺牲中频增益为代价的。

4 结语

通过上面的分析可以看到,采用仿真的方法可以直观形象的反映放大电路引入负反馈后,放大电路的性能得到了改善。仿真的方法应该引进到教学的环节中[7~10],特别是电子类的实验中,通过仿真使学生加深对电路原理、元器件参数及电路性能的了解,使抽象的理论形象化,使复杂的电路分析变得简单易懂。克服了传统教学的不足,提高了教学质量,增强学生的积极性培养了学生电路设计能力和创新能力。实践结果表明,学生在每次的实验之前如果采用仿真的方法先对实验过程和实验结果仿真分析,学生的动手能力增强,测试电路参数、调试电路和分析电路故障的能力提高。

摘要：介绍仿真软件Multisim 10.0的仿真功能。利用Multisim 10.0的仿真功能,结合实例说明了负反馈在放大电路中能提高放大倍数的稳定性,改善非线性失真,扩展通频带。给出了相应的仿真波形和仿真结果,将抽象的理论形象化、具体化,在课堂上使理论和实验教学更形象、灵活。达到提高学生的分析能力和创新能力的目的。

关键词：Multisim10.0,负反馈放大电路,放大倍数,波形失真

参考文献

[1] 吴运昌.模拟电子电路基础[M].广州:华南理工出版社.

[2] 马风格,梁夏,李桂香.Multisim在电子线路实验教学中的应用探索[J].实验技术与管理,2005,22(12):73～75.

[3] 王廷才.基于Multisim的电路仿真分析与设计[J].计算机工程设计,2004,25(4):654～656.

[4] 雷跃.最新仿真软件Multisim10.0的虚拟仪器应用[J].电子制作,2007(7):46～48.

[5] 蒋卓勤.Multisim2001及其在电子设计中的应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.

[6] 周凯.EWB虚拟电子实验室[M].北京.电子工业出版社,2006.

[7] 徐宁,李欣光,刘毅平,等.电工电子类实验教学的新尝试[J].实验室科学,2007(5).

[8] 郭文川.Multisim在电子类课程教学中的实践[J].中国电力教育,2006:351～357.

[9] 梁艳,徐梁.如何提高电工电子实验教学质[J].中国现代教育装备,2006(9):80～81.

[10] 文亚凤,刘向军.EDA仿真技术在电力电子技术实践教学中的应用[J].实验技术与管理,2006,23(12):73～75.