基于Multisim的电子线路分析与仿真

摘要：针对传统电子技术课程教学中存在的问题，提出在教学中引入Multisim进行辅助分析。利用Multisim对电子技术课程中的典型电路进行仿真，其各项结果与理论一致，且可以很方便地改变电路元件参数，观察不同条件下电路的工作情况。将虚拟实验和传统教学有机结合起来，能更好地提高学生的学习积极性和探索精神。
关键词：Multisim；电子线路；辅助分析；线路仿真

0 引言
电子技术课程是电类专业一门非常重要的专业基础课，该课程的教学质量直接关系到后续课程的学习，关系到学生的培养质量。电子技术课程具有基础性、工程性、实践性的特点。近年来，电子技术的发展日新月异，新技术和新器件不断涌现，日益丰富着电子技术课程的教学内容。传统的电子技术教学方法和内容已经不能很好地适应人才培养的要求，为了更好地提高电子技术课程教学效果，在课堂上引入Multi sim仿真分析不失为一个行之有效的方法。Multisim是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一。本文将结合电子技术课程中的典型电路详细说明Multisim的应用。

1 Multisim的主要功能和特点
Multisim2001是加拿大Interactive Im-age Technologies公司推出的电路设计和仿真分析软件，它将电路原理图、电路仿真及PLD设计三者合一，利用该软件可以建立模拟、数字及其混合电路，并进行仿真。其特点是：易学实用性强，界面简洁，元件库齐全，仿真功能强大。学生普遍反映电子类课程难学，主要问题是概念抽象、课程教学的直观性差。随着多媒体教学的普及，如果教学中引入电路设计和仿真分析软件Multisim2001在课堂进行演示，可以解决电子技术课程概念抽象、课程教学的直观性差的普遍问题，达到增强学生的感性认识，提高教学效率的效果。

2 Multisim用于单管共发射极放大电路的电路分析
利用Multisim软件进行仿真分析的基本步骤为：
根据原理和设计需要，创建仿真电路原理图，然后根据实际情况设置好电路图选项，设定仿真分析方法，打开仿真开关，运行所设计好的电路，借助仿真仪器，即可得到仿真结果，同时结果还可以对输出的文件和数据做进一步分析处理。进入工作窗口绘制电路图。按图1所示设置电路元件参数。当基极的电流有一个微小变化量时，晶体管的集电极电流将产生一个较大的变化量，这个较大的变化量流过集电极负载，使集电极电压发生相应的变化，于是晶体管集电极和发射极之间的电压发生一个相反的变化量，由电路分析可知，这个相反的变化量就是输出电压。下面通过仿真分析观察一下这个过程。

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2．1 静态工作点计算
输入信号采用有效值为10 mV，频率为1 000 Hz的正弦信号，然后点击Simulate→analyses→DC operating point分析静态工作点，得到如图2结果。
理论值：

由式(1)、式(2)和式(3)可得出仿真结果与理论分析计算基本一致。
2．2 输出电压波形分析
添加oscilloscope，其中A通道观察负载RL处的输出信号；B通道观察输入信号。可以得到如图3波形。由图3可知，首先，当输入电压有一个微小变化时，通过放大电路，在输出端可得到一个比较大的电压变化量。可见，单管共发射极放大电路能够实现电压放大作用。其次，当输入一个正弦电压时，输出端正弦电压信号的相位与输入端信号的相位相反，可见单管共发射极放大电路还具有倒相作用。

2．3 频率特性分析
由于放大器件本身具有极间电容，此外放大电路中有时存在电抗性元件，所以当放大电路输入不同频率的正弦电压信号时，电路的放大倍数将有所不同，而成为频率的函数。在中频段，各种容抗的影响可以忽略不计，所以电压放大倍数基本上不随频率而变化。在低频段，由于隔直电容的容抗增大，信号在电容上的压降也增大，所以电压放大倍数将降低。同时，隔直电容与放大电路的输入电阻构成一个RC高通电路，因此将产生0～+90°之间的超前附加相位移。在高频段，由于容抗减小，故隔直电容的作用可以忽略，但是，晶体管的极间电容并联在电路中，将使电压放大倍数降低，而且，构成一个RC低通电路，产生0～-90°之间滞后的附加相位移。为了能更直观地分析和掌握单管共发射极放大电路的频率特性，启动Simulate→analyses→AC analysis进行交流分析，得到如图4所示的幅频和相频响应曲线：

由图4可知，单管共发射极放大电路在不同频率范围的放大倍数和附加相位移与理论定性分析基本一致。

3 结语
用仿真软件Multisim对单管共发射极放大电路输出电压波形和频率特性进行了仿真，结果显示与理论基本相同。课堂上通过理论讲授分析，可使学生对电路的工作原理有一定的初步认识。通过仿真，学生可以把抽象的认识和比较形象的仿真结果联系起来，加深对课程理论知识的理解。因此，将仿真软件与传统的课堂教学有机地结合起来，能够更好地提高学生的学习积极性。