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差分放大電路利用電路參數的對稱性和負反饋作用，有效地穩定靜態工作點，以放大差模信號抑制共模信號為顯著特征，廣泛應用于直接耦合電路和測量電路的輸入級。但是差分放大電路結構復雜、分析繁瑣，特別是其對差模輸入和共模輸入信號有不同的分析方法，難以理解，因而一直是模擬電子技術中的難點。Muhisim作為著名的電路設計與仿真軟件，它不需要真實電路環境的介入，具有仿真速度快、精度高、準確、形象等優點。因此，Multisim被許多高校引入到電子電路實驗的輔助教學中，形成虛擬實驗和虛擬實驗室。通過對實際電子電路的仿真分析，對于縮短設計周期、節省設計費用、提高設計質量具有重要意義。 1 Multisim8軟件的特點 Muhisim是加拿大IIT(Interactive Image Tech—nologies) 公司在EWB(Electronics Workbench)基礎 上推出的電子電路仿真設計軟件，Muhisim現有版本為Muhisim2001，Muhisim7和較新版本Muhisim8。它具有這樣一些特點： (1)系統高度集成，界面直觀，操作方便。將電路原理圖的創建、電路的仿真分析和分析結果的輸出都集成在一起。采用直觀的圖形界面創建電路：在計算機屏幕上模仿真實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取。操作方法簡單易學。 (2)支持模擬電路、數字電路以及模擬／數字混合電路的設計仿真。既可以分別對模擬電子系統和數字電子系統進行仿真，也可以對數字電路和模擬電路混合在一起的電子系統進行仿真分析。 (3)電路分析手段完備，除了可以用多種常用測試儀表(如示波器、數字萬用表、波特圖儀等)對電路進行測試以外，還提供多種電路分析方法，包括靜態工作點分析、瞬態分析、傅里葉分析等。 (4)提供多種輸入／輸出接口，可以輸入由PSpice 等其他電路仿真軟件所創建的Spice網表文件，并自動形成相應的電路原理圖，也可以把Muhisim環境下創建的電路原理圖文件輸出給Protel等常見的印刷電路軟件PCB進行印刷電路設計。 2 差分放大電路仿真分析 運行Muhisim 8，在繪圖編輯器中選擇信號源、直流電源、三極管、電阻，創建雙端輸入雙端輸出差分放大電路(雙入雙出差分放大電路)如圖1所示，標出電路中的結點編號。 該次仿真中，采用虛擬直流電壓源和虛擬晶體管，差分輸入信號采用一對峰值為5 mV、頻率為1 kHz的 虛擬正弦波信號源。設置虛擬晶體管的模型參數BF= 150，RR=300Ω。 2．1 差模放大性能仿真分析 2．1．1 直流分析 直流分析實際上就是確定靜態工作點。選擇Sim-ulate菜單中的Analysis命令，然后選擇Dc OperatingPoint子命令，分析結果如圖2所示。 用靜態工作點分析方法得VBEQ1=UBEQ2=O．69 V，UCEQ1=UCEQ2=V3一V2Δ8．94 V，與題中理論計算結果完全相同。 2．1．2 差模放大倍數分析 加差模信號 ui1，ui2，分別接入電路的左右輸入端，電阻R1作為輸出負載，則電路的接法屬于雙入雙出。將四通道示波器XSC1的3個通道分別接在信號源ui1和負載R1兩端，如圖1所示。運行并雙擊示波器圖標XSC1，調整各通道顯示比例，得差分放大電路的輸入／輸出波形如圖3所示。 用示波器觀察和測量輸入電壓和輸出電壓值，差模信號單邊電壓V1△一3．597 mV(5 mV／Div)，單邊輸出交流幅值約為170．124 mV(500 mV／Div)，所以雙入雙出差分放大電路的差模放大倍數AuΔ一170．124／3．597=一47，與單管共射的放大倍數相同，即差分放大電路對差模信號具有很強的放大能力。仿真結果與題中理論計算結果相同。 2．2 共模抑制特性仿真分析 2．2．1 共模放大倍數分析 在圖1中，將信號源ui2的方向反過來，即加上共模信號，運行并雙擊示波器圖標XSC1，調整A，B通道顯示比例，可得如圖4所示波形。 由圖4波形可知，在峰一峰14 mV(有效值為5 mV)的共模信號作用下，輸出的峰值極小，峰一峰值為13 mV，因此單邊共模放大倍數小于1。且uc1和uc2大小相等，極性相同。所以，在參數對稱且雙端輸出時，共模放大倍數等于0，說明差分放大電路對共模信號具有很強的抑制能力。顯然，仿真結果與理論分析結果一致。 2．2．2 共模抑制比分析 選擇Simulate菜單中的Analysis命令，然后選擇Transient Analysis子命令，選擇結點3，4作為輸出，單擊Simulate按鈕；選擇Simulate菜單中的后處理器Postprocessor子命令，在Expression列表框中編輯“V($4)一V($3)”，然后打開Graph選項卡，可畫出差分放大電路共模輸入雙端輸出波形，見圖5。可見，波形屬于噪聲信號，且幅值極小，可忽略不計。因此，差分放大電路雙端輸出時，其共模抑制比KCNR趨于無窮大。如果再將圖1所示的電路中發射極電阻R2改為恒流源，重復前面步驟，再分析共模特性，可得出結論：具有恒流源的差分放大電路的共模抑制比KCNR更高。 3 結 語 應用Multisim8軟件對差分放大電路進行仿真分析，結果表明仿真與理論分析和計算結果一致，應用Multisim進行虛擬電子技術實驗可以十分方便快捷地獲取實驗數據，突破了在傳統實驗中硬件設備條件的限制，大大提高了實驗的深度和廣度。利用仿真可以使枯燥的電路變得有趣，復雜的波形變得形象生動，并且不受場地(可以在教室、宿舍)，不受時間(課內、課外)的限制，通過教師演示和學生動手設計、調試，不但可以使學生更好地掌握所學的知識，同時提高了學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力。 |
