Multisim 10在差動(dòng)放大電路分析中的應(yīng)用

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，往往需將一些變化緩慢的物理量(如溫度、轉(zhuǎn)速的變化)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，并通過(guò)直流放大器進(jìn)行放大處理。直接耦合放大電路雖能放大交、直流信號(hào)，但電源電壓的波動(dòng)，晶體管參數(shù)隨溫度變化等因素會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)“零點(diǎn)漂移”。差動(dòng)放大電路是一種利用電路結(jié)構(gòu)參數(shù)的對(duì)稱(chēng)性有效抑制“零點(diǎn)漂移”的直流放大器，它對(duì)差模信號(hào)具有放大能力，而對(duì)共模信號(hào)具有抑制作用。典型差動(dòng)放大電路由2個(gè)參數(shù)完全一致的單管共發(fā)射極電路組成。
Multisim 10是美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI公司)推出的功能強(qiáng)大的電子電路仿真設(shè)計(jì)軟件，具有豐富的新型元器件及虛擬儀器、強(qiáng)大的Spice仿真、數(shù)據(jù)可視化及分析測(cè)試功能，可對(duì)模擬、數(shù)字、自動(dòng)控制、射頻、單片機(jī)等各種電路進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)、仿真分析及功能測(cè)試。Multis-im 10提供了一個(gè)強(qiáng)大的原理圖捕獲和交互式仿真平臺(tái)，電路的設(shè)計(jì)調(diào)試、元器件及測(cè)試儀器的調(diào)用、各種分析方法的使用直觀方便，測(cè)試參數(shù)精確可靠，是應(yīng)用廣泛的優(yōu)秀EDA系統(tǒng)。本文以典型差動(dòng)放大電路為例，主要探討Multisim 10的多種分析方法在電子電路仿真設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 電路設(shè)計(jì)
在Multisim 10中建立了如圖1所示的典型差動(dòng)放大電路。T1，T2均為NPN晶體管(2N2222A)，電流放大系數(shù)β設(shè)置為80。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)J1，J2可選擇在差動(dòng)放大電路的輸入端加入直流或交流信號(hào)。數(shù)字萬(wàn)用表用于測(cè)量直流輸出電壓，示波器用于觀測(cè)交流輸入／輸出電壓波形，測(cè)量探針用于仿真時(shí)實(shí)時(shí)顯示待測(cè)支路的電壓和電流。

實(shí)際電路中T1，T2宜選用差分對(duì)管，晶體管的靜態(tài)電流ICQ不宜超過(guò)1 mA。由ICQ可選取兩管共用的發(fā)射極電阻Re，且Re不影響差模電壓放大倍數(shù)，僅對(duì)共模信號(hào)有較強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔茫虼丝梢杂行У匾种?ldquo;零點(diǎn)漂移”，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。由于兩個(gè)放大器的參數(shù)不可能完全一致，因此通過(guò)電位器Rp對(duì)電路進(jìn)行調(diào)零。
基極電阻Rb1，Rb2應(yīng)根據(jù)差模輸入電阻的要求選定。選取集電極電阻Rc1、Rc2時(shí)應(yīng)使靜態(tài)工作點(diǎn)靠近負(fù)載線的中點(diǎn)。根據(jù)輸入端和輸出端接“地”情況的不同，差動(dòng)放大電路有以下4種不同接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。

2 靜態(tài)工作點(diǎn)分析
圖1差動(dòng)放大電路靜態(tài)時(shí)因輸入端不加信號(hào)，T1，T2的基極電位近似為零，因此電位器Rp兩端的電位均為-UBE(對(duì)于硅管約為-0．7 V)，如電位器Rp的滑動(dòng)端處于中點(diǎn)位置，計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)為：

Multisim 10中直流工作點(diǎn)分析方法是對(duì)電路進(jìn)行進(jìn)一步分析的基礎(chǔ)，主要用來(lái)計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，此時(shí)電路中的交流電源將被置為零，電感短路，電容開(kāi)路。進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)分析時(shí)需將電路的節(jié)點(diǎn)編號(hào)顯示在電路圖上(見(jiàn)圖1)，并需要選擇待分析的節(jié)點(diǎn)編號(hào)。依次執(zhí)行Simulate／Analyses／DC Operating Point(直流工作點(diǎn))分析命令，設(shè)置圖1中1，2，u01，u02，Iprobe2，Iprobe3為輸出節(jié)點(diǎn)(變量)，得到圖2所示的靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果：Ie=1．48 mA，Ic1=Ic2=0．732 mA，Uc1=Uc2=4．68 V，所測(cè)參數(shù)與式(1)～式(3)分析結(jié)果基本一致。

3 參數(shù)掃描分析
參數(shù)掃描分析用來(lái)研究電路中某個(gè)元件的參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)對(duì)電路性能的影響。選擇圖1中電阻Re為參數(shù)掃描分析元件，分析其阻值變化對(duì)電路輸出波形的影響。圖1差動(dòng)放大電路設(shè)置為交流信號(hào)輸入方式，設(shè)置正弦波輸入信號(hào)頻率為1 kHz、幅值為150 mV，依次執(zhí)行Simulate／Analyses／Parametet Sweep(參數(shù)掃描)命令，設(shè)置掃描方式為L(zhǎng)inear(線性掃描)，設(shè)置電阻Re掃描起始值為5 kΩ，掃描終值為7．5 kΩ，掃描點(diǎn)數(shù)為3，設(shè)置輸出節(jié)點(diǎn)為u01，得到如圖3(a)所示參數(shù)掃描分析結(jié)果。當(dāng)Re=5 kΩ時(shí)，由于T1管的靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，其輸出電壓u01產(chǎn)生了飽和失真?？梢?jiàn)，Re阻值的變化影響差動(dòng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。