Multisim10在差動放大電路分析中的應用

　　在自動控制系統(tǒng)中，往往需將一些變化緩慢的物理量(如溫度、轉速的變化)轉換為相應的電信號，并通過直流放大器進行放大處理。直接耦合放大電路雖能放大交、直流信號，但電源電壓的波動，晶體管參數隨溫度變化等因素會導致電路出現“零點漂移”。差動放大電路是一種利用電路結構參數的對稱性有效抑制“零點漂移”的直流放大器，它對差模信號具有放大能力，而對共模信號具有抑制作用。典型差動放大電路由2個參數完全一致的單管共發(fā)射極電路組成。

　　Multisim 10是美國國家儀器公司(NI公司)推出的功能強大的電子電路仿真設計軟件，具有豐富的新型元器件及虛擬儀器、強大的Spice仿真、數據可視化及分析測試功能，可對模擬、數字、自動控制、射頻、單片機等各種電路進行原理圖設計、仿真分析及功能測試。Multisim 10提供了一個強大的原理圖捕獲和交互式仿真平臺，電路的設計調試、元器件及測試儀器的調用、各種分析方法的使用直觀方便，測試參數精確可靠，是應用廣泛的優(yōu)秀EDA系統(tǒng)。本文以典型差動放大電路為例，主要探討Multisim 10的多種分析方法在電子電路仿真設計中的應用。

　　1 電路設計

　　在Multisim 10中建立了如圖1所示的典型差動放大電路。T1，T2均為NPN晶體管(2N2222A)，電流放大系數β設置為80。撥動開關J1，J2可選擇在差動放大電路的輸入端加入直流或交流信號。數字萬用表用于測量直流輸出電壓，示波器用于觀測交流輸入/輸出電壓波形，測量探針用于仿真時實時顯示待測支路的電壓和電流。

　　實際電路中T1，T2宜選用差分對管，晶體管的靜態(tài)電流ICQ不宜超過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，僅對共模信號有較強的負反饋作用，因此可以有效地抑制“零點漂移”，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。由于兩個放大器的參數不可能完全一致，因此通過電位器Rp對電路進行調零。

　　基極電阻Rb1，Rb2應根據差模輸入電阻的要求選定。選取集電極電阻Rc1、Rc2時應使靜態(tài)工作點靠近負載線的中點。根據輸入端和輸出端接“地”情況的不同，差動放大電路有以下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)工作點分析

　　圖1差動放大電路靜態(tài)時因輸入端不加信號，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(對于硅管約為-0.7 V)，如電位器Rp的滑動端處于中點位置，計算靜態(tài)工作點為：

　　Multisim 10中直流工作點分析方法是對電路進行進一步分析的基礎，主要用來計算電路的靜態(tài)工作點，此時電路中的交流電源將被置為零，電感短路，電容開路。進行靜態(tài)工作點分析時需將電路的節(jié)點編號顯示在電路圖上(見圖1)，并需要選擇待分析的節(jié)點編號。依次執(zhí)行Simulate/Analyses/DC Operating Point(直流工作點)分析命令，設置圖1中1，2，u01，u02，Iprobe2，Iprobe3為輸出節(jié)點(變量)，得到圖2所示的靜態(tài)工作點分析結果：Ie=1.48 mA，Ic1=Ic2=0.732 mA，Uc1=Uc2=4.68 V，所測參數與式(1)～式(3)分析結果基本一致。

　　3 參數掃描分析

　　參數掃描分析用來研究電路中某個元件的參數在一定范圍內變化時對電路性能的影響。選擇圖1中電阻Re為參數掃描分析元件，分析其阻值變化對電路輸出波形的影響。圖1差動放大電路設置為交流信號輸入方式，設置正弦波輸入信號頻率為1 kHz、幅值為150 mV，依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Parametet Sweep(參數掃描)命令，設置掃描方式為Linear(線性掃描)，設置電阻Re掃描起始值為5 kΩ，掃描終值為7.5 kΩ，掃描點數為3，設置輸出節(jié)點為u01，得到如圖3(a)所示參數掃描分析結果。當Re=5 kΩ時，由于T1管的靜態(tài)工作點偏高，其輸出電壓u01產生了飽和失真。可見，Re阻值的變化影響差動放大電路的靜態(tài)工作點。

　　4 溫度掃描分析

　　溫度掃描分析用來研究溫度變化對電路性能的影響，相當于在不同的工作溫度下進行多次仿真。

　　圖1差動放大電路設置為交流信號輸入方式，設置正弦波輸入信號頻率為1 kHz、幅值為10 mV，依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Tempera-ture Sweep(溫度掃描)命令，設置掃描方式為List(取列表值掃描)，設置掃描溫度為0℃，27℃，120℃，設置輸出節(jié)點為u01得到如圖3(b)所示溫度掃描分析結果。隨著溫度的升高，T1管的輸出電壓幅值變小?？梢姡蕼囟茸兓瘯绊憜喂芊糯箅娐返撵o態(tài)工作點。

　　由于溫度的變化與T1，T2參數的變化相同，集電極靜態(tài)電流、電位的變化也相等，故輸出電壓u0的變化為零，可將溫度變化等效為共模信號，因此差動放大電路對溫度變化產生的“零點漂移”具有抑制作用。