Multisim10在差動放大電路分析中的應(yīng)用

　　5 動態(tài)參數(shù)分析

　　圖1電路的差模電壓放大倍數(shù)Aud與單管共射電路相同，且Aud由輸出方式?jīng)Q定，而與輸入方式無關(guān)。

　　計算雙端輸出差模放大倍數(shù)為：

　　5.1 傳遞函數(shù)分析

　　依據(jù)傳遞函數(shù)分析可計算電路中輸入源與兩個節(jié)點的輸出電壓或一個電流輸出變量之間的直流小信號傳遞函數(shù)，同樣可以用于計算輸入和輸出的阻抗。

　　將圖1電路分別設(shè)置為直流差模、直流共模信號輸入方式，依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Transfer Function Analysis(傳遞函數(shù)分析)命令，設(shè)置V3為輸入電壓源，設(shè)置輸出節(jié)點為u01，分別得到如圖4(a)，4(b)所示傳遞函數(shù)分析結(jié)果。由圖4測得Aud1=-12.4，Auc1=-0.64，所測參數(shù)與式(5)、式(6)分析結(jié)果基本一致。

　　5.2 直流信號測試

　　撥動開關(guān)J1，J2，在圖1電路中兩輸入端加入直流差模信號ui1=+0.1V，ui2=-0.1V，通過數(shù)字萬用表測得uo1=2.246V，uo2=7.115V。計算Aud=(2.246-7.115)/0.2=-24.345，Aud1=(2.246-4.68)/0.2=-12.17，Aud2=(7.115-4.68)/0.2=12.175。在圖1電路中兩輸入端加入直流共模信號ui1=ui2=0.1 V，通過數(shù)字萬用表測得uo1=uo2=4.616 V。計算Auc1=Auc2=(4.616-4.68)/0.1=-0.64，Auc為零。直流信號測試參數(shù)與式(4)～式(6)分析結(jié)果基本一致。

　　5.3 交流信號測試

　　5.3.1 單端輸出

　　在圖1電路中兩輸入端分別加入交流差模信號(函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端接ui1、地端接ui2，構(gòu)成單端輸入方式)及交流共模信號(函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端同時接ui1，ui2)，設(shè)置正弦波輸入信號頻率為1 kHz、幅值為10 mV。

　　通過示波器觀測差模、共模信號輸入波形和單端輸出波形如圖5所示。由示波器測得：差模單端輸出電壓的幅值約為119mV，Aud2=11.9;共模單端輸出電壓的幅值約為6.4 mV，Auc1=-0.64。單端輸出測試參數(shù)與式(5)、式(6)分析結(jié)果基本一致。

　　5.3.2 雙端輸出

　　由于Multisim 10提供的示波器不能直接測量uo兩端的電壓波形，因此需通過后處理器對雙端輸出電壓進行觀測。在進行后處理之前需要對電路進行瞬態(tài)分析，然后將瞬態(tài)分析結(jié)果進行后處理。瞬態(tài)分析是一種非線性電路分析方法，可用來分析電路中某一節(jié)點的時域響應(yīng)。在進行瞬態(tài)分析時，Multisim 10會根據(jù)給定的時間范圍，選擇合理的時間步長，計算所選節(jié)點在每個時間點的輸出電壓，通常以節(jié)點電壓波形作為瞬態(tài)分析的結(jié)果。圖1電路設(shè)置為交流差模信號輸入方式，設(shè)置正弦波輸入信號頻率為1 kHz、幅值為10 mV，依次執(zhí)行Simulate/An-alyses/Transient Analysis(瞬態(tài)分析)命令，選擇圖1電路中節(jié)點uo1，uo2的電壓作為輸出變量，得到如圖6所示的瞬態(tài)分析結(jié)果?？梢?，uo1，uo2大小相等、相位相反。后處理器(PostProcessor)是專門對仿真結(jié)果進行進一步計算處理的工具，不僅能對仿真得到的數(shù)據(jù)進行各種運算，還能對多個曲線或數(shù)據(jù)之間進行數(shù)學(xué)運算處理，并將結(jié)果繪制到曲線圖或圖表中，繪制的結(jié)果表現(xiàn)為“軌跡線”的形式。

　　依次執(zhí)行Simulate/Postprocessor(后處理器)命令，選擇對圖6瞬態(tài)分析結(jié)果中兩個節(jié)點(uo1，uo2)輸出電壓進行減法運算，得到的差模信號雙端輸出電壓uo波形如圖7所示。由圖7可測得uo的幅值約為242 mV，計算Aud=-24.2，雙端輸出測試參數(shù)與式(4)分析結(jié)果基本一致。圖1電路設(shè)置為交流共模信號輸入方式，通過瞬態(tài)分析和后處理器測得共模信號雙端輸出電壓uo幅值僅為0.062μV，Auc=6.2×10-6?？梢?，差動放大電路對共模信號具有很好的抑制作用。

　　6 結(jié)語

　　Multisim 10具有強大的電路設(shè)計和仿真分析功能，以典型差動放大電路為例，利用直流工作點分析和傳遞函數(shù)分析對電路的靜態(tài)工作點、差模及共模電壓放大倍數(shù)的仿真數(shù)據(jù)和真實值進行比較，利用參數(shù)掃描及溫度掃描分析了電路參數(shù)變化對輸出波形的影響，利用瞬態(tài)分析、后處理器分析對實際應(yīng)用中難以觀測的雙端輸出電壓波形進行了測試，電路各項參數(shù)指標均與真實值相符，提高了電路的設(shè)計和分析效率。研究表明，利用Multisim 10進行電子電路計算機仿真設(shè)計，不僅速度快，效率高，參數(shù)測試精確可靠，而且可廣泛應(yīng)用于電氣控制、電子信息、通信工程、自動化等各種電路設(shè)計領(lǐng)域。