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基于Multisim的静态工作点的仿真教学

摘要：本文以共射极放大电路为例,应用Multisim仿真手段,从静态工作点的测量、静态工作点的调整等方面详细分析了静态工作点对放大电路性能的影响.

关键词：放大电路；静态工作点；Multisim仿真

中图分类号：G424 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）16-0200-02

一、引言

模拟电子技术课程是各种电类以及相关专业的专业基础课[1],该课程特点为非线性、复杂性、工程实用性,因此进行分析计算时,要用工程的观点进行估算,这需要采用新的教学方法,如将计算机仿真技术应用在课程教学过程中[2].

电子电路的“静态工作点”是影响电路各种性能的主要原因之一,其教学内容是整个课程教学的重点.而由于概念比较抽象,仅靠课堂上的理论讲解很难达到理想的教学效果,而在教学中借助仿真软件,开展演示教学,则可直观地体现静态工作点的重要性[3,4].因此本文将根据静态工作点的教学内容,采用Multisim仿真教学演示的方式进行讨论.

二、静态工作点的定义

基本放大电路的静态指的是无输入交流信号,结合三极管的特性曲线,静态时的基极电流IBQ、集电极电流ICQ、基-射电压VBEQ、集-射电压VCEQ定义为静态工作点.由于放大电路中的放大性能受它的静态值的影响非常明显,因此在分析放大电路的放大性能之前,必须要先求解三极管的静态工作点.

在模拟电子技术教材中,关于静态工作点的求解采用的是近似估算法.估算的关键是根据三极管的材料将电压VBEQ设为定值.

三、静态工作点的仿真实验

下面以共射极单管放大电路为例,通过仿真演示放大电路中的静态工作点的测量和调节与非线性失真之间的关系以及对放大倍数的影响等.

基本的共射极放大电路如图1所示,基极偏置电阻由固定电阻R2串联可调电阻R3构成,调节静态工作点可通过改变R3来实现.

1.静态工作点的测量.在图1电路的直流通路中,三极管的基极和集电极分别串联接入直流电流表,基-射之间和集-射之间分别并联接入直流电压表,四个电表的读数即为静态工作点.表1列出了当R3分别为0、1000kΩ时的静态工作点.可见在R3从0变化到1000kΩ时,基极-射极电压VBEQ变化很小,而其他的三个静态工作点参数随着R3的变化明显,因此在估算静态工作点时,将VBEQ看做常数.

2.静态工作点与非线性失真之间的关系.放大电路的非线性失真产生主要是由静态工作点设置不当所导致.下面对这两种非线性失真与静态工作点之间的关系进行仿真.首先,将图1中的R3大概设为500kΩ.放大电路输入一个10mV1000Hz的正弦波信号,用示波器同时观察输入信号与三极管集电极输出信号.图2演示了仅改变R3时输出波形的变化.当R3由100kΩ变化到700kΩ过程中,输出波形由下平顶（饱和失真）变化到正弦波再到上平顶（截止失真）,很好地演示了放大电路工作点位置与两种非线性失真之间的关系.

3.静态工作点对放大性能的影响.在图1放大电路中,基-射之间和集-射之间分别并联接入交流电压表,其读数分别表示vi和vo,两者的比值则为放大倍数Av.在输入信号大小不变的情况下,重复R3从300kΩ变化到500kΩ的过程,分别记录vi、vo以及计算放大倍数Av如表2所示.

很显然,当改变静态工作点时,放大电路的放大倍数的改变非常明显,从而表明了静态工作点的位置对放大电路的动态性能产生了影响.

四、总结

针对模拟电子技术课程中的重要知识点“静态工作点”的教学,引入Multisim仿真技术,对共发射极放大电路的静态工作点进行了仿真研究.具体设计了几个仿真实验,包括静态工作点的测量和调整与非线性失真之间的关系以及与放大倍数之间的关系等.通过这一系列的仿真实验,学生对放大电路静态工作点设置的必要性和重要性有了更加深刻地理解,相比较传统的理论讲解具有更为明显的教学效果.

参考文献：

[1]康华光.电子技术技术(模拟部分)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2] 闫俊荣.Multisim10仿真在模拟电子技术课程教学中的应用[J].高师理科学刊,2011,31(1):91-93.

[3]任秀芳,陈世夏,王翠珍.对“模拟电子技术”中静态工作点的教学探讨[J].电气电子教学学报,2013,35(2):69-70.

[4]王立刚.放大电路中静态工作点与动态参数的关系[J].现代电子技术,2006,29(22):159-160.

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