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1、wwwele169com|23实验研究在电子信息工程和自动化工程中经常需要将一些微弱的信号放大到便于人们测量和计算的量级，因此，晶体管放大电路是电子技术的核心，除了需要保证输入与输出信号的波形相同，还需要使得输出功率大于输入功率，所以，在晶体管放大电路的设计过程中，各元件参数的合理配置至关重要。然而采用理论计算的方法，所需要涉及的参数方面非常广也十分繁杂，包括频率特性、静态工作点、电压放大倍数等，非常容易出错，这对于刚刚接触本课程内容的学生而言，具有极大的难度和挑战，而利用 Multisim 集成化的虚拟实验环境进行晶体管放大器的设计与仿真，具有速度快、成本低、精度高等显著优势，且无需真实电路
2、的搭建，就能直观地观察到不同参数对放大电路性能指标的影响，这对于晶体管放大器的理论分析和实际应用具有极大辅助作用，有助于提高学生对放大器基本理论及应用电路的理解和运用。1Multisim 集成化仿真平台Multisim 是 由 InteractiveImageTechnologies 公 司推出的一款电路模拟仿真软件，该软件界面友好和形象、易学易用，在绘制电路图与电路仿真过程中，可以直接从元件库中进行选择，运行环境十分逼真，且具有较强的仿真与分析能力，确保了仿真结果的实用性和真实性。此外，它为设计者提供了多达十余种的虚拟仪器仪表，可以进行模拟/数字电路、单片机电路、自动控制电路等电子线路的仿真
3、设计和调试。2晶体管放大电路的设计模拟电子技术在现代化科技发展过程中占据重要地位，而晶体管放大器则是模拟电子技术中的核心元器件，直接关系着信号的输入与输出处理。为此，在模拟电子技术教学中，帮助学生理解与掌握该部分内容，能为学生奠定良好的专业基础。在实际应用中，需要设计一个开环差模增益大于20000、输入失调电压低于 1mV、共模抑制比大于 5000、压摆率大于 30V/s 和增益带宽积大于 5MHz 的晶体管运算放大器电路，图 1 为该电路系统的框图。图 1 晶体管运算放大器电路系统框图 21输入级（差分输入）图 2 为模拟电子技术中的典型差分放大电路。图 2 差放电路的典型设计具有高性能的差
4、分放大电路，是运算放大器输入级的最佳选择，这是因为该电路具有较大的差模放大倍数和较强的抑制共模信号，当共模输入时，差放对零点漂移现象的解决具有显著的优势。然而在典型设计中，当发射极的电阻 Re过大时，不利于大规模集成工艺的实现。所以，在本设计中，采用恒流源作为负载电路来代替 Re，解决 Re 过大的弊端，如图 3 所示。图 3 采用恒流源作为负载电路的差分放大电路为了保障电路的正常工作，首先要确定电路的静态工作点，而图 3 所设计差分电路的静态工作流是由恒流源来决定的，因为恒流源在通常情况下不宜设置过大，所以，在本设计中，我们设60=，根据实际应用要求，通过基于 Multisim 的晶体管放大
5、电路设计研究摘要：晶体管放大电路是电子电工课程中的重难点，是学生学习电子技术的基础。文章基于集成化的Multisim虚拟设计实验环境对模拟电子技术中典型的晶体管放大电路进行了设计与仿真，分析了放大电路的开环差模增益、输入偏移电压、共模抑制比、增益带宽积等基本特性。实验结果表明，通过这种方法可以非常形象简便地得出结果，对学生理解晶体管放大电路的原理及工作具有很大帮助。关键词：电子电路；晶体管放大电路；Multisim；仿真设计DOI:10.16589/11-3571/tn.2020.18.01024|电子制作2020 年 09月实验研究计算可取3.47berK=，126.8bbRRK=，输入级差
6、模放大倍数30dA=，负载电阻21LRK=，21LRK=，1220ccRRK=。由于恒流源电路的稳定电压，等于二极管 D1 和 D2 导通时的压降，所以，根据其伏安特性曲线，可以确定 D1 和 D2 导通压降为 07V。在此过程中，我们通过调节滑动变阻器 Rp1，使得：31700PRR+=，从而可以得到恒流源的电流为01ImA=。22中间放大级（多级放大电路）在整个运算放大器的中间级设计中，主要采用共源或共射放大电路。但由于晶体管的放大倍数受到参数等方面的限制，为了能够获得更高的开环增益，我们在利用二极管和三极管构成恒流源。与此同时，为了让电路变得更加简化，在连接电路时，将恒流源与输出级共用恒
7、流源电路（如图 4）。图 4 中间放大级电路设计 23输入级（射随或互补推挽电路）由于互补输出电路具有负载能力强、输出电阻小、输出电压线性范围宽和非线性失真小的显著优势，所以，通常情况下，将其作为运算放大器的输入级（图 5）。图 5 输入级设计在电路运行过程中，为了避免出现交越失真的现象，所以，需要给输入级设计中的Q7和Q8选择合适的静态工作点。为此，在本文的设计中，利用 UBE扩大电路作偏置的 OCL电路。24偏置电路（恒流源）与分立元件不同的是，运算放大器利用电流源能为各级提供不同的静态工作电流，从而更好的满足不同参数合适的静态工作点要求。因此，偏置电路设计的主要目的是对集成运算放大器各级
8、放大器静态工作点进行合理的设置。3Mulitism 仿真测试与分析 31仿真结果由于仅仅通过虚拟示波器分析难以观察频带宽度和输入信号对运算放大器的影响，所以，在本设计中，利用Mulitism 虚拟仿真实验环境，对所设置的运放参数进行虚拟仿真与测试，得到电路的幅频特性曲线（图 6）和压摆率（图 7），从而可以通过 Multisim 中的交流分析来精确的分析电路的输入与输出特性。图 6 电路的幅频特性曲线图 7 压摆率由图 6 可知，在中频状态下，当频率变化时，对于电压放大倍数的影响不大，但当频率较大时，放大倍数就会随着频率的变大反而减小，运算放大器的增益带宽积为12MHz，与理论计算值相符，满足
9、实际应用需求。由图7可知，当输入峰峰值为 8Vpp 的方波时，压摆率大小为 433V/s。32电路测试与分析（1）电路指标测试设当输入信号峰值和频率分别为 20Vpp 和 100MHz 的锯齿波，可以计算出开环差模增益23750VOLA=。将运放连接成同向放大，将输入端接地，此时增益为 11，输入偏移电压为 09575。wwwele169com|25实验研究利用图 8，对运算放大器的共模抑制比进行测试。图 8 运算放大器的共模抑制比测试根据共模抑制比公式，31INCMRROUTVRKVR=，可以计算出共模抑制比为 8417。图 9 共模抑制比测试（2）结果分析在本设计中，采用的是 PNP 型三
10、极管和 NPN 型三级管，通过测试分析，得到相关参数：开环差模增益23750VOLA=；压摆率大小为433V/s；共模抑制比为 8417；输入偏移电压为 09575，满足实际应用设计要求。其中，虽然部分指标与仿真结果具有一定的误差，但这是由于实际电路中元件的特性并非是理想状态，而所产生的误差都能被允许范围内，所以，利用Multisim 虚拟仿真软件，测试的结果很好的验证了理论知识，即运算放大器的输入电阻近似等于集电极的电阻。4结束语利用 Multisim 对放大电路的性能指标分析，是一种能够快速、简便获取实验数据的重要途径，为此，本文基于Multisim 虚拟仿真实验对晶体管放大电路进行了设计
11、与仿真，不仅达到了设计要求，而且囊括了模拟电子技术中的典型单元电路，省去了在模拟电子学习过程需要运用电子元件搭建电路、调试电路的复杂过程，突破了传统实验中硬件设备条件等方面的限制，为学生提供了一个实际动手、电路调试、分析问题和解决问题的平台，可以充分发挥学生的想象力和创造力，而且该设计方法对于其他电路设计也具有一定的参考价值，有利于提高模拟电子技术教学质量。参考文献1 侯长波,张宗昱,余文鑫,etal基于晶体管的运算放大器实验项目设计 J实验科学与技术,2020(1):47-522 南敬昌,陶成健,高明明,etal可重构多波段功率放大器设计与研究 J微波学报,2020(2):1-93 宋璐,卫
12、亚博,冯艳平 基于 Multisim 的单管共射放大电路的分析和设计 J应用科技,2019,46(01):105-107+114是巨大的，因此，对民航机场弱电信息管理系统进行节能环保设计具有重要的作用，节能环保设计能使机场减少对环境的影响，提高自身资源的利用率。此外，对机场电能要进行合理利用，对不需要电能或者部分时间不需要电能的地方，要进行合理设计。如室内照明，可以使用均匀对光的方式，减少不必要的照明光源，减少对电力资源的消耗；在机场空调系统中，也应该引入先进的控制技术，根据机场内部的温度对空调功率进行调整。对于民航机场自身建设而言，应具有一定的节能环保意识，促进机场自身的和谐发展。4结语通过上述分析，我们可以看出弱电信息系统的建设是非常复杂的，在系统中包含众多的功能模块，每一个模块实际的设计质量都影响着系统整体的运行效果。因此，在弱电系统设计的过程中要对其设计的合理性进行充分考虑。此外，在系统设计过程中，也应该引入工作流技术与节能技术，对系统进行优化，提高系统实际的运行效率。参考文献1 苏波 民航机场弱电信息系统研究 J 中国科技信息,2019(11):72-732 刘鹏 民航机场弱电信息系统及相关技术研究 J 工程技术研究,20193 任陇 民航机场弱电信息系统及相关技术研究 J 信息记录材料,2018,v19(08):122-123（上接第 15 页）