基于Multisim10的电路质化分析教学研究

摘 要:晶体管基本放大电路是模拟电子技术的基础电路,是教学的重点和难点,借助仿真软件Multisim对基本放大电路的仿真分析,加强学生对器件和电路的深度把握；在教学过程中强调质化分析,为模拟电路后续知识的学习打下良好的基础。

关键词:Multisim10 基本放大电路 质化分析

中图分类号:TM133-4文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0185-01

模拟电子技术是电子信息工程、电气工程及其自动化、计算机科学等专业的基础课程,而基本放大电路又是模拟电子技术的基础知识点,是教学的重点和难点。学生对此知识点的掌握深度,将直接影响对后续知识点和课程的学习。本文强调在电子线路的教学过程中,充分利用电子设计自动化软件,对电子线路进行仿真分析,同时强调质化教学,结合工程实际,加强学生对电路的理解,在教学过程中取得了很好的效果。下面借助电路设计仿真软件Multisim10,以基本放大电路为例,以音频信号为基本信号来进行电路的分析。

1 模拟电路中信号的概念

放大电路是对模拟信号进行放大的,工程中常用的模拟信号,如声音信号,测量传感器输出的代表现场的如温度、压力、密度、流量、气味、成分等各种物理量的电压或电流信号,电动执行器的输入控制量的电压或电流信号。工程中常见的模拟信号如音频信号是非正弦信号,而对基本放大电路的分析都是以正弦信号作为基本信号来分析的,所以必须强调这些非正弦信号与正弦信号的关系。利用频谱分析法,对非正弦周期信号进行傅里叶分解,可得信号的离散频谱图,而工程中的非正弦非周期信号可看作周期为无限长的周期信号,其频谱图由非正弦周期信号的离散频谱过渡到连续频谱,也就是说工程中的模拟信号如声音信号可以看作是有一系列不同幅值不同频率的正弦信号叠加而成。系统的带宽必须包括声音信号的频率范围为20Hz-2kHz,否则将会导致频率失真。

2 把握基本元器件的特性

学生对基本元器件的把握是后续电路分析的基础,对于基本放大电路的核心器件双极性三极管的特性曲线和参数需重点掌握,要注重量化分析,更要注重质化分析。三极管是一个基极电流控制集电极电流的器件,在输出回路中相当于恒流源,通过对基极电流源i1进行DC Sweep Analysis分析,可以看出三极管的集射电压随着的增加而近似于线性地减小。=0uA时,≈12V,截止状态；=14uA时,≈0V,饱和状态；=0～14uA时,=0～12V放大状态。

3 放大电路参数的质化分析

质化分析可理解为对电路的一种形象直观的分析,比如网络框图,只是强调电路的功能和模块间的网络拓扑,没有量化分析模块的细节。教学过程中质化分析和量化分析并重。放大电路可以看作是一个二端口网络,电压放大倍数为输出端口与输入端口电压有效值之比；输入电阻相当于信号源的负载,越大可以减小信号源的输出电流,获取更大的信号电压。放大电路的输出回路相当于负载或下级放大电路的信号源,输出电阻相当于下级电路的信号源内阻。

4 叠加定理在基本放大电路分析中的应用

将电路分析理论如叠加定理、戴维宁定理、回路电流法、结点电压法等,应用到基本放大电路的分析当中,可以取得更好的教学效果。比如叠加定理运用于放大电路的交直流分析,当输入信号幅度不大时,三极管可以看作一个线性元件,这样整个放大电路就可以看作是一个具有两个独立电源（信号源e和直流电源E)的线性网络,根据叠加定理,直流电源E单独作用时,信号源e置零,耦合电容开路,可得放大电路的直流通路,也就是基本放大电路的直流分析法；信号源e单独作用时,直流电源E置零,耦合电容相当于短路,将三极管线性化处理,用其微变等效模型替代,可得基本放大电路的微变等效电路,也就是基本放大电路的交流分析法。

5 电路的仿真设计方法

电路设计首先需要根据电路的性能指标确定电路的形式和晶体管的型号,接着进行电路静态工作点设置和元件参数计算,最后进行电路性能指标测试、电路参数修改、再测试。电路的设计和调试可以通过万能板或面包板搭接电路,也可借助于Multisim10仿真软件进行电路的设计和仿真。在放大电路中引入适当的负反馈,可改善放大电路的性能,得到设计指标要求,负反馈的引入形式和深度,需加强理论研究和实践探索。集成运算放大器在模拟电路中的应用非常广泛,集成运放具有设计调试简单、性能价格比高、灵活性大等优点,在模拟电路领域中,除超高频、大功率等特殊场合外,已普遍取代了分立元件电路。

6 结语

在模拟电子线路设计课程的教学中,在进行电路量化分析的同时,加强质化分析,同时配合电路仿真分析软件Multisim10进行电路的设计和仿真,取得了很好的教学效果,激发了学生对模拟电子技术学习的热情,学生的电路分析和设计能力得到了明显提高。

参考文献

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