放大电路的设计与仿真精选(九篇)

第1篇：放大电路的设计与仿真范文

关键词：Multisim；差分放大电路；仿真分析；差模信号；共模信号

中图分类号：TN707 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2009)04-014-02

Analysis of Differential Amplifier Circuit Simulation Based on Multisim

XIONG Xujun

(Lanzhou City College,Lanzhou,730070,China)

Abstract：Features ofMultisim8 software and differential amplifier for the simulation analysis are introduced,research on how to enlarge differential mode signal and restrain common mode signal.The simulation results calculated in line with the theoretical analysis,in the classroom teaching of electronic technology to simulate more image,flexible and closer to actual projects,to help students understand theory,a better grasp of the knowledge acquired by the purpose It has great significance to enhance students practical ability and analysis of issues and problem-solving abilitie.

Keywords：Multisim;differential amplifier;simulation analysis;differential mode signal;common mode signal

差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点［1,2］。Multisim 作为著名的电路设计与仿真软件,它不需要真实电路环境的介入,具有仿真速度快、精度高、准确、形象等优点。因此,Multisim被许多高校引入到电子电路实验的辅助教学中,形成虚拟实验和虚拟实验室。通过对实际电子电路的仿真分析,对于缩短设计周期、节省设计费用、提高设计质量具有重要意义。

1Multisim8软件的特点

Multisim是加拿大IIT (Interactive Image Technologies)公司在EWB (Electronics Workbench)基础上推出的电子电路仿真设计软件,Multisim现有版本为Multisim2001，Multisim7和较新版本Multisim8。它具有这样一些特点:

(1) 系统高度集成，界面直观，操作方便。将电路原理图的创建、电路的仿真分析和分析结果的输出都集成在一起。采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。操作方法简单易学。

(2) 支持模拟电路、数字电路以及模拟/数字混合电路的设计仿真。既可以分别对模拟电子系统和数字电子系统进行仿真，也可以对数字电路和模拟电路混合在一起的电子系统进行仿真分析。

(3) 电路分析手段完备,除了可以用多种常用测试仪表（如示波器、数字万用表、波特图仪等）对电路进行测试以外，还提供多种电路分析方法，包括静态工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析等。

(4)提供多种输入/输出接口,可以输入由PSpice等其他电路仿真软件所创建的Spice网表文件，并自动形成相应的电路原理图，也可以把Multisim环境下创建的电路原理图文件输出给Protel等常见的印刷电路软件PCB进行印刷电路设计［3,4］。

2 差分放大电路仿真分析

运行Multisim 8，在绘图编辑器中选择信号源、直流电源、三极管、电阻，创建双端输入双端输出差分放大电路（双入双出差分放大电路）如图 1所示，标出电路中的结点编号。

该次仿真中，采用虚拟直流电压源和虚拟晶体管，差分输入信号采用一对峰值为5 mV、频率为1 kHz的虚拟正弦波信号源。设置虚拟晶体管的模型参数BF=150，RB=300 Ω［5］。

图1 双入双出差分放大电路

2.1 差模放大性能仿真分析

2.1.1 直流分析

直流分析实际上就是确定静态工作点。选择Simulate菜单中的Analysis命令,然后选择DC Operating Point子命令,分析结果如图2所示。

用静态工作点分析方法得UBEQ1=UBEQ2=0.69 V，UCEQ1=UCEQ2=V3-V28.94 V，与题中理论计算结果完全相同。

2.1.2 差模放大倍数分析

加差模信号ui1,ui2，分别接入电路的左右输入端，电阻R1作为输出负载，则电路的接法属于双入双出。将四通道示波器XSC1的3个通道分别接在信号源ui1和负载R1两端，如图1所示［6,7］。运行并双击示波器图标XSC1，调整各通道显示比例，得差分放大电路的输入/输出波形如图3所示。

用示波器观察和测量输入电压和输出电压值，差模信号单边电压V1-3.597 mV(5 mV/Div),单边输出交流幅值约为170.124 mV(500 mV/Div),所以双入双出差分放大电路的差模放大倍数Au-170.124/3.597=-47，与单管共射的放大倍数相同，即差分放大电路对差模信号具有很强的放大能力。

仿真结果与题中理论计算结果相同。

2.2 共模抑制特性仿真分析

2.2.1 共模放大倍数分析

在图1中，将信号源ui2的方向反过来，即加上共模信号，运行并双击示波器图标XSC1，调整A，B通道显示比例，可得如图4所示波形［4］。

由图4波形可知,在峰-峰14 mV(有效值为5 mV)的共模信号作用下,输出的峰值极小,峰-峰值为13 mV,因此单边共模放大倍数小于1。且uc1和uc2大小相等，极性相同。所以，在参数对称且双端输出时，共模放大倍数等于0，说明差分放大电路对共模信号具有很强的抑制能力。显然，仿真结果与理论分析结果一致。

图2 差分放大电路静态工作点

图3 双入双出差分放大电路输入输出波形

图4 差分放大电路共模信号输入输出波形

2.2.2 共模抑制比分析

选择Simulate菜单中的Analysis命令，然后选择Transient Analysis子命令，选择结点3，4作为输出，单击Simulate按钮；选择Simulate菜单中的后处理器Postprocessor子命令，在Expression列表框中编辑“V（＄4）-V（＄3）”，然后打开Graph选项卡，可画出差分放大电路共模输入双端输出波形，见图5。可见，波形属于噪声信号，且幅值极小，可忽略不计。因此，差分放大电路双端输出时，其共模抑制比KCMR趋于无穷大。

如果再将图1所示的电路中发射极电阻R2改为恒流源，重复前面步骤，再分析共模特性，可得出结论：具有恒流源的差分放大电路的共模抑制比KCMR更高［6,8］。

3 结 语

应用Multisim8软件对差分放大电路进行仿真分析,结果表明仿真与理论分析和计算结果一致,应用Multisim进行虚拟电子技术实验可以十分方便快捷地获取实验数据,突破了在传统实验中硬件设备条件的限制,大大提高了实验的深度和广度。利用仿真可以使枯燥的电路变得有趣,复杂的波形变得形象生动,并且不受场地(可以在教室、宿舍),不受时间(课内、课外)的限制,通过教师演示和学生动手设计、调试,不但可以使学生更好地掌握所学的知识,同时提高了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力［9，10］。

图5 差分放大电路共模输入双端输出波形

参 考 文 献

［1］侯勇严,郭文强.PSpice在差分放大电路分析中的应用研究［J］.微计算机信息，2006,22(9):303-305.

［2］康华光，陈大钦.电子技术基础（模拟部分）［M］.北京:高等教育出版社，1999.

［3］叶建波.用Multisim8软件实现电子电路的仿真［J］.电子工程师，2005，31(7):18-20.

［4］郑步生,吴渭.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用［M］ .北京:电子工业出版社,2002.

［5］华成英.模拟电子技术基本教程［M］.北京：清华大学出版社，2006.

［6］从宏寿,程卫群,李绍铭.Multisim8仿真与应用实例开发［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［7］王传新.电子技术基础实验［M］.北京：高等教育出版社,2006.

［8］路而红.虚拟电子实验室［M］.北京:人民邮电出版社，2001.

［9］毛哲,张双德.电路计算机设计仿真与测试［M］.武汉:华中科技大学出版社,2003.

［10］钟化兰.Multisim8在模拟电子技术设计性实验中的应用研究［J］.华东交通大学学报,2005,22(4):88-89.

第2篇：放大电路的设计与仿真范文

关键词：Multisim；仿真；模拟电子技术

中图分类号：TP391.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 17-0000-01

Use Multisim to Improve Classroom Teaching of Analog Electronics Technology

Song Xiaohong

(Changsha Social Work College,Changsha,Changsha410004,China)

Abstract:This paper analyzes the analog electronics technology courses in the traditional teaching process,teaching and learning of students relative to teachers in school,there is a certain difficulty in many ways to introduce the Multisim simulation software systems and in the actual circuit analysis and design applications to achieve the electronic design automation,analog electronics technology courses to improve classroom teaching.

Keywords:Multisim;Simulation;Analog Electronics

对于计算机类、电子类专业的学生而言，模拟电子技术课程是所有专业课程的基础，但同时，也是一门抽象、难学的课程，是专业课程学习的拦路虎。对于教师来说，模电课程的教学也是非常头疼的，众多电路的分析、电路参数的设置等，在传统教学中，无法直观的进行讲解。利用Multisim电路仿真软件，可能帮助教师更好的进行教学，也能提供给学生一个功能强大的虚拟实验室，帮助学生深入理解相关知识。

一、Multisim软件简介

Multisim软件是一个直观的原理图捕获和交互式仿真平台，提供了一个庞大的元件数据库，可以实现原理图捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试、射频分析、单片机等高级应用，是功能强大的虚拟实验室。

Multisim软件的主要特点：

（一）直观的工作界面。Multisim10的工作界面包括：菜单栏、标准工具栏、设计工具箱、元器件库工具栏、视图工具栏、仿真按钮、虚拟仪器工具栏、仿真电路工作区、状态栏。在进行电路创建时，可直接在元件库中选择或搜索需要的元件，并进行连线，添加虚拟仪器进行测量以及电路的分析，整个操作直观、方便。

（二）庞大的元件库与仪表库。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，元件库中把元件分门别类地分成13个类别，每个类别中又有许多种具体的元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。

（三）完备的分析手段。Multisimt提供了许多分析功能，如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析等，它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。

（四）强大的仿真能力。以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。除此之外，承接于Multisim的Ultiboard，还可以用于设计印刷电路板、执行某些基本的机械CAD操作，并为产品制造做准备。因此，multisim是一款优秀的电子电路设计与仿真软件。

二、Multisim在三极管放大电路中的仿真分析

下面以三级管放大电路教学为例，介绍将Multisim虚拟仿真软件引入教学后的优势。

晶体管共射极放大电路是模拟电路中最常用，也是最重要的一个电路，它能够将高频小信号通过电路进行放大，电路中参数设置不同，输入信号会有正常放大、截止失真、饱和失真等不同的情况。

图1：晶体管共射放大电路仿真

通过图1可以看到，在仿真软件中，输入电路图之后，可以添加示波器观察输入输出波形。通过示波器，可以看到，位于显示屏上半部的输入信号，大小为20mV，输出信号大小约为1.6V，信号被放大约80倍，是正常的放大。

当我们调节电阻偏置电阻R2的阻值，将其由15kΩ降低到1215kΩ后，可以通过示波器直观的看到输出信号的失真，如图2所示：

图2：晶体管共射放大电路的饱和失真

这种失真是由于电阻阻值的变化引起的，当R2阻值降低，三极管基极输入端电压会升高（电阻分压原理），导致静态工作点升高，此时，三极管输入信号进入到了三极管的饱和区，使得输出信号出现饱和失真。学生直观的观察到了输出的变化，再去了解放大失真的原因，会更加的理解。同时，也会使学生对于饱和失真、截止失真的调节方法、输入变化印象深刻。

通过实例可以看到，结合Multisim的电子技术教学，使学生对于模拟电路的分析更直观、更深入，可以很快的选择元件参数，进行调试，学习效果更好。

三、总结

利用Multisim进行电路的仿真与教学，学生可以接触最顶级的测量仪器，最庞大的元件库、最直观的电路特性，给学生提供了更广阔的学习天地。将Multisim与模电课程教学结合，形象生动、重、难点突出，促进教学互动，大大提高了教学效率和学生的学习积极性。

参考文献：

[1]连立芳.Multisim10.0软件在电子线路课程设计中的应用[J].莆田学院学报,2008,10:68-70

第3篇：放大电路的设计与仿真范文

【关键词】超宽带低噪声放大器ADS仿真噪声系数

低噪声放大器（LNA）是现代微波通信、雷达、电子战系统中的重要部件，它处于接收系统的前端，对天线接收到的微弱射频信号进行线性放大，同时抑制各种噪声干扰，提高系统灵敏度。由于LNA在接收系统中的特殊位置和作用，该部件的设计对整个接收系统的性能指标起着关键作用。本文介绍了一种超宽带低噪声放大器的设计方法。设计时首先根据性能指标要求选择合适的有源器件，确定相应的工作状态和偏置条件，使器件工作在绝对稳定状态，然后合理设计匹配电路和负反馈电路，最后对整体电路进行优化。设计中采用射频电路仿真软件ADS[1]对电路进行CAD辅助设计并给出了仿真结果。

一、低噪声放大器电路设计

1.1放大器的各项指标与设计方案

放大器需要满足的指标：工作频带100-400MHz，噪声系数（NF）小于0.3dB，带内增益大于32dB，带内增益平坦度±0.5dB以内，输入输出驻波比小于1.8。考虑到增益和噪声系数要求较高，采用E-PHEMT晶体管（ATF54143）[2]，安捷伦公司提供了其精确的ADS模型，便于仿真，而且工作时不需要负的栅极电压，便于单电源供电。

晶体管的功率增益在频率高端随着频率的增加以6 dB/倍频程下降，因此设计宽带放大器时必须使用相应的方法补偿此增益滚降，且保证整个频带内的稳定性，所以要考虑宽带阻抗匹配及选择恰当的电路形式。宽带放大器有以下几种：①分布放大器；②平衡放大器；③有耗匹配放大器；④负反馈放大器。通过比较，虽然负反馈放大器各个特性的改良是以略微增加噪声为代价的，但这种电路形式仍不失为所需频段内综合效果最优的方法，因此采用负反馈形式。

1.2偏置和负反馈电路

1.3稳定性分析

因为有源器件都存在内部反馈，反馈的大小取决于放大器的S参数、匹配网络以及偏置条件，当反馈量达到一定程度时，将会引起放大器输入或输出端口出现负阻，产生自激振荡，因此在做端口匹配前首先要判定放大器是否绝对稳定。

通常用K-Δ的方法来判定稳定性：

同时满足K>1和|Δ|

如果根据晶体管数据手册中的S参数进行计算分析，则计算过程复杂，可以使用ADS中的稳定性判定系数stab_fact（s）和stab_meas（s）直接对器件进行稳定性分析，只有在工作频段内同时满足stab_face（s）>1，stab_meas（s）>0时，才能保证器件绝对稳定。通过仿真得到稳定性判定系数如图1（b）所示。由图可知，两个稳定性系数在100-400MHz频率范围满足要求，所以器件绝对稳定。

1.4匹配电路与版图设计

考虑到频率较低和小的尺寸，采用集总参数的电容电感进行匹配电路设计[4]。32dB的增益，可以采用两级放大的形式且都用ATF54143。为了在整个频段内得到良好的匹配效果，一般先选定中心频率进行匹配电路设计，然后再对电路在整个频带内进行微调优化。第一级设计时，如果按最小噪声设计，输入端不是共轭匹配，会造成输入驻波比差，增益低，带内增益平坦度也不好，所以应该在最小噪声、驻波比和增益之间权衡进行输入匹配设计。输出按共轭匹配设计，同时加入一些电阻，增加稳定性，改善增益平坦度。输入输出都匹配到50Ω，电容电感用50Ω特征阻抗的微带短线进行连接。第二级采用与第一级一样的结构，直接与第一级级联。在确定整体电路后，画出版图。在版图空白处添加大面积的通孔接地，一方面为了保证散热和接地效果良好，另一方面是为今后调试留下焊接空间。整体电路如图2（a）所示。

二、电路优化与仿真结果

采用理想电容电感元件，先对第一级进行优化，当第一级的各项指标与预期目标接近后，第二级采用与第一级一样的结构与其级联，再对整体电路进行优化。在用ADS进行优化时，先放宽目标，进行随机优化后，再进行梯度优化，然后收紧目标，直到达到预期结果。按最优的原理图设计版图，然后进行原理图-版图联合仿真。原理图-版图联合仿真把layout中的无源电路和原理图中的元器件有机结合在一起进行仿真，既考虑了无源器件之间的电磁场效应，又可以考虑有源元件、集总元件的效应，这样仿真结果和实测结果非常接近，可以缩短制版调试的轮回。得到初步结果后，用较精确的muRata电容电感模型代替理想化模型，经过不断地优化和仿真，最终结果如图2（b）（c）（d）所示。可见，仿真结果的各项指标均达到预期要求。

三、结论

本文讨论了一种增强型E-PHEMT晶体管的超宽带低噪声放大器的设计，介绍了具体的流程与方法，应用射频电路仿真软件ADS强大的功能对放大器进行了优化设计，省去了复杂的理论分析计算，大大简化了设计过程，提高了工作效率，对低噪声放大器的制做具有很强的现实意义。

参考文献

[1]徐兴福. ADS2008射频电路设计与仿真实例.北京：电子工业出版社，2010

[2]张小兵.基于ATF54143的LNA设计.现代电子技术，2007，30（20）：165-167

第4篇：放大电路的设计与仿真范文

模拟电子技术基础属于电类学科的专业基础课，作为一门理实一体化课程，对后续课程的学习影响较大。为降低学生学习模拟电子技术课程的难度，在教学及实验过程中引入了Multisim10软件。通过使用Multisim10可以使学生理论学习过程不再抽象，实验过程中，虚实结合，相辅相成很好地推动了实验教学，使实验教学更加容易，也能使学生学习轻松。本文以模拟电子技术基础中的单管共射放大电路为例，对其进行了仿真分析研究。在仿真的同时，不仅继续学习理解了模拟放大电路的相关知识，也熟练掌握了Multisim10的使用方法，更展现了软件的强大功能。

【关键词】Multisim10 模拟电子技术 仿真软件

模拟电子技术基础是高校电子、电气、自动化等理工科专业的专业基础课，是一门理论和实际紧密结合应用性很强的一门课程。通过这门课的学习希望学生能够掌握基本放大电路的分析计算能力。在长期的教学中，发现很多学生在学习这门课程时比较吃力。理论学习过程中对晶体管构成的放大电路，感觉抽象不能较好的理解。而在具体的实验过程中不能熟练的选用元器件，搭建电路，常因选用电路搭建不合理，测量方法不对而使实验设备损坏不能正常进行实验。另外实验测量数据受各方面影响不够准确，不能帮助学生更好的理解放大电路的特性。使得一门实用性很强的课程，变得学生怕学，老师怕教。基于此我们在教学过程中引入了Multisim仿真软件。理论教学过程中可以通过Multisim演示一边进行修改元件参数一边进行实验，直观的显示出各项数据及波形图与原理图。实验教学过程中，可以先让学生进行Multisim仿真，实验不消耗实际元件，必需的元件种类与数量没有限制，成本低，速度快，效率高；然后再动手搭建实际电路，减少了不必要的错误。在这个过程中学生可以方便快速地对比和探究仿真电路和实际电路的区别。

1 Multisim软件介绍

Multisim是IIT公司进行设计推广出的设计软件，涵盖电路的设计、仿真及生成，是一套元器件齐全、界面简明，操作简单的使用工具。

它不仅能设计和测试电路，还能进行演示，对给出的电路进行分析，减少真实实验的成本，是必不可少的实用型软件。本文使用的版本是NI Multisim 10.0，其主要特点是：

（1）Multisim 10有更全面的电路分析功能，能完成多种电路的分析，如瞬态遇稳态分析、时域与频域分析、线性与非线性装置分析等电路分析，可以在分析电路的性能上帮助设计人员。

（2）Multisim 10通过对各电路元件的仿真，测试出电路中的故障，从而在不同情况下观察电路的状态。

（3）Multisim 10可以用多媒体技术设计、仿真实验；电路所使用的元件和测试仪器都有，能实现电路设计和方便的试验不同类型的电路并对其进行测试和分析。

2 Multisim10对单管共射放大电路的仿真与分析

单管共射放大电路是模拟电子技术课程中最基本的放大电路。利用Multisim10不仅可以方便的连接仿真电路，更可以对单管共射放大电路进行各种分析。

2.1 电路的设计与仿真

如图1所示，是单管分压式偏置共射极放大电路的仿真设计实验图。在元件板中抓取10mv/1kHz的正弦信号作为输入，选取电阻R4作为负载，并选取C1、C2电容与输入/输出进行耦合。

2.2 确定静态工作点

对实验电路的结点3、7、5（即晶体管的b、c、e三极）作直流工作点分析（DC Operating Point），得到如图2所示的静态工作点（Q点）分析结果，可得对应静态工作点电压分别为：基极电压V（3）=1.65461V，集电极电压V（7）=7.1164V，发射极电压V（5）=991.19510mV，通过数据比较，可知发射结正向偏置，且集电极反偏，即静态时，该电路工作在放大区。

2.3 确定电压放大倍数和通频带

对实验电路的结点8输出负载部分进行交流分析（AC Analysis）（其纵坐标刻度设置为Linear），得到图3所示的幅频特性和相频特性曲线。由图可验证其幅频特性具有带通性，中频段的放大倍数均多于低频段和高频段。在软件中按下图形显示窗口（Grapher View）中的“Show/Hide Cursors”按钮，显示两个可移动的游标并打开其说明窗口，得到幅频特性的测量数据如图4所示。其中，纵轴Y轴的最大值max=89.85就是电路中的放大倍数。拉动两个游标使其对应的y1和y2约等于其最大值89.85的0.707倍（约为63.5），此时对应的x1≈600.9Hz和x2≈25.35M分别为电路的下限截止频率和上限截止频率，两者之差dx≈25.35M即为电路的通频带。由此可见，运用Multisim10的交流分析可以非常方便、准确快捷地得到放大电路的放大倍数和通频带等指标。

2.4 参数扫描分析（Parameter Sweep）

利用参数扫描分析进一步研究负载电阻、发射极电阻、耦合电容和旁路电容等元件参数的变化对电路放大倍数和通频带等指标的影响。图5到图8分别显示了对R4、R6、C1和C3，进行交流分析时，结点8输出负载部分的参数扫描分析结果。

由图5扫描曲线可知，负载的阻值愈大，放大的倍数愈大。

由图6可以分析出，发射极电阻值越大，放大倍数越小，通频带越宽，这与发射极电阻的负反馈作用的结果是相同的。

由图7可见，耦合电容C1的变化对电路通频带的影响不大，而旁路电容C3的变化对电路通频带的影响明显，下限截止频率因C3的增大而减小，通频带也跟着展宽。这是因为C3两端电路的等效电阻比C1两端电路的等效电阻小，所以相同的电容变化在C3回路引起的时间常数变化就大，相应的下限截止频率的变化也大。

2.5 输入、输出电阻的确定

对于输入和输出电阻，实验过程中可在输入、输出端口用欧姆表测电阻，也可在端口加测量电阻用交流电压表和交流电流表测电阻。当然，更可以利用Multisim10提供的传递函数分析（Transfer Function）功能方便地确定输入和输出电阻，这样便发挥了仿真实验的优势。在图1所示的电路中，将C1用短路线替代后，按图9所示设置其传递函数分析，选择需要分析得到输入信号源为V1，选择输出变量为7号结点的电压，得到分析结果如图10所示，图中，第二行的4.28571kΩ为电路的输入电阻，第三行的5.0kΩ为电路的输出电阻。

在上述分析过程中，我们不仅可以方便的得出放大电路的静态值，动态值，输入输出电阻。还可以对元件参数进行扫描分析，可以使我们更好的理解电路中各元件对电路的影响。

3 结论

通过Multisim 10对单管共射放大电路的仿真可以看出，该软件操作简便，使实验更加方便。利用该软件不仅能仿真分析电路，提高了时间的利用率，降低了时间的消耗，使实验生动，还能排除电路故障。本文只运用了Multisim10仿真软件的部分功能，在模拟电子技术基础的学习研究中还有很大的应用空间。

参考文献

[1]康光华.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]张新喜.许军.Multisim 10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]白玉成.基于MULTISIM仿真电路的设计与分析[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010.

[4]华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者简介

李瑞金（1986-），女，山西省晋中市人。现为山西农业大学信息学院机电工程系教师。研究方向为电子信息工程。

第5篇：放大电路的设计与仿真范文

电子设计类实践课程的教学目的是要学生掌握电子电路的基本设计方法、验证方法，同时培养学生的实践能力。本文以交通灯控制电路为例，介绍了电子电路的一般设计方法。设计过程中使用Multisim软件对理论设计结果进行电路仿真，并对结果进行了分析。通过验证，该交通灯可以实现现有道路十字路口的交通指挥功能，具有较高的可靠性和一定的实用性。使用Multisim软件进行电路的设计和仿真，不仅省时，而且可以节约大量的实验资源，而且可以给枯燥的课堂教学提供生动的教学演示，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

【关键词】

Multisim；交通灯；电子设计；仿真

电子设计实践是我校开设的一系列电子技术实践类课程，包括电子技术课程设计、电子技术综合训练等。课程要求学生应用电子技术课程所学理论知识进行电子电路的综合设计，完成电路仿真、图纸绘制与实际电路的焊接等。重视理论与实践教学相结合是学好此类课程的一个重要方法[1]。因此，就要求学生在完成理论学习之后，要进行系统的实验验证与综合设计，对所学知识从“系统”的角度进行完善，从而促进学生对动手、分析和解决问题的能力培养。电子技术高速发展的今天，各种新型电子器件、电子电路日新月异，仅靠现有实验条件将无法满足电子设计实践课程中电子电路的设计和调试要求[2]，对于这样一类学科基础课程的教学效果而言，无疑将受到很大影响，甚至在一定程度上影响了学生创新能力的培养[3]。NI公司的Multisim软件具有强大的电路分析和电路仿真等基础功能，并且界面友好、生动，将其虚拟的设计环境引入到理论与实践教学中，对解决这一问题有着较强的实践意义。

1Multisim软件概述

Multisim13是美国NI公司推出的最新电路设计与仿真工具软件，与早期版本相比，其性能提升的同时，用户可以根据自己的需求自定义仪器；仿真时的虚拟信号可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；实际硬件电路的结果可通过数据线传输回计算机进行分析、处理。Multisim13仿真软件主要可以完成电路原理图设计、仿真分析等功能，可对实际模拟/数字电路及模数混合电路进行有效的设计与仿真分析。用户可以通过其人性化的界面，使用其庞大的虚拟器件、仪表库，进行绝大部分的电子电路设计与仿真，各种虚拟仪表非常逼真地与电路原理图放置在同一操作界面上进行各项参数和波形的测试，以图形化的方式消除了传统电路仿真的复杂性，帮助教育工作者、学生和工程师使用先进电路分析技术。同时，该软件可将电路原理图转换输出至PCB设计界面，进行相应的电子电路制板操作[4]。因此，利用Multisim13进行电子电路设计类课程教学时，学生可在虚拟环境中完成原理图设计，包括元件的选择、创建，电路参数的调整以及仿真结果的分析等环节，仿真过程中，可以随时对设计结果进行修正，并利用虚拟的测试仪表进行相关电路特性的测试[5,6]；完成理论设计之后，即可采购元件，进行电路的安装、调试，优化了电路设计过程，且可以保证达到设计要求。

2简易交通灯信号控制电路设计

本文以一简易交通灯信号控制电路为例，说明Multisim13在电子设计课程中应用。该交通灯电路具体功能要求如下：（1）十字路口车辆东西-南北方向交替通行，通行时间一致且可在电路中设置、修改；（2）变换通行车道前，要求当前通行车道黄灯闪烁亮灯5s，每秒一次；（3）亮灯时间均采用LED倒计时的方法显示。

2.1主要单元电路器件的选择

2.1.1计数单元的选择由设计要求可知，所有亮灯时间均需要采用LED显示器进行倒计时显示，因此本文采用同步十进制可逆计数器74LS190N构成所需模态的减计数器。在Multisim设计界面，使用快捷键Ctrl+W调出放置元件对话框，在弹出的对话框中的Group栏中选择TTL，Family栏中选择74LS系列，并在Component栏中找到“74LS190N”并选中，点击“确定”即可放置所需的计数器元件。设计中，设置拨码开关，可按要求改变预置数的数值。

2.1.2逻辑切换控制单元由设计要求可知，红、黄、绿三色交通灯需要在计时过程中实现有规律的切换，且红色和绿色LED灯都需要保持显示一定的时间，黄灯则为闪烁5s，每秒一次。设计中采用双JK触发器“7473N”实现输出状态保持，并配合门电路实现三色灯转换逻辑。在Multisim设计界面，使用快捷键Ctrl+W调出放置元件对话框，在弹出的对话框中的Group栏中选择TTL，Family栏中选择74STD系列，并在Component栏中找到“7473N”并选中，点击“确定”即可放置所需的触发器元件。

2.2交通灯信号控制电路系统设计简易交通灯信号控制电路系统的总体设计结果如图1所示。在Multisim电路设计界面，放置如图1所示所有需要的元件。电路运行仿真时，假设东西方向绿灯亮、南北方向红灯亮，通行时间45s通过上方LED倒计时显示。时间显示数字“5”时，东西方向车道（当前通行车道）的绿灯切换为黄灯，每秒闪烁亮灯一次，以此提醒司机通行时间将结束，请减速缓行并停车；倒计时结束1s后，LED倒计时显示预置的通行时间45s，通行车道切换完成。如此循环，实现十字路通信号灯的循环切换控制。通行时间可由用户通过拨码开关自行设置（范围1~99），具体运行效果同前。为了便于快速仿真，电路中的时钟信号频率为1kHz，实际电路制作时，应设置相应的时钟信号产生电路，以便产生标准的秒信号。

3结论

通过Multisim软件实现此类电路的设计时，学生可以直观的看到设计结果，并且可以随时对设计中的问题进行修改，大大缩减电路设计周期，且避免利用实物进行实验时的不必要浪费，节约成本。在多媒体教学演示过程中，电路的分析过程清晰、直观、形象、生动，使教学过程中寓教于乐，激发学生的学习热情。我们还利用该软件对电子技术类课程进行传统教学模式改革，使实践与理论有机结合，有效提高学生在电子电路问题的分析、设计中的应变能力，提高学生的实践兴趣和创新精神，同时也有效提高了电子设计类课程的教学效果。

参考文献

[1]晏湧,蓝波.“任务驱动”教学法在模拟电子技术实验中的应用[J].实验技术与管理,2010(11):253-254.

[2]张亚君,陈龙,牛小燕.Multisim在数字电路与逻辑设计实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2008,25(8):108-110,114.

[3]刘君,杨晓苹,吕联荣,等.Multisim11在模拟电子技术实验中的应用[J].实验室研究与探索,2013,32(2):95-98.

[4]沙春芳.Multisim10在模拟电子技术教学中的应用[J].中国现代教育装备,2011(3):125-126.

[5]雷跃,谭永红.用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索,2009,28(4):24-27.

第6篇：放大电路的设计与仿真范文

论文关键词：功率放大器,逆,类,高效率,线性度

无线通信技术的发展对大功率射频发射前端需求的提高，加剧了通信系统线性度与效率之间的矛盾。虽然当前新的技术和产品不断涌现，GaNHEMT以及HBT晶体管开始在应用于无线通信系统，但因其昂贵的价格、稳定性、偏置电压等诸多因素的制约，还未成为主流设计产品。LDMOS晶体管作为当前主流功率放大晶体管，功率等级也不断提高。随着输出功率的提高，要求设计者采用合适的放大结构在功率回退的基础之上维持线性度与效率之间平衡，诸如：DOHERTY结构等。

本文采用LDMOS晶体管，设计逆F类功率放大器，在维持一定线性度的情况下提高效率达8%。

一、逆F类功率放大器原理

F类功率放大器就是基波和谐波负载阻抗用短路端阻抗和开路峰值来控制器件集电极（或漏极）电压和电流波形，以得到最大的效率。通过使用具有无耗传输线与具有无限品质因数的谐振回路相串联来实现集电极方波电压和半正弦波电流波形。工作于理想F类的放大器具有100%的集电极效率。

逆F类功率放大器具有与F类功率放大器相反的电压电流波形----方波电流与半正弦波电压，如图1所示。在这种情况下，最大输出电流波形幅度较小，减小了由于寄生电阻引起的两端电压以及集总参数电感上的损耗。

图1逆F类的理想电流和电压波形

逆F类功率放大器基波电流和电压分量分别由下式确定：

（1）

（2）

基波功率如下：

（3）

在这种情况下，理想的逆F类集电极效率可达100%，因为电流和电压之间无交叠部分。100%理想集电极效率下的器件集电极阻抗条件必须是

n为奇数（4）

n为偶数

理想逆F类功率放大器不能仅用一段传输线提供电压三阶和高阶奇次谐波短路终端，这一点与传统F类功率放大器仅用一段传输线实现偶次谐波短路终端不同。图2为逆F类等效输出阻抗峰化电路。

图2等效传输线匹配电路

逆F类基频分量下传输线的电长度，如下式所示：

（5）

公式（1）给出了理想F类工作的电压与电流波形。由傅里叶分析可知奇次谐波的总和构成了方波电压，基波和偶次谐波的总和近似为半个正弦电流形状。时域上没有交叠的电压、电流波形决定了100%集电极效率。随着工作频率的提高，实际F类和逆F类功率放大器输入输出匹配电路设计时，很难实现对超过三次的谐波进行合理的短路或峰化设计。

二、逆F类功率放大器的仿真设计

1、输入匹配电路设计

根据FREESCALE公司MRF7S27130的技术资料，在ADS仿真软件中进行SOURCE-PULL仿真获得最佳源阻抗=4.2+j*0.8。输入匹配仿真电路设计及S参数仿真如图3、图4所示：

图3逆F功率放大器输入匹配电路

图4输入匹配电路S参数仿真

2、输出匹配电路设计

根据逆F类功率放大器的原理，输出匹配电路设计是关键。根据MRF7S27130的技术资料及LOAD-PULL技术确定最佳负载阻抗=2.76+j*4.084。同时要通过短支截线实现偶次谐波开路及奇次谐波短路，以达到晶体管漏极输出电压半正弦波及漏极输出电流方波的目的。由于晶体管的工作于2.6GHZ频段，各次谐波均有较的频率，力争做到对其二次谐波及三次谐波的控制。仿真过程中要通过SMITH-CHART准确控制二次谐波点开路，三次谐波短路。图5、图6和图7是仿真电路图及仿真结果：

图5逆F类功率放大器输出匹配电路

图6输出电路S参数结果

图7输出电路S参数SmithChart结果

三、逆F类功率放大器制作与实测结果

选Freescale公司MRF7S27130LDMOS管，基板选材罗杰斯-4350，介电常数3.48，板厚道0.508mm，铜厚0.05mm。为了增强功率放大器的散热及良好的接地性能设计纯铜底座一个。

输出匹配电路及栅极偏置将是逆F类功率放大器调试的重难点所在，为此设计者务必反复实验以获得逆F类放大器的最佳性能参数。以下图表是逆F类放大器的实物图及测试结果。

图7逆F类放大器实物

图8AB类与逆F类漏极效率比较图

图9AB类与逆F类二次三次谐波抑制比较图

四、结论

通过仿真及实物验证，在大功率输出情况下逆F类功率放大器获得了比AB类功率放大器高的效率。但大功率开关模式放大器都带来线性度较差的问题，这需要设计都在线性度与效率之间做出权衡。

参考文献

1 Doherty W H., A new high efficiency amplifier for modulated waves, Proc. IRE, vol.24, Sept.1936,pp.1163-1182.

第7篇：放大电路的设计与仿真范文

摘要：在进行电子产品设计和电子技术课教学和时,不仅材料损耗大，费时费力,又极不方便。使用Multisim软件，不仅对于教学非常方便，且更有利于培养学生的动手能力；也为解决硬件设备偏少和因错误操作而易损坏仪器等问题提供了一个功能齐全的实验平台。

关建词：Multisim；仿真实验；辅助教学；电子设计

电子产品的研制或电子电路的制作离不开仿真和实验，设计一个具有实用价值的电路需要考虑的因素和问题很多。特别是对设计经验不足者，要在众多类型器件中选用合适的器件也是一件很不容易的事情，且大规模和超大规模集成电路的使用更加大了电路设计的难度，它们内部电路更复杂，更难控制和掌握。

在EDA工具出现之前，在进行电路设计时，需要在电路板上调试每一个电子电路模块，对稍复杂的电路，在焊接和调试的过程中要花很长的时间和精力而且难以一次性成功，又极易损坏电子元器件，费时费力。随着计算机多媒体技术的广泛应用，特别是EDA工具软件(（如Multisim）出现以后，这种情况得到了很大的改观，人们在电路设计时变得更轻松了。利用Multisim软件辅助教学，也已成为培养学生实际操作能力的一种重要手段。

一、Multisim软件介绍

Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive了Image Technologies）推出的继EWB5.0之后的电路电路仿真功能更强的电路仿真软件，非常值得我们学习。Multisim是一个虚拟的实验室，是全球独一无二的交互式电路模拟软件，为使用者提供了一个集成一体化的试验环境，它采用图形化的输入方式，构建电路时只需要进行简单的拖放和连接操作，便可完成电路的搭建与分析，所以是一种专业的应用软件，它主要具有以下特点：

1、丰富的元件和测试仪器，Multisim提供了数千种电路元件，现在最新的MultisimV10具说多达2万种元件。包含独立元件、集成运放、源器件、基本显示器件等其它元器件，而且还可以根据需要扩充或新建已有的元器件库。元器件中的虚拟元件参数可调，并提供了理想值。

2、Multisim的元器件具有动态可视化效果，采用与实物一致的外形，使用者第一次使用也能很方便地找到所需器件，对于测试仪器，其测量结果具有实时性。另外，它的数码管能发光，蜂鸣器能发声等，能形象体现电路的动态性，体现了“软件就是仪器”的效果。

3、具有多种分析功能；兼容性好。它是建立在SPICE仿真程序的基础上，可以方便的导入和导出SPICE格式，还可以直接输出PCB文件。

所以这是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真软件，对于学校它可为电类课程的实验、设计等教学环节提供极大的便利，而且可以弥补实验仪器的不足，排除了原材料消耗和损坏仪器的担忧，为学生深入理解和掌握电类课程提供了一个灵活的工具，更为学生掌握实验方法、培养综合分析能力和开发创新能力开辟了广阔的空间。目前在我国许多大学的数字电路与模拟电路课程中都用它作辅助教学实验。

二、用Multisim软件进行实验仿真教学

Multisim软件功能强大且简单易学，大多数学生在教师的讲解和演示下，很快就可基本掌握该软件的使用，学生也可进行仿真实验。在电类专业的电子电工的课程教学中，对于仪器使用、电路分析等既用实物仪器操作也用仿真软件进行仿真。而对那些由于实际仪器显示器小或因人数太多等实验条件不足难以开出的实验进行仿真，如串联型稳压电源、多级放大电路的频率特性等可安排在Multisim实验室进行仿真。将Multisim仿真实验和实际动手操作二者有机结合起来，使整个实验教学更充实、更完善。通过“软硬”结合、相互补充的方式强化了学生动手实践能力，加强了实验力度。采用Multisim软件仿真的方法，一方面克服了实验室元器件品种、规格和数量上不足的限制，另一方面可进行验证型、测量型、设计型等不同形式的针对性训练，培养了学生使用计算机及分析、应用和创新电路的能力。

如在《电子技术基础》中基本放大电路有关参数测试的教学中，我们先在实验室安排一次使用常用电子仪器测试的实验，然后利用Multisim再对电路进行仿真实验。学生通过仿真实验，可加深对放大、失真及工作点等概念的理解，也掌握了工作点、放大倍数的测量方法，巩固了电压表、示波器、信号源等仪器的使用，克服了在以往的认识性实验中只熟悉接线而未达到实验应有效果的不足。

三、应用Multisim软件辅助课堂教学

有了Multisim仿真工作台，利用多媒体设备就可以方便进行演示教学，使学生直接观察到电路工作情况，了解不同结构的电路的功能，元器件的数值大小改变对电路性能的影响，教师可以方便地改变不同的测试点，使演示实验变得非常简便。由于投影屏幕很大，所有学生都能看清楚实验过程，使演示效果更好。使用Multisim软件辅助教学，生动形象，直观易懂，可视性强，能进一步加深学生对知识的理解。例如，讲整流滤波电路时，为了让学生对整流滤波前后的波形作详尽的了解，使用Multisim仿真就很容易达到很好的效果。否则，学生可能不易理解整流和滤波电路中的电压波形关系。实验中，按电路图连接好电路和示波器后，利用Multisim的分析功能，适当调整示波器的扫描频率、显示幅度和各通道波形的垂直位置，连接输入、输出信号后进行仿真，就可得到各种情况下的波形曲线，清楚地看到整流前和整流后及滤波前和滤波后的波形特点。还可以任意调整电路的各元件，进行各个方面的观察。电路的连接简单方便，形象直观，器件任意选择，进行简单改装就能完成多个实验。

四、结束语

应用Multisim软件可以方便地搭建各种电路，不需要昂贵的实验设备，软件可以提供安全有效的设计环境和实验环境，其电路结构及设计都能很方便地进行修改。设计者不仅可以借助屏幕上的编辑器很方便地更换合适电路规格的元器件，还能直接用计算机进行模拟、分析和验证，可以准确地反应出所设计的电路的性能。与在实验室中需要一系列电子元件和实验设备才能完成的电路难相比，Multisim的运用使实验和电路设计既省时又经济，用它来进行电路模拟、分析和实验，能大提高电路设计及实验的效率和质量，不论是辅助教学，还是产品开发设计，都大大节省了物力、财力、人力和精力。

参考文献:

[1]王连英.基于Multisim10的电子仿真实验与设计[M]. 北京邮电大学出版社.2009.8.

[2]郭亚文,黄文华.数字电路实验的Multisim仿真辅助设计[J].中国电力教育，2011.3

第8篇：放大电路的设计与仿真范文

【关键词】MultiSIM；电子线路；教学；应用

一、前言

传统电子线路的实验教学是使用电子线路的分析方法，在最简易的电路图上，根据需要的指标设计电路、选择元件参数并进行手工估算。然后才开始搭建电路，使用选好的仪器或仪表进行测试，验证是否满足指标要求。但是设计出具有高实用价值的电子电路需要考虑的因素和问题很多，在众多类型中选用合适的器件的确不容易，特别是对于职业院校学生，设计之初往往经验不足。而且，大规模集成电路的功能较多，内部电路复杂，仅凭资料是很难掌握它们的各种用法。这就需要一个可以模拟现实的仿真软件。

Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的以Windows为基础的仿真软件，借助虚拟现实技术，使设计者能“如实”地选择、更换元件，能“如实”地操作各种仪器、设备，进行“现场”实验，能快速地模拟、分析、验证所设计电路的性能。往往用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。包括电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

使用Multisim仿真软件，与传统实验方法相比，这种虚拟技术既省时又经济，而且还可避免实验中发生的各种损坏和事故，在教学中更能节省时间和精力，有着广泛的应用前景。

二、MultiSIM软件的介绍

Interactive Image Technologies公司曾推出了一个专门用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件EWB（Electronics Workbench）。由于EWB具有许多突出的优点，引起了电子电路设计工作者的关注，迅速得到了推广使用。但是随着电子技术的飞速发展，EWB5x版本的仿真设计功能已远远不能满足复杂电子电路的仿真设计要求。被美国NI公司收购后，更名为NI Multisim，并将用于电路级仿真设计的模块升级为Multisim，于2001年推出了Multisim 2001。Multisim 2001继承了EWB界面形象直观、操作方便、仿真分析功能强大、分析仪器齐全、易学易用等诸多优点，并在功能和操作上进行了较大改进。而V10.0（即NI，National Instruments）是其推出的Multisim新版本。目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分相互独立，可以分别使用。

三、MultiSIM的功能和特点

MultiSIM是一种功能非常强大的电路仿真软件，作为虚拟的电子工作平台，提供了较为详细的电路分析手段，可以对电路的静态工作点的分析、动态分析、暂态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真度分析、直流扫描分析、传输函数分析、用户自定义分析和灵敏度分析等等，既可以对模拟、数字、模拟/数字混合电路、射频电路进行仿真，又能对部分微机接口电路进行仿真，克服了实验室条件下对传统电子设计工作的限制。帮助设计人员分析电路的各种性能，从而为设计人员提供了一个良好的集成化的虚拟设计实验环境。比如其交流频率分析类似于利用扫描仪对电路进行仿真，可以准确地得出电路的幅频特性和相频特性，分析结果能在分析表窗口中表现为直观的幅频特性和相频特性曲线，以观察电路的增益或相移。参数扫描分析则可用于需要读某个元器件数值进行调节时的电路仿真，它可以让电路中的某个元器件的参数在设置的数值段内连续变化，然后将电路的静态工作点、频率特性和瞬态特性等随此参数的变化以图形的方式显示出来。

具体特点总结如下：

（1）直观的图形界面

整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖动到屏幕上，轻点鼠标可用导线将他们连接起来，软件仪器控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的。

（2）丰富的元器件

提供世界主流的元件，同时能方便对元件的各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。

（3）强大的仿真分析功能

以Spice3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括Spice仿真、MUC仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。

（4）具有多种常用的虚拟仪表

提供了22种虚拟仪器进行电路工作的测量。

（5）完善的后处理

对分析结果进行的数字运算操作类型包括算术运算、三角运算、指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等。

（6）详细的报告

能够呈现材料清单、元件详细报告、网络报表、原理图统计报告、多余门电路报告、模型数据报告、交叉报告等7种报告。

（7）提高了模拟及测试性能

与NI相关虚拟仪器软件的完美结合，提高了模拟及测试性能。

四、MultiSIM在电子线路教学中的实例

1.单级放大电路的实验过程

把MultiSIM软件安装在计算机上，利用提供其提供的元件库和虚拟仪器构建实验电路原理图。

（1）创建电路图

首先在元件库栏中选择所需要的元件，然后拖曳到电路工作区适当的位置，设置其参数，再用鼠标画导线连接电路。对于虚拟仪器的不同输入端，可采用不同的颜色，这样可以方便观察结果.

（2）保存电路文件

电路生成后要保存电路，以免微机出现故障或方便以后调用。

（3）电路仿真分析

在实验中，为了与实际电路一致，三极管采用实际类型。仿真开始和停止只需按下该软件右侧的“启动/停止”开关。

①直流分析：直流工作点的分析是对电路进行进一步分析的基础，利用虚拟万用表测量电路的静态工作点。进行直流分析时，电路中RL短路，Ce开路，交流信号源无效，可知三极管工作在放大区。

②参数分析：参数扫描分析是将电路参数值设置在一定的变化范围内，以分析参数变化对电路性能的影响，该电路中参数R3和Ce的值对实验结果有着直接的影响。通过调节R3，选择合适的静态工作点。Ce则直接影响着电路的频带，由于射极旁路电容Ce对电路的低频响应特性起主要作用，放大电路的下限频率减少，频带变宽。

③交流分析：用虚拟示波器可观察电路输入和输出端的波形，如图1，通过对电流的交流分析，可以得出电路的频率响应、幅频和相频曲线，也可估算中频增益和上限截止频率。从图1中可以看出电路的输入输出波形反相及电路的通频带，根据各元器件的值算出电压放大倍数。

④瞬态分析：瞬态分析是一种非线性时域分析，它可以计算电路的时域响应。分析时，可用直流电作为电路初始状态，瞬时分析的结果（图2）通常是分析节点的电压波形，通过波形判断电路的失真是不是非线性失真，从而进一步改进电路。

2.单相桥式全控整流电路

从Multisim的电源箱及其基本工具箱里调出晶闸管及脉冲电压源和电阻负载的模块。按照单相桥式全控整流电路的电路结构图的要求联接仿真模型，如图3所示。

晶闸管触发信号是一个VCVS（电压控制电压源）与一个脉冲电压源，使用改变脉冲电压源的参数来改变触发脉冲的宽度和延迟时间，晶闸管选用2N1559，R=200Ω。电路参数设置为：正弦电压源为220V、50HZ，压控电压源设置为V1与V4相同，V2与V3相同。

按照以上触发信号设置，仿真电路输出波形如图4所示。

3.三相桥式可控整流电路的建模及仿真

依照上述方法，调出相应的仿真模块，按照三相桥式可控整流电路结构图的要求联接仿真模型，如图5所示。

输入信号源数据如下：

二极管型号选1S1888，R=200Ω正弦电压源参数设置为：Voltage RMS为220V，Voltage offset为0，Frequency为50HZ，Time delay为0，Damping Factor为0，Phase为0。按照以上设置，仿真电路输出波形如图6所示，从仿真波形来看，实验结果完全一致。

4.Boost电路的建模及仿真

Boost电路又称为升压变换器，输出电压与输入电压的关系为：

式中D为占空比，从Multisim的电源箱及其基本工具箱里调出直流电压源、脉冲电压源、功率三极管、二极管和电阻负载的模块。按照单相桥式全控整流电路结构图的要求联接仿真模型。

功率三极管、电阻、电感和电容全部选用现实元件，二极管选用虚拟器件。功率三极管选ZVN33310F。参数设如下：

直流电压源：100V；

受控电压源：1V/V；

脉冲电压源：Pulsed Value为30V，Pulse Width为0.5ms，Period为1ms。

按照以上设置，仿真电路输出波形如图7所示。

从仿真曲线可见与结果相符。说明了仿真模型的正确性以及直观快捷的特点。

五、结语

（1）利用Multisim软件的仿真工具箱建立的电子线路典型电路动态仿真模型，具有直观、方便、灵活的特点。使得仿真过程更加方便、快捷，提高了效率和精度。

（2）通过对单相桥式全控电路、三相桥式可控整流电路以及Boost电路的仿真实验结果，充分证实了动态仿真模型的正确性而且在仿真时可以随便改变仿真参数，并用示波器随时观察仿真波形，使得仿真更加具有实时性、直观性。

（3）在电子线路教学中引入Multisim仿真软件作为教学辅助工具，不但可以将课本中的抽象原理赋予形象化，而且可以激发学生的学习兴趣和积极性，从而提高了教学效果。

总之，利用MuthiSIM软件仿真电子线路实验，不仅可以弥补传统实验教学中存在的设备紧张、仪器陈旧、元器件损耗等不足，还大大激发了学生的学习兴趣。但实验教学的目的是培养和提高学生的实践能力，如果用该软件取代实际实验，显然不能完全达到实验教学目的，实践证明只有在教学中将现代化手段与传统实验有机地结合起来，充分发挥各自的优势，才能达到事半功倍的效果。

参考文献

[1]马威.仿真软件Multisim在电子技术实践教学中的应用[J].科教文化，2012，11（3）：193.

[2]吴志敏，朱正伟，何宝祥.Multisim10在模拟电子技术课程实验中的应用[J].实验室科学，2012，15（4）：112-116.

第9篇：放大电路的设计与仿真范文

[关键词] EDA； Altium Designer； 电路仿真

一 前言

电路设计自动化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成。如电路原理图（Schematic）的绘制、印刷电路板（PCB）文件的制作、执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随着电子科技的蓬勃发展，新型元器件层出不穷，电子线路变得越来越复杂，电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机辅助设计已经成为必然趋势，越来越多的设计人员使用快捷、高效的CAD设计软件来进行辅助电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表。

Altium Designer是原Protel软件开发商Altium公司于推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。

电子产品的开发过程中，从电路原理的绘制到印刷电路板的制成，一般还要经过一个重要过程，即电路仿真。在制作印刷电路板之前，如果可以对电路原理图进行必要的仿真，就能明确系统的性能，并根据仿真的结果进行适当的调整，将会尽可能地减少设计的差错，节省大量的时间和财力。

二 基于Altium Designer电路仿真的设计步骤及流程

三 仿真参数的设置

1、Altium Designer 的仿真元件库

Altium Designer 为用户提供了大部分常用的仿真元件，这些仿真元件库在Altium Designer 安装目录下＼Library＼Simulation目录中，如图3所示。其中，仿真信号源的元件库为Simulation Sources.IntLib；仿真专用函数元件库为Simulation Special Function.IntLib；仿真数学函数元件库为Simulation Math Function.IntLib；信号仿真传输线元件库为Simulation Transmission Line.IntLib。

2、初始状态的设置

设置初始状态是为计算偏置点电压（或电流）而设定的一个或多个电压值（或电流值）。在分析模拟非线性电路、振荡电路及触发器电路的交流或瞬态特性时，常出现解的不收敛现象，当然涉及电路是有解的，其原因是发散或收敛的偏置点不能适应多种情况。设置初始值最通常的原因就是在两个或更多的稳态工作点中选择一个，使仿真能够顺利进行。

在库文件Simulation Sources.IntLib中，包含了两个特别的初始状态定义符，如图4所示。

（1）.NS，即NODE SET（节点电压设置）。

（2）.IC，即Initial Condition（初始条件设置）。

这两个特别的符号可以用来设置电路仿真的节点电压和初始条件。只要向当前的仿真原理图添加这两个元件符号，然后进行设置，即可实现整个仿真电路的节点电压和初始条件设置。

3、仿真器的设置

在进行仿真前，设计者必须选择对电路进行哪种分析，需要收集哪个变量数据，以及仿真完成后自动显示哪个变量的波形等。

当完成了对电路的编辑后，设计者此时可对电路进行仿真分析对象的选择和设置。

执行菜单命令Design＼Simulate＼Mixed Sim，出现如图5所示电路仿真分析设置对话框。

选择General Setup选项，在对话框中显示的是仿真分析的一般设置，如图6-18所示。设计者可以选择分析对象，在Available Signals列表中显示的是可以进行仿真分析的信号；Active Signals列表框中显示的是激活的信号，即将要进行仿真分析的信号；单击 或 按钮可以添加或移去激活的信号。具体参数包括：工作点分析、瞬态特性分析与傅立叶分析、直流传输特性分析、交流小信号分析、噪声分析、零―极点分析、传递函数分析、温度扫描、参数扫描、蒙特卡罗分析。

4、执行仿真命令

完成了上述各项设置以后，执行Design/Simulate/Mixed Sim命令，系统即可开始电路仿真。并把仿真结果存放在后缀名为“.sdf”的文件中。随后即可在该文件中查看仿真的波形及数据，并对电路的性能进行分析。

Altium Designer系统把混合信号电路仿真完全集成到原理图的编辑环境中，用户可以直接从电路原理图进行大量的仿真分析，如零―极点分析、噪声分析、温度和参数扫描等。其仿真引擎不但支持SPICE 3f5/Xspice标准，而且还支持目前很多使用制造商所采用的Pspice模型，为用户提供了更广泛的器件仿真选择。此外，仿真结果还可以在强大的波形浏览器中显示，用户可对生成的仿真数据进行充分的分析、处理，以获得更详细、更准确的电路性能。

四 电路仿真实例

下面以模拟电路中常见的共射极放大电路为例，详细介绍在Altium Designer 的仿真环境下进行电路仿真的方法和步骤。

1、生成原理图文件

这是进行仿真的基础和前提。在此实例中，采用如图6所示的共射极放大电路。这是一个简单的共射极放大电路。直流电源12V，输入幅值为10mV，频率为1000Hz的正弦信号源。选择测试点为Q1的基极电位VB和集电极电位VC，输入信号Vi和输出信号Vo。

2、仿真器的设置

执行Design＼Simulate＼Mixed Sim命令，得到电路仿真分析设置对话框。在本次仿真中，采用如图7所示的仿真设置，即分别设置静态工作点分析和瞬态特性分析参数，对这两种模拟信号特性进行分析，并对Vi、VB、VC、Vo网络的信号进行仿真分析。

设置完以后，单击【OK】按钮开始仿真。

3、仿真器将输出仿真结果

4、设计者通过仿真完善原理图的设计

仿真器输出了一系列的波形，设计者借助这些波形，可以很方便地发现设计中的不足和问题，从而不必经过实际的制板就可以完全了解所设计原理图的电气特性。

五 小结

仿真（Simulation）是通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。在电路仿真软件问世之前，当完成某个具体电路的构思却又没有足够的把握时，通常只能在万能实验板上用实际元器件和一些导线去构建实验电路，然后根据预先设定好的方案去检测在一定的初始条件和给定输入下，该电路实际的输出信号是否和预期的输出信号相吻合。这种方法不仅工作量大，开发周期长，而且一旦出现问题时，针对错误的排查对每个硬件工程师来说都是一种折磨。

[参考文献]