基于Multisim的高頻小信號諧振放大器仿真研究

王海梅

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

基于Multisim的高頻小信號諧振放大器仿真研究

王海梅

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

摘要：為解決高頻小信號諧振放大器傳統(tǒng)講授理論性較強(qiáng)，缺乏直觀性，教學(xué)效果不理想的問題，采用了引入電路仿真軟件Multisim進(jìn)行分析研究的方法。通過對電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)置及仿真、頻率特性、負(fù)載特性和通頻帶等性能參數(shù)進(jìn)行分析，證明了諧振頻率為6.0 MHz、電壓增益為25.5 dB的高頻小信號諧振放大器可滿足要求，仿真結(jié)果與理論分析一致。教學(xué)實(shí)踐中，通過對仿真電路的理論分析和直觀地展現(xiàn)仿真結(jié)果，不僅使學(xué)生加深了對理論知識的理解，還有助于提高學(xué)生的電路分析和設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：Multisim；高頻小信號諧振放大器；仿真；特性；研究

1Multisim軟件介紹

Multisim軟件是美國國家儀器有限公司(National Instruments，簡稱NI)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。Multisim 12.0是目前該軟件的最高版本，完全漢化，保存有比Multisim 10.0豐富得多的，可供仿真的2 000多個來自于亞諾德半導(dǎo)體、美國國家半導(dǎo)體、NXP和飛利浦等半導(dǎo)體廠商的元件模型。該軟件可以實(shí)現(xiàn)電路分析、模擬/數(shù)字電路、集成運(yùn)放、電子電路設(shè)計(jì)、射頻電路、電子測量、電源電路、單片機(jī)仿真、VHDL仿真、Verilog HDL仿真以及數(shù)字通信原理中的應(yīng)用。利用其直觀的捕捉和強(qiáng)大的仿真功能，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

2原理圖繪制及仿真分析

在接收設(shè)備中，從天線上感應(yīng)的信號是非常微弱的，要將傳輸?shù)男盘柣謴?fù)出來，需要將信號放大，這就需要用高頻小信號放大器來完成[3]。諧振放大器對于靠近諧振頻率的信號有較大的增益，對于遠(yuǎn)離諧振頻率的信號增益迅速下降。諧振放大器不僅有放大作用，還具有濾波或選頻的作用，即具有從眾多信號中選擇出有用信號和濾除無用的干擾信號的能力。高頻小信號諧振放大器信號較弱，可認(rèn)為它工作在晶體管的線性范圍內(nèi)，由于工作在高頻，PN結(jié)結(jié)電容、引線電感和載流子渡越時間的影響都應(yīng)考慮[4]。選擇NPN三極管2N2222作為電路放大器，依次選擇所需元器件及測試儀表，雙擊調(diào)整元器件參數(shù)并連線，繪制基于Multisim 12.0的高頻小信號諧振功率放大器，如圖1所示。可以改變Multisim 12.0界面下的電路連接線顏色，單擊選中擬變色連接線，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇“區(qū)段顏色”，然后確定即可。

圖1　基于Multisim 12.0的高頻小信號諧振功率放大器

2.1電路結(jié)構(gòu)

共發(fā)射極組態(tài)高頻小信號諧振放大器如圖1所示，電路主要由2部分組成：1)直流偏置電路。R1和R2是基極分壓式偏置電阻，R3是發(fā)射極負(fù)反饋偏置電阻，用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，C1和C2為旁路電容；2)高頻交流通路，將旁路電容短路，直流電源V2對地短路，即得該電路的高頻交流通路。高頻交流通路主要包括3部分：a.輸入回路；b.放大器，晶體管Q1是放大器的核心，起電流控制和放大作用；c.輸出回路。輸出回路由L1C3并聯(lián)諧振回路及負(fù)載R4組成，并聯(lián)諧振回路起選頻和阻抗變換的雙重作用。

2.2儀表參數(shù)設(shè)置及仿真

仿真前首先要合理設(shè)置波特測試儀面板上模式、水平、垂直及控件參數(shù)(見圖2)。因?yàn)榉治龇l特性，所以模式設(shè)置為幅值，水平設(shè)置為線性，最大頻率F設(shè)置為11 MHz，最小選I設(shè)置為1 MHz；垂直設(shè)置為對數(shù)，最大數(shù)值F設(shè)置為40 dB，最小I設(shè)置為0 dB。最大、最小值選擇分析依據(jù)見后續(xù)分析。為便于觀察和打印，面板控件選擇反向，“設(shè)置”選項(xiàng)默認(rèn)分解點(diǎn)為100；其次，設(shè)置示波器面板參數(shù)，時基是200 ns/DIV，通道A是1 V/DIV,通道B是100 mV/DIV，注意通道B輸入、通道A輸出，將輸入和輸出波形分別對稱放在Y軸以上和以下?？勺冸姼蠰1的接入比例為15%時，輸出信號波形與輸入信號波形反相(見圖3)，符合共射級放大電路特點(diǎn)，波形無失真，通過移動波特測試儀縱軸刻度尺可知，此時諧振頻率為5.945 MHz，電壓增益為25.475 dB。

圖2　波特測試儀面板參數(shù)設(shè)置

圖3　L1接入15%時的輸出波形

2.3性能參數(shù)分析

2.3.1頻率特性

調(diào)整可變電感L1的接入比例，觀察波特圖示儀和示波器的波形，記錄諧振頻率與增益的變化，見表1。為便于觀察變化規(guī)律，仿真記錄數(shù)值只精確到小數(shù)點(diǎn)后1位。

完成兵員征集，是武裝工作的最重要任務(wù)，也是地方政府貫徹兵役法的直接實(shí)踐。當(dāng)好同級政府的兵役部，堅(jiān)持政府主導(dǎo)、部門配合，以認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、科學(xué)管用的創(chuàng)新舉措破解征兵實(shí)踐中遇到的矛盾問題，協(xié)調(diào)宣傳、衛(wèi)生、公安、教育、民政、財(cái)政等業(yè)務(wù)部門，變一季征兵為四季準(zhǔn)備，合力完成兵員征集任務(wù)。把好兵員征集的思想關(guān)、體檢關(guān)、政審關(guān)、文化關(guān)，完善大學(xué)生集中征集辦法，逐年提高大學(xué)生兵員和專業(yè)技術(shù)兵員的比例。通過暖兵心、聚民力、惠民生的活動，推動優(yōu)撫政策落實(shí)到位，不斷為部隊(duì)輸送高質(zhì)量兵員。

表1　調(diào)整電感L1接入比例

從表1可以看出，可變電感L1接入比例直5%～100%變化時，諧振頻率在1～11 MHz變化，電壓增益保持在25.5 dB左右。選擇L1接入為5%和60%時，對比可變電感L1接入不同比例時的輸出波形，如圖4所示。

圖4　L1接入不同比例時的輸出波形

2.3.2負(fù)載特性

重新設(shè)置波特測試儀面板水平、垂直及控件參數(shù)。水平設(shè)置為線性，最大頻率F設(shè)置為7 MHz，最小I設(shè)置為5 MHz；垂直設(shè)置為對數(shù)，最大數(shù)值F設(shè)置為50 dB，最小值I不變。所以選擇水平“線性”上、下限在5～7 MHz。控件的“設(shè)置”選項(xiàng)分解點(diǎn)為1 000，如圖5所示。

圖5　改變波特測試儀面板參數(shù)

設(shè)定可變電感L1的接入比例為15%，調(diào)整電阻R4的阻值，觀察波特測試儀和示波器的波形，記錄增益的變化，見表2。

表2　調(diào)整電阻R4阻值

圖6　R4取不同阻值時的輸出波形

2.3.3通頻帶

單調(diào)諧放大器的幅頻特性與LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性是相同的，分析LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性可知，單調(diào)諧放大器的諧振曲線與矩形相差較遠(yuǎn)，選擇性較差。

圖7　R4取不同阻值時的波特測試儀圖形

3結(jié)語

研究表明，應(yīng)用Multisim 12.0軟件，借助虛擬波特測試儀，合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)能準(zhǔn)確仿真諧振頻率為6.0 MHz、電壓增益為25.5 dB的高頻小信號諧振放大器電路。通過仿真，分析了電路諧振頻率和電壓增益隨各控制量的變化特點(diǎn)，通過輸入輸出波形對比，進(jìn)一步理解了電路的頻率特性、負(fù)載特性和通頻帶變化規(guī)律。可見，引入Multisim軟件可使學(xué)習(xí)者親自進(jìn)行電路連接和元件參數(shù)的選擇，并分析各元器件參數(shù)變化對電路帶來的影響和作用，通過仿真把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，從而加深了對電路的認(rèn)識和理解。高頻小信號諧振放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其他電子系統(tǒng)中[5]，在通信設(shè)備中的主要用途是作為接收機(jī)的高頻放大器和中頻放大器。

參考文獻(xiàn)

[1] 張玉興.射頻模擬電路[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.

[2] 于波,呂秀麗,李玉爽. Multisim 11在高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(10):193-198.

[3] 李銳君,王莉麗. Multisim在高頻小信號諧振放大器教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2011(10)：43-45.

[4] 王衛(wèi)東.高頻電子線路[M]. 2版.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[5] 沈偉慈.通信線路[M].2版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

責(zé)任編輯鄭練

Simulation and Research on High Frequency Small Signal Tuned Amplifier based on Multisim

WANG Haimei

(Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300, China)

Abstract:The traditional teaching of high frequency small signal tuned amplifier is too theoretical and lack of practice, which resulted in the inefficiency in teaching. The introduction of Multisim and the circuit simulation software can realize the circuit structure, parameter setting and simulation, frequency characteristics, load characteristics, the pass band and other performance parameters analysis, which arrives at the conclusion that the high frequency small signal tuned amplifier circuit with the resonant frequency of 6.0 MHz, voltage gain of 25.5 dB decibel can meet the requirements, and the simulation results are consistent with the theoretical analysis. In teaching practice, both the analysis of circuits and the intuitive simulation results may help students not only understand the theoretical knowledge further, but also improve the circuit analysis and design ability.

Key words:Multisim, high frequency small signal tuned amplifier, simulation, characteristics, research

收稿日期：2014-05-27

作者簡介：王海梅(1979-)，女，講師，主要從事電子信息工程、控制理論與控制工程等方面的研究。

中圖分類號：TN 722

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A