Multisim10在差動放大電路分析中的應用

　　5 動態參數分析

　　圖1電路的差模電壓放大倍數Aud與單管共射電路相同，且Aud由輸出方式決定，而與輸入方式無關。

　　計算雙端輸出差模放大倍數為：

　　5.1 傳遞函數分析

　　依據傳遞函數分析可計算電路中輸入源與兩個節點的輸出電壓或一個電流輸出變量之間的直流小信號傳遞函數，同樣可以用于計算輸入和輸出的阻抗。

　　將圖1電路分別設置為直流差模、直流共模信號輸入方式，依次執行Simulate/Analyses/Transfer Function Analysis(傳遞函數分析)命令，設置V3為輸入電壓源，設置輸出節點為u01，分別得到如圖4(a)，4(b)所示傳遞函數分析結果。由圖4測得Aud1=-12.4，Auc1=-0.64，所測參數與式(5)、式(6)分析結果基本一致。

　　5.2 直流信號測試

　　撥動開關J1，J2，在圖1電路中兩輸入端加入直流差模信號ui1=+0.1V，ui2=-0.1V，通過數字萬用表測得uo1=2.246V，uo2=7.115V。計算Aud=(2.246-7.115)/0.2=-24.345，Aud1=(2.246-4.68)/0.2=-12.17，Aud2=(7.115-4.68)/0.2=12.175。在圖1電路中兩輸入端加入直流共模信號ui1=ui2=0.1 V，通過數字萬用表測得uo1=uo2=4.616 V。計算Auc1=Auc2=(4.616-4.68)/0.1=-0.64，Auc為零。直流信號測試參數與式(4)～式(6)分析結果基本一致。

　　5.3 交流信號測試

　　5.3.1 單端輸出

　　在圖1電路中兩輸入端分別加入交流差模信號(函數信號發生器的輸出端接ui1、地端接ui2，構成單端輸入方式)及交流共模信號(函數信號發生器的輸出端同時接ui1，ui2)，設置正弦波輸入信號頻率為1 kHz、幅值為10 mV。

　　通過示波器觀測差模、共模信號輸入波形和單端輸出波形如圖5所示。由示波器測得：差模單端輸出電壓的幅值約為119mV，Aud2=11.9;共模單端輸出電壓的幅值約為6.4 mV，Auc1=-0.64。單端輸出測試參數與式(5)、式(6)分析結果基本一致。

　　5.3.2 雙端輸出

　　由于Multisim 10提供的示波器不能直接測量uo兩端的電壓波形，因此需通過后處理器對雙端輸出電壓進行觀測。在進行后處理之前需要對電路進行瞬態分析，然后將瞬態分析結果進行后處理。瞬態分析是一種非線性電路分析方法，可用來分析電路中某一節點的時域響應。在進行瞬態分析時，Multisim 10會根據給定的時間范圍，選擇合理的時間步長，計算所選節點在每個時間點的輸出電壓，通常以節點電壓波形作為瞬態分析的結果。圖1電路設置為交流差模信號輸入方式，設置正弦波輸入信號頻率為1 kHz、幅值為10 mV，依次執行Simulate/An-alyses/Transient Analysis(瞬態分析)命令，選擇圖1電路中節點uo1，uo2的電壓作為輸出變量，得到如圖6所示的瞬態分析結果。可見，uo1，uo2大小相等、相位相反。后處理器(PostProcessor)是專門對仿真結果進行進一步計算處理的工具，不僅能對仿真得到的數據進行各種運算，還能對多個曲線或數據之間進行數學運算處理，并將結果繪制到曲線圖或圖表中，繪制的結果表現為“軌跡線”的形式。

　　依次執行Simulate/Postprocessor(后處理器)命令，選擇對圖6瞬態分析結果中兩個節點(uo1，uo2)輸出電壓進行減法運算，得到的差模信號雙端輸出電壓uo波形如圖7所示。由圖7可測得uo的幅值約為242 mV，計算Aud=-24.2，雙端輸出測試參數與式(4)分析結果基本一致。圖1電路設置為交流共模信號輸入方式，通過瞬態分析和后處理器測得共模信號雙端輸出電壓uo幅值僅為0.062μV，Auc=6.2×10-6。可見，差動放大電路對共模信號具有很好的抑制作用。

　　6 結語

　　Multisim 10具有強大的電路設計和仿真分析功能，以典型差動放大電路為例，利用直流工作點分析和傳遞函數分析對電路的靜態工作點、差模及共模電壓放大倍數的仿真數據和真實值進行比較，利用參數掃描及溫度掃描分析了電路參數變化對輸出波形的影響，利用瞬態分析、后處理器分析對實際應用中難以觀測的雙端輸出電壓波形進行了測試，電路各項參數指標均與真實值相符，提高了電路的設計和分析效率。研究表明，利用Multisim 10進行電子電路計算機仿真設計，不僅速度快，效率高，參數測試精確可靠，而且可廣泛應用于電氣控制、電子信息、通信工程、自動化等各種電路設計領域。