电子基础技术实践 5

第8章Multisim仿真实践电子技术基础理论与实践第8章Multisim仿真实践【学习目标】（1）熟悉Multisim仿真软件的操作流程，掌握示波器、万用表、函数发生器、波特图仪等虚拟仪器的使用方法。（2）通过仿真验证二极管整流和限幅电路、三极管放大电路、集成运算放大器、直流稳压电源的工作原理。（3）掌握基本模拟电路关键指标的仿真测量方法。8.1二极管Multisim仿真8.1.1实验目的深化理解二极管整流、限幅电路的工作原理。掌握Multisim软件元件库调用方法、电路仿真运行与数据读取等基本操作。对比仿真电路的输入/输出波形，验证二极管整流、限幅效果，分析电路结构变化对实验结果的影响。8.1二极管Multisim仿真8.1.2实验原理整流电路的核心功能是将交流信号转换为单向脉动直流信号。半波整流是最简单的整流形式，仅利用1个理想二极管实现半波整流。桥式整流通过4个理想二极管组成“桥臂结构”，实现全波电流。二极管单向限幅电路的核心功能是仅限制输入信号一个方向的电压幅值，另一个方向的信号则保持原有波形。单向限幅仅需1个限幅元件，双向限幅需2个参数一致的限幅元件。8.1二极管Multisim仿真二极管半波整流8.1二极管Multisim仿真二极管桥式整流8.1二极管Multisim仿真二极管单向限幅8.1二极管Multisim仿真二极管双向限幅8.2三极管放大电路Multisim仿真8.2.1实验目的（1）熟悉Multisim仿真软件的操作流程，掌握直流电表、示波器、波特图仪等虚拟仪器的使用方法，以及直流工作点分析、温度扫描、交流分析等基本操作。（2）通过仿真验证三极管放大电路的工作机制，理解静态工作点（Q点）对电路性能的影响，建立理论计算与仿真结果的关联认知。（3）掌握放大电路关键动态指标的仿真测量方法，包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及通频带，并分析电路参数对性能的影响规律。（4）观察静态工作点偏移导致的波形失真现象，明确波形失真的原因及消除交越失真的方法。8.2三极管放大电路Multisim仿真8.2.2实验原理1.静态分析原理

静态工作点是指静态时三极管各电极的直流电流和电压，即Q(IB,IC,UCE)，静态工作点是电路正常放大的基础。三极管放大电路正常工作，需确保三极管工作在放大区，且静态工作点位于输出特性曲线交流负载线中点，以获得最大不失真输出幅度。若Q

点过高易引发饱和失真，Q点过低则导致截止失真。

分压式偏置电路是一种典型的能够稳定静态工作点的电路，该电路通过射极电阻引入直流负反馈，抑制温度变化对集电极电流的影响。Multisim可通过温度扫描分析直观展示射极电阻对静态工作点的影响。通过直接测量IB,IC,UCE，或利用“直流工作点分析”功能可以自动输出全电路静态参数。8.2三极管放大电路Multisim仿真8.2.2实验原理2.动态分析原理

通过小信号等效模型可以定量计算三极管动态参数，如电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。仿真测量时通过示波器观测输入输出波形，应用交流电表测量输入电压、输出电压，计算二者的比值得出电压增益。通过测量输入电压、输入电流后，计算输入电压和输入电流的比值得到输入电阻。对比测量空载电压与带载电压计算输出电阻。Q点偏移或输入信号过大均会引发非线性失真。对于共射极放大电路，在示波器上可以观察到饱和失真表现为输出波形底部削波，截止失真表现为顶部削波。通频带为幅频特性曲线中，中频带增益下降3dB时对应的频率范围，fH为上限频率，fL为下线频率。通频带宽度为fH-fL。低频特性受耦合电容（C1、C2）和射极旁路电容（Ce）影响，高频特性受三极管结电容限制。Multisim可通过波特图仪或交流分析直接获取幅频/相频曲线。波特图仪光标定位-3dB点读取fH和fL，求差得到通频带。8.2三极管放大电路Multisim仿真基本共射放大电路Multisim仿真电路图（NPN型三极管）8.2三极管放大电路Multisim仿真输入输出波形8.2三极管放大电路Multisim仿真输入电阻测量电路8.2三极管放大电路Multisim仿真输出电阻测量电路8.2三极管放大电路Multisim仿真幅频和相频特性8.2三极管放大电路Multisim仿真幅频和相频特性8.2三极管放大电路Multisim仿真

（a）下限频率测量

（b）中频带应用波特图测量电路的通频带（c）上限频率8.2三极管放大电路Multisim仿真非线性失真8.2三极管放大电路Multisim仿真饱和失真8.2三极管放大电路Multisim仿真截止失真8.2三极管放大电路Multisim仿真温度扫描8.3集成运放Multisim仿真8.3.1实验目的掌握同相放大电路和反相放大电路的组成结构、电路连接方式及反馈类型。验证两种电路的电压增益计算公式，通过仿真测量输入输出电压，对比理论计算值与仿真结果，分析误差原因。观察同相、反相两种电路的输入输出相位关系，理解“同相”“反相”的物理意义。学会使用Multisim软件搭建运放电路，掌握函数信号发生器、示波器、交流毫伏表等虚拟仪器的操作方法。8.3集成运放Multisim仿真8.3.2实验原理

集成运放是一种高增益、高输入电阻、低输出电阻的多级放大电路，在引入负反馈时，可构成性能稳定的放大电路。利用理想化运放的“虚短”和“虚断”特性，可推导同相和反相放大电路的关键参数。应用Multisim软件搭建同相比例放大电路和反相比例放大电路，通过仿真验证理论推导的正确性。8.3集成运放Multisim仿真同相比例放大电路8.3集成运放Multisim仿真反相比例放大电路8.4直流稳压电源Multisim仿真8.4.2实验原理

运放构成的直流稳压电源通常包括整流、滤波、稳压环节。以单相桥式整流为例，4个二极管构成整流桥堆，无论交流电压处于正半周还是负半周，都能使负载电流方向一致，输出脉动直流电；在整流输出端并联大容量电解电容，电压升高时电容充电，电压降低时电容放电，最终使输出电压接近直流的平滑电压。整流滤波后的纹波电压大幅降低，但输出电压仍存在少量交流成分，且输出电压随输入波动或受负载变化影响导致输出不稳定，这时需要稳压电路实现稳定的直流输出。应用Multisim仿真可直观观察各模块的信号波形。8.4直流稳压电源Multisim仿真8.4直流稳压电源Multisim仿真桥式整流+滤波后的输出波形桥式整流后的输出波形8.4直流稳压电源Multisim仿真桥式整流+滤波后+三端稳压器8.4直流稳压电源Multi