本文借助Multisim 10仿真平台,用Multisim仿真分析阻容耦合负反馈放大电路,研究加入负反馈后对放大电路放大倍数和电路参数的影响,比较幅频和相频的变化,对研究设计带负反馈的放大电路具有深远的现实意义。


1 Multisim仿真软件与特点

1.1 Multisim仿真软件

Multisim软件是加拿大图像交互技术公司IIT公司推出的专门用于电路仿真和设计的电子设计自动化软件。其前身是电子工作平台EWB,从EWB 6.0版本开始,公司对软件做了大规模的改动,升级后软件功能更为强大,被美国NI公司收购后,更名为NI Multisim,而V10.0是其(National Instruments,NI)最新推出的Multisim新版本。相对于Protel等其他EDA软件,它具有更加形象直观的人机交互界面,特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样,但它对模/数电路的混合仿真功能却毫不逊色,几乎能够100%地仿真出真实电路的结果。

1.2 Multisim仿真软件特点

(1)直观的窗口界面:菜单栏(Menu Bar)、工具栏(Toolbar)、设计栏(Design Toolbox)、元器件栏(Components Toolbar)、仪器栏(Instruments Toolbar)、电路编辑窗口(Workspace)等部分组成,如图1所示。

(2)Multisim有庞大的元器件和丰富的虚拟仪器库。诸如基本元件(Basic)、信号源(Sources)、模拟集成电路(Analog)、数字集成电路(Misc Digital)、可以从Design工具栏转换到Instruments工具栏,或用菜单命令(Simulation/instrument)选择这些仪表。

(3)Multisim强大的分析功能,可以完成电路的瞬态分析、稳态分析、时域和频域分析、元器件的线性和非线性分析、失真分析、直流扫描分析、参数扫描分析、以帮助设计人员分析电路的性能。



图1 Multisim 10界面
 


2 Multisim仿真的负反馈放大电路

2.1理论分析

所谓反馈,就是将放大电路输出信号(电压或电流)的一部分或全部,通过反馈网络反送到输入端(或输入回路),使放大电路净输入信号是外加输入信号和反馈信号叠加的结果,从而影响放大电路性能的过程。

放大电路的输出与输入之间没有联系即断开的这种接法称为开环接法。加入反馈的放大所示电路、输出与输入之间形成闭合环路这种接法称为闭环接法。反馈放大电路由基本放大电路和反馈网络两部分组成,前者的主要功能是放大信号,后者的主要功能是传输反馈信号。

当静态时,放大电路的直流输出电流ICQ,利用发射极电流IEQ(IEQ≈ICQ)在发射极电阻Re上产生反馈电压Uf,Uf=IEQRe送回到电路的输入端基极,与输入端的固定电位UB串联叠加,从而改变了输入电压UBEQ的大小,使ICQ趋于稳定,这种反馈方式属于直流负反馈。动态时,其中的交流电流ie通过发射极旁路电容Ce直接到放大电路的公共端—“地”端,因此发射极电阻Re对交流信号没有反馈作用。

2.2实践与仿真分析

在反馈放大电路中,若反馈结果是加强了闭环放大电路输人信号Xi的作用,使基本放大电路的净输人信号Xd增加,称为正反馈;若反馈结果抵消了闭环放大电路输入信号Xi作用,使基本放大电路的净输人信号Xd减小,称为负反馈。

这里着重讨论负反馈对电路性能的影响的某种性能。如图2是两级放大电路引入负反馈后的仿真电路。

其中,由电容C5,R9组成的就是反馈到输出电容C3的负反馈电路。如图3和图4是分别将加入负反馈和去掉负反馈电路后得到的仿真图像。



图2两极放大电路引入负反馈后的仿真电路

图3加入负反馈仿真波形

图4去掉负反馈的仿真波形

估算:两级电压放大倍数(Uo ,Ui单位为mV)放大倍数比较小,但是输入和输出波形不存在相位差,重合度非常好。


估算:两级电压放大倍数

从图3和图4和表1可以看出由两个分压式偏置的共发射极放大电路组成的两级放大电路的放大倍数很高,而接入负反馈后放大倍数很低;同时也可对比出:引入负反馈后虽然降低了放大倍数,却稳定了放大倍数。



表1改变偏置电阻后的电压放大倍数

 

观测负反馈对幅频特性的影响,反馈的幅频相频图如图5所示。设电阻R9开路状态,重新测试,测得无反馈时的幅频相频特性仿真结果如图6所示。比较可以看出,有负反馈时放大倍数降低了,但频带得到了扩展。



图5反馈的幅频相频图

图6不加入反馈的幅频相频图


在实际电路中一般都是引入负反馈,牺牲放大倍数换取性能的稳定,负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施,广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。

3结语

负反馈的多级放大电路是模拟电路中比较经典的电路,借助Multisim 10仿真平台,分析电路静态工作点和动态参数的变化以及加入负反馈后对电路放大倍数的影响,说明负反馈电路能稳定电路的静态工作点,放大倍数降低了,但频带得到了扩展,在实际设计电路时具有深远的现实意义。