基于LabVIEW的模拟电路实验教学平台设计

摘 要： 在此运用LabVIEW软件仿真了模拟电路中的典型阻容耦合共发射极放大电路，此电路有放大状态、饱和失真状态和截止失真状态。针对放大状态给出了它的静态工作点和正常的放大输出波形；针对饱和失真状态和截止失真状态给出了相应的失真波形。在典型阻容耦合共发射极电路基础上，设计了电压串联负反馈电路，验证了负反馈对整个电路输入/输出电阻及放大倍数的影响。

关键字： 阻容耦合； LabVIEW； 电压串联负反馈电路； 实验教学平台

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）12?0145?03

0 引 言

在大学电子类相关专业中，模拟电路是一门非常重要的专业基础课程[1]，理论性和实践性都很强，传统的模拟电路教学中，教师由于实验条件的限制，大多只注重理论知识的教授，对电路中实验现象只做简单的描述，这样会导致学生在学习过程中学习效果的下降，不利于学生创造性思维的发挥，降低了学生的学习热情，加大了这门课的学习难度。

本文设计了一个典型阻容耦合共发射极放大电路，并在这个电路的基础上设计了电压串联负反馈电路，可以作为教学试验平台的一个探索。在阻容耦合共发射极电路中对电阻、电压和信号的频率、幅度设置相应的参数就可以知道静态工作点和输出的波形，在电压串联负反馈电路中[2]，设置电路中的电阻的阻值便可以知道电路中开环时的输入电阻、输出电阻、放大倍数和闭环时的输入电阻、输出电阻及放大倍数。

1 LabVIEW介绍

虚拟仪器是基于计算机的仪器[3]，计算机和仪器的密切结合是仪器今后的发展方向，笼统的说这种密切结合有几种方式，其中一种是是将仪器装入计算机中，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器的功能，这就是虚拟仪器。

虚拟仪器的的概念首先由美国国家仪器公司于20世纪80年代中期提出来的，随着计算机技术和大规模集成电路的快速发展，虚拟仪器技术也得到了很快发展，LabVIEW是美国国家仪器有限公司最核心的产品，LabVIEW可以运用于多个领域如测试测量、控制、仿真、儿童教育、快速开发、快平台等[4]，其中仿真这块发展迅速[5?6]，国内外技术人员研究LabVIEW应用仿真这块的成果是十分巨大的[7?8]。

2 典型阻容耦合共发射极电路静态工作点仿真及计算

在模拟电路中，晶体管单管放大电路有3种基本接法，在模拟电路教学中，接触较多的是共发射极单管放大电路，在共发射极电路中，常见的有直接耦合和阻容耦合方式，本文研究的是典型阻容耦合电路。在模拟电路的教学中有关于放大电路的问题，需要知道放大电路的静态工作点，以便知道放大电路处于什么样的工作状态，输出信号是怎样的。本文用LabVIEW软件来实现典型阻容耦合电路静态工作点的计算和信号经过电路后的波形。在前面板上设置电路中的电阻的阻值，输入信号的频率和幅度，电压源的电压，三极管的放大倍数，三极管一些内部参数，便可得到静态工作点和输出波形。输入和输出的关系可以在程序框图构建出来。

2.1 信号放大

输出的结果是数字加上相应的单位，即电阻加上单位kΩ，电压加上单位V，电流加上单位A，便是对应的结果。从理论上分析的结果和显示的结果比较可知，理论的结果和仿真的结果是十分的吻合的。

2.2 信号的失真

由模拟电路知识可知，当电路中的参数设置不合理时会导致信号输出的失真，信号失真可以分为饱和失真和截止失真，静态工作点设置过高时会产生饱和失真，设置过低时会产生截止失真。

3 负反馈仿真

4 结 语

本文简要介绍了用LabVIEW软件来仿真模拟电路中的典型放大电路及其为基础的负反馈电路。通过使用LabVIEW构建的虚拟教学实验系统，可以直观地观察电路中的现象，与传统的实验箱相比，成本低廉，制作简单，可以通过图形编程的方式，可高效、直观地仿真出结果。该平台有益于充分发挥学生的积极性和创造性，培养他们的创造思维，可以更好地为教学服务，有利于新知识的掌握和教学效果的提高。

参考文献

[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].3版.北京：高等教育出版社，2001.

[2] 牛燕炜.基于Multisim 7的负反馈放大电路的研究[J].电子工程师，2007，33（6）：44?47.

[3] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.

[4] 谭煌，刘毅.基于虚拟仪器的电子电路实验教学系统[J].传感器与仪器仪表，2008，24（8）：118?119.

[5] 许力，张波，陶微微.基于LabVIEW的数字电路实验教学平台设计[J].实验室科学，2011，14（4）：7?9.

[6] 严浩.基于LabVIEW的网络虚拟仪器在教学中的应用研究[D].武汉：华中科技大学，2007.

[7] GANI A， SALAMI M J E. A LabVIEW base data acquisition system for vibration monitoring and analysis [C]// Proceedings of Student Conference on Research and Development. Malaysia： SCOReD， 2002： 62?65.

[8] SIDDIQUI U H. Universal remote alarm system by using virtual instrumentation and LabVIEW graphical programming [C]// Proceedings of 2004 the IEEE 30th Annual NortheastBioengineering Conference. [S.l.]： IEEE， 2004： 255?256.