基于Multisim的差分放大电路仿真分析

摘 要：简要介绍Multisim8软件的特点，并对差分放大电路进行仿真分析，研究其如何实现对差模信号放大和对共模信号抑制。仿真结果与理论分析计算一致，在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活、更贴近工程实际,达到帮助学生理解原理,更好地掌握所学的知识的目的。对提高学生动手能力、分析问题和解决问题的能力具有重要的意义。

关键词：Multisim；差分放大电路；仿真分析；差模信号；共模信号

中图分类号：TN707 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2009)04-014-02

Analysis of Differential Amplifier Circuit Simulation Based on Multisim

XIONG Xujun

(Lanzhou City College,Lanzhou,730070,China)

Abstract：Features ofMultisim8 software and differential amplifier for the simulation analysis are introduced,research on how to enlarge differential mode signal and restrain common mode signal.The simulation results calculated in line with the theoretical analysis,in the classroom teaching of electronic technology to simulate more image,flexible and closer to actual projects,to help students understand theory,a better grasp of the knowledge acquired by the purpose It has great significance to enhance students practical ability and analysis of issues and problem-solving abilitie.

Keywords：Multisim;differential amplifier;simulation analysis;differential mode signal;common mode signal

差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点［1,2］。Multisim 作为著名的电路设计与仿真软件,它不需要真实电路环境的介入,具有仿真速度快、精度高、准确、形象等优点。因此,Multisim被许多高校引入到电子电路实验的辅助教学中,形成虚拟实验和虚拟实验室。通过对实际电子电路的仿真分析,对于缩短设计周期、节省设计费用、提高设计质量具有重要意义。

1Multisim8软件的特点

Multisim是加拿大IIT (Interactive Image Technologies)公司在EWB (Electronics Workbench)基础上推出的电子电路仿真设计软件,Multisim现有版本为Multisim2001，Multisim7和较新版本Multisim8。它具有这样一些特点:

(1) 系统高度集成，界面直观，操作方便。将电路原理图的创建、电路的仿真分析和分析结果的输出都集成在一起。采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。操作方法简单易学。

(2) 支持模拟电路、数字电路以及模拟/数字混合电路的设计仿真。既可以分别对模拟电子系统和数字电子系统进行仿真，也可以对数字电路和模拟电路混合在一起的电子系统进行仿真分析。

(3) 电路分析手段完备,除了可以用多种常用测试仪表（如示波器、数字万用表、波特图仪等）对电路进行测试以外，还提供多种电路分析方法，包括静态工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析等。

(4)提供多种输入/输出接口,可以输入由PSpice等其他电路仿真软件所创建的Spice网表文件，并自动形成相应的电路原理图，也可以把Multisim环境下创建的电路原理图文件输出给Protel等常见的印刷电路软件PCB进行印刷电路设计［3,4］。

2 差分放大电路仿真分析

运行Multisim 8，在绘图编辑器中选择信号源、直流电源、三极管、电阻，创建双端输入双端输出差分放大电路（双入双出差分放大电路）如图 1所示，标出电路中的结点编号。

该次仿真中，采用虚拟直流电压源和虚拟晶体管，差分输入信号采用一对峰值为5 mV、频率为1 kHz的虚拟正弦波信号源。设置虚拟晶体管的模型参数BF=150，RB=300 Ω［5］。

图1 双入双出差分放大电路

2.1 差模放大性能仿真分析

2.1.1 直流分析

直流分析实际上就是确定静态工作点。选择Simulate菜单中的Analysis命令,然后选择DC Operating Point子命令,分析结果如图2所示。

用静态工作点分析方法得UBEQ1=UBEQ2=0.69 V，UCEQ1=UCEQ2=V3-V28.94 V，与题中理论计算结果完全相同。

2.1.2 差模放大倍数分析

加差模信号ui1,ui2，分别接入电路的左右输入端，电阻R1作为输出负载，则电路的接法属于双入双出。将四通道示波器XSC1的3个通道分别接在信号源ui1和负载R1两端，如图1所示［6,7］。运行并双击示波器图标XSC1，调整各通道显示比例，得差分放大电路的输入/输出波形如图3所示。

用示波器观察和测量输入电压和输出电压值，差模信号单边电压V1-3.597 mV(5 mV/Div),单边输出交流幅值约为170.124 mV(500 mV/Div),所以双入双出差分放大电路的差模放大倍数Au-170.124/3.597=-47，与单管共射的放大倍数相同，即差分放大电路对差模信号具有很强的放大能力。

仿真结果与题中理论计算结果相同。

2.2 共模抑制特性仿真分析

2.2.1 共模放大倍数分析

在图1中，将信号源ui2的方向反过来，即加上共模信号，运行并双击示波器图标XSC1，调整A，B通道显示比例，可得如图4所示波形［4］。

由图4波形可知,在峰-峰14 mV(有效值为5 mV)的共模信号作用下,输出的峰值极小,峰-峰值为13 mV,因此单边共模放大倍数小于1。且uc1和uc2大小相等，极性相同。所以，在参数对称且双端输出时，共模放大倍数等于0，说明差分放大电路对共模信号具有很强的抑制能力。显然，仿真结果与理论分析结果一致。

图2 差分放大电路静态工作点

图3 双入双出差分放大电路输入输出波形

图4 差分放大电路共模信号输入输出波形

2.2.2 共模抑制比分析

选择Simulate菜单中的Analysis命令，然后选择Transient Analysis子命令，选择结点3，4作为输出，单击Simulate按钮；选择Simulate菜单中的后处理器Postprocessor子命令，在Expression列表框中编辑“V（＄4）-V（＄3）”，然后打开Graph选项卡，可画出差分放大电路共模输入双端输出波形，见图5。可见，波形属于噪声信号，且幅值极小，可忽略不计。因此，差分放大电路双端输出时，其共模抑制比KCMR趋于无穷大。

如果再将图1所示的电路中发射极电阻R2改为恒流源，重复前面步骤，再分析共模特性，可得出结论：具有恒流源的差分放大电路的共模抑制比KCMR更高［6,8］。

3 结 语

应用Multisim8软件对差分放大电路进行仿真分析,结果表明仿真与理论分析和计算结果一致,应用Multisim进行虚拟电子技术实验可以十分方便快捷地获取实验数据,突破了在传统实验中硬件设备条件的限制,大大提高了实验的深度和广度。利用仿真可以使枯燥的电路变得有趣,复杂的波形变得形象生动,并且不受场地(可以在教室、宿舍),不受时间(课内、课外)的限制,通过教师演示和学生动手设计、调试,不但可以使学生更好地掌握所学的知识,同时提高了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力［9，10］。

图5 差分放大电路共模输入双端输出波形

参 考 文 献

［1］侯勇严,郭文强.PSpice在差分放大电路分析中的应用研究［J］.微计算机信息，2006,22(9):303-305.

［2］康华光，陈大钦.电子技术基础（模拟部分）［M］.北京:高等教育出版社，1999.

［3］叶建波.用Multisim8软件实现电子电路的仿真［J］.电子工程师，2005，31(7):18-20.

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［5］华成英.模拟电子技术基本教程［M］.北京：清华大学出版社，2006.

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作者简介 熊旭军 男,1962年出生，甘肃天水人，副教授。主要从事电子技术基础教学与研究工作。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。