田秋荣
山东职业学院
摘要：利用Multisim14仿真软件对单管共射放大电路进行了计算机辅助教学，采用直流工作点分析了电路静态工作点的设置，利用双通道示波器分析了静态工作点过高或过低对输出波形的影响。对电压增益、输入电阻和输出电阻的仿真测试结果和理论计算基本吻合。研究表明，利用Multisim14强大的分析功能对电子电路进行计算机仿真，可以提高教学质量和教学效果。
关键词：Multisim14；电路仿真；静态工作点；动态指标
0 引言
模拟电子技术是高职涉电类专业的基础课程，而这门课程本身学起来比较难。单管共射放大电路是这门课程的入门电路，也是这门课程的教学重点和难点，如果能够对此电路的工作原理有相对深入的理解，对以后更好地学习这门课程有很大帮助。利用Multisim14仿真软件对电子电路进行计算机仿真，实现在有限的课题教学中，化简单抽象为具体形象，化枯燥乏味为生动有趣，能充分调动学生的学习兴趣和主动性，帮助学生更好地理解和掌握学习内容。本文以单管共射放大电路为例，应用Multisim14仿真软件进行了模拟电路的计算机辅助教学。
1、应用Multisim14画出单管共射放大电路
在Multisim14中创建如图1所示的单管共射放大电路，选用NPN型硅晶体管2N2222A作为BJT，XSC1双踪示波器用于观测输入/输出信号波形，交流信号源为10mvrms，频率为1KHz。单管共射放大电路如图所示图中，左上角的XSC1是双踪示波器。能够显示电子信号的幅值和频率，在本电路中用来比较输入和输出信号的波形，一定要让学生学会如何调试示波器，这也是这部分的教学重点。在这个教学过程中，首先，让学生学会了怎样去画一个电路图，可以使学生系统的认识这个放大电路。其次，让学生学会了电子元器件的选择。最后，让学生了解了国外电子元件型号同时加深对国产电子元件型号的理解和运用。
2、单管共射放大电路静态工作点分析
在单管共射放大电路的理论讲解中，其重点和难点是静态工作点（Q点）的设置。由于这个难点不仅非常抽象而且对后续内容也有着承上启下的作用，在传统教学中即使老师用出浑身解数还是有好多学生不理解。然而使用Multisim14来辅助教学，这个难点会被很轻松的突破掉。
2.1 设置合理的静态工作点
为了获得放大的不失真输出信号，电路需要设置合适的静态工作点（Q点）。对图1所示电路进行直流工作点分析，得到如图2所示的仿真数据，包括晶体管的结点电位和基极、集电极、发射级电流。
图1 单管共射放大电路
图2 放大电路直流工作点分析
（1）理论分析（估算法）
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根据理论分析和仿真测量的数据对比，可知仿真分析数据与理论估算数据基本一致，说明仿真实验对实际电路的分析具有指导意义。
另外，与电源电压相比，该放大电路的Q点设置合理。在设置了合适的Q点之后，在输入端加上低频小信号电压，观察到如图3所示的输入/输出信号波形图。由图3可见，输入/输出信号反相，输出波形完整无失真，与输入信号相比，输出信号的幅值有很大增加。可见，该电路基本实现了对低频小信号的放大功能。
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图3 输入/输出信号波形图
2.2 饱和失真与截止失真
在Q点的教学实践中，学生对于Q点的理解往往很模糊，存在为何要设置Q点，如何设置Q点，Q点设置不合理会出现什么结果等疑问。通过改变偏置电阻的阻值改变放大电路的偏置电压来获得合适的Q点。通过改变RB1的阻值来观察Q点设置偏高和偏低所带来的失真。取交流信号源为60mvrms，频率为1kHz。当，对电路进行直流工作点分析，得到，Q点设置过高，出现饱和失真（底部失真），输入/输出波形如图4所示。当，得到，Q点设置过低，出现截止失真（顶部失真）。输入/输出波形如图5所示。通过演示，让学生看到设置Q点不同会造成什么结果，对Q点合理设置的理解就深入透彻了。
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图4 饱和失真
图5 截止失真
3 单管共射放大电路的动态指标
3.1 电压增益
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图6 电压增益测量电路
如图6所示，由放置在放大电路的输入端和输出端的2个电压探针测量显示的输入电压瞬时峰-峰值 [Vi(p-p) ]和输出电压瞬时峰-峰值[Vo(p-p) ]，可以大致计算出该放大电路的电压增益：
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3.2 输入电阻
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图7 输入电阻测量电路
在Multisim14中创建如图7所示的输入电阻测量电路。在放大电路的输入端接入电压和电流探针，运行电路，得到测量显示的输入电压瞬时峰-峰值 [V(p-p) ]和输出电压瞬时峰-峰值[I(p-p) ]电流和电压的测量值，依据测量结果计算输入电阻：
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比较可见，仿真分析与理论计算的结果比较吻合。
3.3 输出电阻
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图8 输出电阻测量电路
测量输出电阻采用的是外加激励源法，创建如8所示的测量电路，由放置在放大电路的输出端的电压和电流探针测量显示的电压瞬时峰-峰值 [V(p-p) ]和电流瞬时峰-峰值[I(p-p) ]可以大致计算出该放大电路的输出电阻：
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比较可见，仿真结果与理论计算结果相近。
4、总结
本文以单管共射放大电路为例，在电子技术中引入了Multisim14辅助教学，即利用直流工作点分析放大电路的静态工作点，对电路的动态指标进行了仿真测算，对比结果发现，测量值与理论计算值基本吻合。电子技术可以使用Multisim14进行探究式教学，其教学过程为学生创造了探究式学习条件，学生通过虚拟仪器，实时观察实验的运行结果，还可以用不同类型元器件进行自我创新的电路设计。激发了学生的求知欲，培养学生的创新能力和综合分析设计能力。引入Multisim14仿真软件辅助教学，可以显著提高教学质量和教学效果。
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