基于Multisim的高頻小信號諧振放大器仿真研究

王海梅

(陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300)

基于Multisim的高頻小信號諧振放大器仿真研究

王海梅

(陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300)

摘要：為解決高頻小信號諧振放大器傳統講授理論性較強，缺乏直觀性，教學效果不理想的問題，采用了引入電路仿真軟件Multisim進行分析研究的方法。通過對電路結構、參數設置及仿真、頻率特性、負載特性和通頻帶等性能參數進行分析，證明了諧振頻率為6.0 MHz、電壓增益為25.5 dB的高頻小信號諧振放大器可滿足要求，仿真結果與理論分析一致。教學實踐中，通過對仿真電路的理論分析和直觀地展現仿真結果，不僅使學生加深了對理論知識的理解，還有助于提高學生的電路分析和設計能力。

關鍵詞：Multisim；高頻小信號諧振放大器；仿真；特性；研究

1Multisim軟件介紹

Multisim軟件是美國國家儀器有限公司(National Instruments，簡稱NI)推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于模擬/數字電路板的設計工作。Multisim 12.0是目前該軟件的最高版本，完全漢化，保存有比Multisim 10.0豐富得多的，可供仿真的2 000多個來自于亞諾德半導體、美國國家半導體、NXP和飛利浦等半導體廠商的元件模型。該軟件可以實現電路分析、模擬/數字電路、集成運放、電子電路設計、射頻電路、電子測量、電源電路、單片機仿真、VHDL仿真、Verilog HDL仿真以及數字通信原理中的應用。利用其直觀的捕捉和強大的仿真功能，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。

2原理圖繪制及仿真分析

在接收設備中，從天線上感應的信號是非常微弱的，要將傳輸的信號恢復出來，需要將信號放大，這就需要用高頻小信號放大器來完成[3]。諧振放大器對于靠近諧振頻率的信號有較大的增益，對于遠離諧振頻率的信號增益迅速下降。諧振放大器不僅有放大作用，還具有濾波或選頻的作用，即具有從眾多信號中選擇出有用信號和濾除無用的干擾信號的能力。高頻小信號諧振放大器信號較弱，可認為它工作在晶體管的線性范圍內，由于工作在高頻，PN結結電容、引線電感和載流子渡越時間的影響都應考慮[4]。選擇NPN三極管2N2222作為電路放大器，依次選擇所需元器件及測試儀表，雙擊調整元器件參數并連線，繪制基于Multisim 12.0的高頻小信號諧振功率放大器，如圖1所示?？梢愿淖僊ultisim 12.0界面下的電路連接線顏色，單擊選中擬變色連接線，點擊鼠標右鍵選擇“區段顏色”，然后確定即可。

圖1　基于Multisim 12.0的高頻小信號諧振功率放大器

2.1電路結構

共發射極組態高頻小信號諧振放大器如圖1所示，電路主要由2部分組成：1)直流偏置電路。R1和R2是基極分壓式偏置電阻，R3是發射極負反饋偏置電阻，用于穩定靜態工作點，C1和C2為旁路電容；2)高頻交流通路，將旁路電容短路，直流電源V2對地短路，即得該電路的高頻交流通路。高頻交流通路主要包括3部分：a.輸入回路；b.放大器，晶體管Q1是放大器的核心，起電流控制和放大作用；c.輸出回路。輸出回路由L1C3并聯諧振回路及負載R4組成，并聯諧振回路起選頻和阻抗變換的雙重作用。

2.2儀表參數設置及仿真

仿真前首先要合理設置波特測試儀面板上模式、水平、垂直及控件參數(見圖2)。因為分析幅頻特性，所以模式設置為幅值，水平設置為線性，最大頻率F設置為11 MHz，最小選I設置為1 MHz；垂直設置為對數，最大數值F設置為40 dB，最小I設置為0 dB。最大、最小值選擇分析依據見后續分析。為便于觀察和打印，面板控件選擇反向，“設置”選項默認分解點為100；其次，設置示波器面板參數，時基是200 ns/DIV，通道A是1 V/DIV,通道B是100 mV/DIV，注意通道B輸入、通道A輸出，將輸入和輸出波形分別對稱放在Y軸以上和以下。可變電感L1的接入比例為15%時，輸出信號波形與輸入信號波形反相(見圖3)，符合共射級放大電路特點，波形無失真，通過移動波特測試儀縱軸刻度尺可知，此時諧振頻率為5.945 MHz，電壓增益為25.475 dB。

圖2　波特測試儀面板參數設置

圖3　L1接入15%時的輸出波形

2.3性能參數分析

2.3.1頻率特性

調整可變電感L1的接入比例，觀察波特圖示儀和示波器的波形，記錄諧振頻率與增益的變化，見表1。為便于觀察變化規律，仿真記錄數值只精確到小數點后1位。

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表1　調整電感L1接入比例

從表1可以看出，可變電感L1接入比例直5%～100%變化時，諧振頻率在1～11 MHz變化，電壓增益保持在25.5 dB左右。選擇L1接入為5%和60%時，對比可變電感L1接入不同比例時的輸出波形，如圖4所示。

圖4　L1接入不同比例時的輸出波形

2.3.2負載特性

重新設置波特測試儀面板水平、垂直及控件參數。水平設置為線性，最大頻率F設置為7 MHz，最小I設置為5 MHz；垂直設置為對數，最大數值F設置為50 dB，最小值I不變。所以選擇水平“線性”上、下限在5～7 MHz?？丶摹霸O置”選項分解點為1 000，如圖5所示。

圖5　改變波特測試儀面板參數

設定可變電感L1的接入比例為15%，調整電阻R4的阻值，觀察波特測試儀和示波器的波形，記錄增益的變化，見表2。

表2　調整電阻R4阻值

圖6　R4取不同阻值時的輸出波形

2.3.3通頻帶

單調諧放大器的幅頻特性與LC并聯諧振回路的幅頻特性是相同的，分析LC并聯諧振回路的幅頻特性可知，單調諧放大器的諧振曲線與矩形相差較遠，選擇性較差。

圖7　R4取不同阻值時的波特測試儀圖形

3結語

研究表明，應用Multisim 12.0軟件，借助虛擬波特測試儀，合理設置相關參數能準確仿真諧振頻率為6.0 MHz、電壓增益為25.5 dB的高頻小信號諧振放大器電路。通過仿真，分析了電路諧振頻率和電壓增益隨各控制量的變化特點，通過輸入輸出波形對比，進一步理解了電路的頻率特性、負載特性和通頻帶變化規律?？梢姡隡ultisim軟件可使學習者親自進行電路連接和元件參數的選擇，并分析各元器件參數變化對電路帶來的影響和作用，通過仿真把理論和實踐結合起來，從而加深了對電路的認識和理解。高頻小信號諧振放大器廣泛應用于通信系統和其他電子系統中[5]，在通信設備中的主要用途是作為接收機的高頻放大器和中頻放大器。

參考文獻

[1] 張玉興.射頻模擬電路[M].北京：電子工業出版社,2003.

[2] 于波,呂秀麗,李玉爽. Multisim 11在高頻電子線路教學中的應用[J].現代電子技術，2011，34(10):193-198.

[3] 李銳君,王莉麗. Multisim在高頻小信號諧振放大器教學中的應用[J].科技信息，2011(10)：43-45.

[4] 王衛東.高頻電子線路[M]. 2版.北京：電子工業出版社，2009.

[5] 沈偉慈.通信線路[M].2版.西安：西安電子科技大學出版社，2007.

責任編輯鄭練

Simulation and Research on High Frequency Small Signal Tuned Amplifier based on Multisim

WANG Haimei

(Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300, China)

Abstract:The traditional teaching of high frequency small signal tuned amplifier is too theoretical and lack of practice, which resulted in the inefficiency in teaching. The introduction of Multisim and the circuit simulation software can realize the circuit structure, parameter setting and simulation, frequency characteristics, load characteristics, the pass band and other performance parameters analysis, which arrives at the conclusion that the high frequency small signal tuned amplifier circuit with the resonant frequency of 6.0 MHz, voltage gain of 25.5 dB decibel can meet the requirements, and the simulation results are consistent with the theoretical analysis. In teaching practice, both the analysis of circuits and the intuitive simulation results may help students not only understand the theoretical knowledge further, but also improve the circuit analysis and design ability.

Key words:Multisim, high frequency small signal tuned amplifier, simulation, characteristics, research

收稿日期：2014-05-27

作者簡介：王海梅(1979-)，女，講師，主要從事電子信息工程、控制理論與控制工程等方面的研究。

中圖分類號：TN 722

文獻標志碼：A