模拟电路的设计方法范文1
关键词： OrCAD PSpice； 仿真； 模拟电子技术； 模拟电子教学
中图分类号： TN710?34； TP302.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）01?0131?04
0 引 言
计算机模拟设计方法的运用使得模拟电路的设计已经发生了巨大的变化。计算机特别是高性能软件的普及，使电路模拟器得到广泛的应用。在模拟电路设计领域，要求电路设计工程师能够采用最新、最适合的模拟电子器件进行电路设计。众所周知，模拟技术所涉及的知识面更宽，要想从众多的模拟电路中挑选出最适合的器件，不仅需要有丰富的经验，更需要具备最新的模拟器件知识。一方面，模拟电子技术是电气、电子信息类和部分非电专业本科生电子技术方面的重要基础课程，应该予以充分的重视与加强；另一方面，现有实验条件的落后导致学生无法接触最新的模拟电子器件从而与现代模拟电子电路设计脱节。OrCAD是世界上使用最广泛的EDA软件，它的最大特点是汇集了模拟与数字电路混合仿真等功能，其电路仿真元器件库更达到8 500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。此外，OrCAD软件还可以根据模拟电子器件生产厂家给出的最新集成电路的SPICE模型自行设计新的电路仿真元件，便于电子设计工程师跟踪最新的模拟电子器件的发展。基于这些优点，本文提出采用OrCAD PSpice设计部分模拟电子技术实验，使学生不但能够从实验中了解模拟电路的基本原理，也能够掌握这种应用最广泛的模拟电路设计工具。通过与以往设计的模拟电路实验对比，可以看到采用OrCAD软件进行模拟电路实验即能兼顾基础教学实验，又为学生将来成为模拟电路设计工程师奠定了必要的技术基础。
1 模拟电子技术教学现状
由于模拟电子技术的教学需要一定的电路分析知识作为基础，很多新的知识点、概念、器件和分析方法被引用，增加了学习的困难。传统的教学模式受到了很大的挑战，课堂上老师要在有限的时间内讲授大量的知识点；课下同学们需要进行很多的计算，普遍反映对重要知识点掌握不深，教学效果很难令人满意。实验教学方面，问题也十分突出。实验课上，一方面，学生机械地完成实验指导书中的实验要求和测试表格，做不到对理论的理解和巩固[1?5]。另一方面，学生人数增多，实验仪器不足，导致多人共用一套仪器，最后学生掌握知识的效果欠佳。更有，受多方因素的影响，实验室设备不能及时更新，不能紧跟先进技术发展的步调，导致实验内容局限，实验教学缺乏生机，学生兴趣不高，技能达不到现代应用的要求。
因此，采取适应的教学改革，把先进的模拟电路设计技术应用到基础教学环节，帮助学生理解掌握各种元器件、电路的原理和性能并与技术进步相互适应就显得极其重要。由于理论性、实践性、应用性强的特点，先进仿真分析的引用可以使教学和实验设计更加直观、更加生动，也能够突破现有实验条件的局限，带动学生的积极性，提高其掌握知识的深度和宽度。
2 模拟电子技术OrCAD PSpice仿真方法的应
用探讨
OrCAD PSpice具有强大的电路分析及仿真能力，这在模拟电路设计领域优势凸显。如果将OrCAD引入教学环节，就可能从学生接触模拟电路时就逐步习惯于设计之初首先进行性能分析。下面以双极性结型晶体共射极放大器教学为例[6]，结合传统课堂教学，阐述模拟电子OrCAD PSpice仿真技术方法的应用。
2.1 传统教学
2.1.1 计算直流偏压点
通过计算直流偏压点，保证晶体管在适当的放大区内工作，调整偏压点位置，使其位于放大区的中心处。直流偏压点靠5个电阻器来建立，[R2]和[R3]形成电阻分压，提供基极合适的直流电压。[R5]和[R6]提供偏压，也提供一条负反馈路径，使放大器更稳定。[R4]是负载电阻，负责将流入Q1的电流转换成电压信号后输出。
假设Q2N2222的[β]约为178，且[βac=βdc，]计算直流特性结果如下：
[Vb=Vcc×R2（R2+R3）=1.75 V]
[Ve=Vb-Vbe=1.75-0.7=1.05 V][Ic≈Ie=Ve（R5+R6）=1.12 mA]
[Vc=Vcc-Ic×Re=5.26 V]
2.1.2 计算交流特性
输入的交流信号经过电容[C1]耦合进入晶体管基极，输出的交流信号由集电极经电容[C2]耦合到负载电阻上。发射机旁路电容[C3]减少发射集电阻对放大倍数的损耗。
BJT的交流射极电阻为：
[Re=25 mVIe=25 mV1.12 mA=22.32 Ω]
交流基极等效电阻：
[Rb≈βac×（Re+R5）=178×496.32=87.6 kΩ]
输入等效电阻为：
[Rin=R3∥R2∥Rb=7.53 kΩ]
交流集电极电阻为：
[Rc=Rc∥R1=4.27 kΩ]
电压增益为：[AV=Rc（Re+R5）=8.67]
模拟电路的设计方法范文2
一、模拟电路故障模拟实验箱的要求
北京交通大学自2007年开始，遵循“兴趣驱动、自主实验、重在过程”的原则，培养大学生的创新意识、实践能力和团队精神，调动大学生学习的创造性和主动性，进行以解决问题为核心、以科研课题为依托的大学生创新性实验计划。“模拟电子技术故障模拟实验箱的开发”作为一个北京交通大学大学生创新性实验计划题目，依托指导教师的科学研究课题，开展了模拟电路故障模拟与诊断技术的研究。本实验课题需要学生掌握电路设计、PCB、系统焊接与调试、机械制作等多领域知识。实验题目需要利用的资源包括计算机、PCB设计软件、示波器、信号源、焊接工作台、直流电源、钻孔机、模拟电路实验箱等。“模拟电子技术故障模拟实验箱的开发”题目要求如下：制作一个教学和科研均可使用的模拟电路故障模拟实验箱，实验箱附带方便插拔的常见模拟电路板（例如共射放大电路、电阻网络、文世桥振荡器或二阶滤波器等）。自制实验箱直流稳压电源（+12V、-12V、+5V）和波形发生器。模拟电路板插入实验箱后，借助实验箱的固定插槽和电路板的固定脚，自动实现电路板的供电连接与信号输入（若电路板需要特殊信号，可以在电路板预留插口以方便外接信号源）。每个模拟电路板选取最容易发生故障的元件进行故障模拟，使用者能够自由选择电路板和故障类型（可以通过拨码开关控制故障元件）。每个电路板预留几个关键节点插口，以供外接示波器或其他测量仪器观察故障信息。要求实验箱实物外观精致，具有较强的实用性，能够达到教学、科研和展览等要求。该实验计划题目的创新特色在于：可以自由切换模拟电路板；自动实现电路板的供电连接和信号输入；可以自由选择故障元件和故障类型。
二、模拟电路故障模拟实验箱的制作
模拟电路故障模拟实验箱的外壳选用中小型实验箱，然后自己进行改装，需要钻孔、安装其他部件、喷涂文字标识等。实验箱附带几块方便插拔的常见模拟电路板，实验板可以是模拟电路教学或研究中经常使用的常见模拟电路。实验箱直流电源使用220V交流电，内部直流电源将220V交流电变为+12V、-12V和+5V等直流电。直流电源的功率和稳定性达到模拟电路板的使用要求。如果某模拟电路板需要使用正弦波或方波等波形作为输入信号，实验箱可以根据需求制作波形发生器。模拟电路故障模拟实验箱在四个角预留可以插入模拟电路板的插槽，需要精心设计实验箱的固定插孔和电路板的固定脚，从而实现模拟电路板的灵活插拔。实验箱部分固定孔已经与直流电源连接，当模拟电路板插入实验箱后，通过实验箱的固定插槽和电路板的固定脚，自动实现电路板的供电连接或信号输入。如果模拟电路比较特殊，也可以根据需要在模拟电路板上设计电源开关，通过开关控制是否供电或输入信号。部分电路板电路图。为了避免故障太多导致无法正常模拟采集数据，每个模拟电路板只选取几个容易发生故障的元件进行故障模拟，故障元件可以根据理论、仿真和实践经验进行选择。每个故障元件可以模拟多种故障。例如电阻可能出现阻值下降、阻值上升、短路、断路等不同程度的故障。使用者能够自由选择电路板和故障类型，并使用外接仪器测量模拟电路的关键节点数据（节点电压、信号频率和波形质量等）。每个电路板预留几个关键节点插口，以供外接示波器和其他仪器观察故障信息。关键节点的选取需要经过理论推导和实验验证，保证这些节点的信息能够直接反映模拟电路的工作状态[8]。关键节点的数量需要不多不少，数量太多会导致数据量庞大，增加后来的故障诊断难度；关键节点太少会导致无法为故障诊断提供足够的信息。模拟电路板由PCB设计完成，然后改装与实验箱匹配。
三、结束语
模拟电路的设计方法范文3
【关键词】神经网络 模拟电路 故障
从上世纪60年代以来，模拟电路中存在的各种问题以及对于问题的解决就受到了广泛的关注。而伴随着科技的发展，集成芯片的问世，将数字化电路和模拟元件集合在同一块芯片上，极大地节约了电路的制作费用。在集成芯片上，模拟电路的面积仅仅占全部芯片面积的5%，但是其故障产生以及诊断的费用占到了总成本的95%，模拟电路的故障问题也极大地限制了集成电路工业的发展。对于传统的模拟电路故障诊断方法SAT和SBT来说，其是建立在神经网络上面的，在模拟电路故障诊断得到了广泛的应用。
一、常见的模拟电路故障分类
（一）按故障发生的过程进行分类
模拟电路的故障种类主要包含以下几点：第一，因为电路原价随着时间和环境条件的不断变化使得电路的容差超出了正常范围，而通过提前的监测可以对故障进行预测的情况称之为软故障，又称之为渐变故障；第二，因为电路元件的通常大偏差现象的出现，使得提前的监测难以实现故障检测的目的的情况称之为硬故障，又称之为突变故障；第三，由于设备老化，接触不良等在特定情况下会显得故障称之为间歇性故障。
（二）按故障性质进行分类
按照故障的性质进行分类，可以将模拟电路的故障划分为以下几种：第一，在设备的设计和制造阶段所形成的缺陷，在设备使用的初期就会产生故障，该种故障在设备使用初期较易发生，而随着使用时间的推移，故障率会迅速下降；第二，由于一些偶然因素导致的故障，该种故障通常发生在设备的有效使用期限内，这种故障的产生几率比较低；第三，因为使用时间的增加，设备产生老化，磨损以及疲劳等损耗情况，在设备的使用后期设备的故障率进一步增加，而且随着时间的推移，故障率会迅速增长。
（三）按同时故障数及故障间的相互关系进行分类
根据故障间的相互关系可以将故障分为以下几种：第一，通常在设备运行过程中由于某一个原件的故障而造成整个设备产生故障的现象称之为单故障；第二，通常对于刚出厂的设备有多个原件造成的设备故障称之为多故障；第三，由单一的原件而产生的故障称之为独立故障；第四，由多个原件共同作用引起的设备故障称之为从属故障。
二、基于神经网络的模拟电路故障分析技术
（一）测前模拟方法的实用诊断模型
以模式识别原理为理论基础的故障模拟法，又称之为故障字典法，该种方法在进行电路检测之前，先借助计算机模拟电路在各种情况下所产生的故障的基本状态，从而建立故障数据库。然后在故障检测中根据所产生的现象对照故障数据库，从而确定故障。该种检测方法对于测试的测量点选择十分重要，而为了减少测量点的数量，应当选择一些分辨率比较高的测量点进行测量。通常情况下，我们使用查表的方式来完成电路的检测，对于表中的元素我们采用dij=1，i=1，2，…，n，j=1，2，…，m来表示，其中假设的故障数目用n表示，而测量特性数则使用m表示。该种检测方法的好处在于计算次数少，需求的监测点少，不需要测量后的计算，在实际的使用中也比较灵活，这种方式适合于在线诊断。
（二）测后仿真方法中的神经网络应用
对于参数的辨识和故障的验证是测后仿真法的主要检测要素，该种方法的理论性较强，能够对电路进行更加深入的分析和研究，并且借助相应的电路方程对电路参数和原件的增量和相容性进行检验，这种方法由于需要大量的计算，因此不适合于实时监测，所以，相关的技术人员将精力基本都集中在测试前的仿真方法的研究上面来。而一种介于SAT和SBT之间的检测方法，这种方法是采用估测的方法来诊断故障元件的。而随着科技的不断进步，网络技术的不断发展，对于将网络技术引入模拟电路检测的想法也开始出现，即将L1范数优化的问题转化为神经网络优化计算的方法来开展模拟电路的故障诊断工作。
（三）神经网络模型参数的选择
对于神经网络模型的参数选择主要包括以下几点：第一，对于网络模型的选取，其主要包含确定激活的函数，连接的方式，各种神经元之间的相互作用等；第二，关于网络参数的选取：确定输入和输出的神经元的总数以及对于多层网络的层数以及隐含层神经元的数目的选择；第三，对于学习训练方式的选取，制定合理的网络学习和训练的学习规划，将日常的训练和学习结合起来；第四，对于设备所发生的故障进行总结，并且将故障制定成为样本集以供后期维修参考；第五，诊断的结果主要是指将故障的特性输入到训练的神经网络中，进而得到诊断的结果，从而判明电路故障的类型。
三、结束语
由于神经网络诊断方法的引入，大大的提升了模拟电路的故障诊断技术，而当前神经网络技术主要应用于检测之前的模拟方法中，在结合了VLSI技术之后，对设备的检测之后计算速度也在进一步加快。在此基础上，实现神经网络系统和模拟电路故障理论的有效结合，进而促进我国的模拟电路诊断技术取得更大的发展。
参考文献：
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[3]胡梅，王红，杨士元，胡庚.模拟电路软故障诊断测试节点优选的仿真研究[J].系统仿真学报，2009，（12）.
模拟电路的设计方法范文4
关键词： 模拟电路； 特征选择； 特征加权； 人工鱼群算法
中图分类号： TN710.4?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）19?0161?04
Abstract： In order to accurately track the changing characteristics of analog circuit fault， an analog circuit fault diagnosis model based on feature and weighting selection of artificial fish swarm algorithm （AFSA） is put forward. The original feature set of the analog circuit state is obtained according to the Volterra series. The relevant vector machine is adopted as the classifier of the analog circuit fault. The artificial fish swarm algorithm is used to select the important feature subset， and give a rational weight for each feature. The model was applied to a certain analog fault circuit. The results show that the artificial fish swarm algorithm can get the optimal feature subset accurately， the analog circuit fault rate is averagely higher than 95%， and the performance of the model is significantly superior to the classical model.
Keywords： analog circuit； feature selection； feature weighting； artificial fish swarm algorithm
0 引 言
随着现代电子技术的迅速发展，模拟电路的规模越来越大，故障出现的概率增加，而且电气参数具有漂移性和电子器件的非线性特性，当前模拟电路故障诊断面临巨大的挑战[1?3]。
传统模拟电路故障诊断为专家方法，相关领域专家根据自己的知识和经验对模拟电路故障进行分析，对于小规模模拟电路，可以快速实现故障诊断结果[4?5]，对于大规模模拟电路，专家自己的知识和经验有限，诊断费用高且正确率低[6]。随后有学者采用神经网络对大规模模拟电路进行建模与故障诊断，神经网络具有适应学习能力，可以对大规模模拟电路状态变化进行拟合，获得了比专家方法更优的模拟电路故障诊断结果[7?9]。神经网络是一种要求训练样本大的机器算法，由于要采集大量的模拟电路状态数据，使得模拟电路故障诊断成本过高，应用范围受限[10]。
为了提高模拟电路诊断精度，提出一种人工鱼群算法（Artificial Fish Swarm Algorithm，AFSA）选择特征和加权的模拟电路故障诊断模型（AFSA?RVM），仿真结果表明，AFSA?RVM的模拟电路故障诊断正确率达95%以上，其性能要显著优于当前经典模型。
1 相关理论
1.1 人工鱼群算法
设人工鱼群所处位置为：[Xi，Xj]表示视野范围内另一位置，如果[Xj]的食物浓度要优于[Xi]的食物浓度，那么该人工鱼群就朝[Xj]的方向前进一步，不然重新选择[Xj，]如果多次仍然还不能找到更优的位置，就随机前进一步，数学表达式为：
2.3 AFSA?RVM的工作步骤
AFSA?RVM的工作步骤如下：
（1） 采用Volterra级数提取模拟电路故障的原始特征。
（2） 设置人工鱼群算法的参数以及相关向量机的参数。
（3） 初始化人工鱼群，并通过评价函数估计每一个人工鱼的位置优劣。
（4） 模拟人工鱼的觅食、追尾、群聚行为，找到人工鱼群的最优位置，并进行解码得到模拟电路的最优特征子集。
（5） 采用相关向量机对每一个特征进行建模，得到它们相应的模拟电路故障诊断结果，并通过诊断结果设置合理的权值。
（6） 根据最优特征子集和最优权值对模拟电路的训练样本进行处理，采用相关向量机建立模拟电路故障诊断模型。
3 模拟电路故障诊断的仿真分析
3.1 源数据
为了使AFSA?RVM的诊断结果具有说服力，选择三种对比模型，它们具体为：
（1） 原始特征+相向量机的诊断模型（RVM1）；
（2） 人工鱼群算法选择特征、不加权+相向量机的诊断模型（RVM2）；
（3） 人工鱼群算法加权、不选择特征+相向量机的诊断模型（RVM3）。
3.2 结果与分析
AFSA?RVM与RVM1，RVM2，RVM3的模拟电路故障诊断结果见表2。
从表2可以得到如下结论：
（1） RVM1的故障诊断结果最差，这是由于原始模拟电路的特征数量过高，特征之间有干扰，对RVM的训练和建模产生不利影响，难以建立性能好的模拟电路故障诊断模型。
（2） RVM1和RVM2的模拟电路故障诊断正确率要高于RVM，这是因为RVM1和RVM2对特征进行选择或者加权，使建立的模拟电路故障诊断模型可以更好地描述模拟电路的工作状态。
（3） AFSA?RVM的模拟电路故障诊断性能要优于RVM1和RMV2，诊断正确率分别提高了9.45%和6.58%，平均值达到95%以上，很好地满足了模拟电路故障诊断的要求，这主要是因为采用人工鱼群算法对特征进行了选择和加权，有利于相关向量机拟合特征向量与故障类型之间的联系，验证了ASFS?RVM的优越性。
4 结 语
模拟电路的工作环境多样，工作状态变化具有时变性，提取原始特征数量多，有许多无用、冗余特征，对模拟电路故障诊断结果产生干扰，为此提出一种AFSA?RVM的模拟电路故障诊断模型，具体应用实例表明，AFSA?RVM获得了理想的模拟电路故障诊断结果，而且模拟电路故障诊断结果优于当前其他模型，具有更高的实际应用价值。
参考文献
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模拟电路的设计方法范文5
关键词：集成电路 SUPREM-III 扩散工艺模拟
1.引言
随着超大规模集成电路技术的发展，集成电路技术领域的计算机辅助设计技术，已经成为优化半导体器件结构，提高各种集成电路性能，设计开发和研制半导器件的特性必不可少的技术手段。我在这个领域里做了一些技术工作，深深地体会到从事集成电路技术研究的技术人员必须尽快掌握这一技术，才能解决工艺中的技术问题，提高开发研制新品的能力，从而提高占领及开拓集成电路产品市场的技术实力。
SUPREM系统是用于通用集成电路及分力半导体器件工艺的计算机模拟系统。当今国际上广泛应用的是SUPREM-Ⅳ版，是开发较为完善的一种工艺模拟器。就集成电路工艺模拟的模拟功能来说，集成电路工艺模拟系统可对集成平面工艺进行全工序、全参数的顺序模拟，同时也可进行单项工艺参数的模拟，现代集成电路技术中，工艺模拟无论对于工艺的研究与开发还是对于集成电路产品的工艺设计都具有重要的意义。计算机上采用SUPREM-III完成离子注入工艺初始条件的编辑和离子注入工艺模拟，并对模拟结果曲线进行比较，并在VC6.0环境下编程模拟N＋源、漏区的典型SUPREM运行程序。本系统预先采用SUPREM-III进行扩散工艺模拟，将晶向、方块电阻、氧化时间、氧化厚度、氧化温度、扩散结深等多组数据一一对应地存储于Foxpro数据库表中，用ODBC技术实现Authorware和Foxpro数据库开放式连接。实验中通过相关查询，在Authorware内部再利用插值方式，对操作者给出的晶向、氧化温度、氧化时间、氧化厚度、扩散结深、方块电阻等进行计算后，并给出模拟结果。考虑到系统应用于教学而非工程计算，因此采用了数据库查询加差值数据拟合而非实时计算完成模拟，避免了较长时间的工程计算。系统提供了实际扩散炉设备操作面板，在计算机上完成扩散工艺控制程序的编辑以及扩散炉的操作，并得到相应操作的模拟结果。从而对扩散工艺操作过程有了更深刻的了解［1］。
2.扩散工艺模拟软件
我采用SUPREM软件来进行扩散工艺的模拟。大多数的杂质是通过离子注入来实现掺杂的，杂质的激活、注入，扩散工艺都可以进行模拟，同时可以和实际扩散工艺分布相比较。SUPREM软件包含大多数常用掺杂剂的注入参数。正常条件下，该程序可通过简单的双边高斯分布和高斯分布。还可以通过双Pearson Ⅳ型earson Ⅳ型分布来预测杂质分布情况。高版本的程序还可根据蒙特卡罗方法或者波耳兹曼传输方程来预测杂质分布情况。
3.SUPREM软件在扩散工艺中的应用
扩散工艺模拟的操作步骤同氧化工艺基本一致，只是两处略有不同：第一处，在进片过程中，在主界面操作台下选中扩散工艺按钮，双击设备，从而出现扩散工艺界面，界面的左侧为各种扩散方法，而右侧区域则是进入扩散设备的模拟系统。第二处，输入晶片位置号（1－12）如1号及硅片晶向如110后按键，然后点击进入工艺模拟窗口。把此处修改为输入晶片位置号（1－12），如2号及杂质类型（b或p）后按键，再进入工艺模拟窗口。
从上面的数据可以得到扩散工艺模拟结果，分析如下：在扩散温度和晶片类型相同的情况下，结深的数值随扩散工艺时间的增加而增加，扩散工艺的时间越长，结深的数值就越大。在扩散温度和扩散温度时间的情况下，p型晶片的结深的数值比b型晶片要大，在扩散时间和晶片类型相同的情况下，结深的数值会随扩散工艺温度的增加而增加，温度越高，结深的数值越大。结深与晶片号无关，方块电阻的阻值与晶片号无关，在扩散温度和扩散时间相同的情况下，p型晶片比b型晶片的方块电阻阻值要小得多，在扩散温度和类型相同的情况下，方块电阻的阻值会随扩散工艺时间的增加而减小，扩散时间越长，方块电阻的阻值就越小，在扩散时间和晶片类型相同的条件下，同时方块电阻阻值不为0，方块电阻的阻值会随扩散温度的增加而减小，扩散温度越高，方块电阻的阻值越小。
4.结语
从上面的扩散工艺模拟结果，可以得出SUPREM-III是一种可以用作集成电路工艺计算机辅助设计和模拟的有力的工具，它同器件模拟软件S2P ISCES的联用，可以对MOS场效应管和双极型晶体管特性的进行快速分析设计。在应用的过程中得到SUPREM-III中所用扩散等主要工艺的模型有多种模型可以选择，这样在工艺模拟中就可以灵活的应用。本实验结果表明本次扩散工艺模拟系统可以达到十分理想的模拟精度。是在集成电路工艺研究领域中技术人员的有利技术辅助手段之一。
模拟电路的设计方法范文6
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
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