Muhisim是加拿大IIT(Interactive Image Tech—nologies)公司在EWB(Electronics Workbench)基礎(chǔ)上推出的電子電路仿真設(shè)計軟件,，Muhisim現(xiàn)有版本為Muhisim2001，和較新版本Muhisim 10,。它具有這樣一些特點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)高度集成,，界面直觀，操作方便,。將電路原理圖的創(chuàng)建,、電路的仿真分析和分析結(jié)果的輸出都集成在一起。采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)驗(yàn)室的工作臺,，繪制電路圖需要的元器件,、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取。操作方法簡單易學(xué),。

(2)支持模擬電路,、數(shù)字電路以及模擬/數(shù)字混合電路的設(shè)計仿真。既可以分別對模擬電子系統(tǒng)和數(shù)字電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真,，也可以對數(shù)字電路和模擬電路混合在一起的電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,。

(3)電路分析手段完備，除了可以用多種常用測試儀表(如示波器,、數(shù)字萬用表,、波特圖儀等)對電路進(jìn)行測試以外，還提供多種電路分析方法,，包括靜態(tài)工作點(diǎn)分析,、瞬態(tài)分析、傅里葉分析等,。

(4)提供多種輸入/輸出接口,，可以輸入由PSpice等其他電路仿真軟件所創(chuàng)建的Spice網(wǎng)表文件，并自動形成相應(yīng)的電路原理圖,，也可以把Muhisim環(huán)境下創(chuàng)建的電路原理圖文件輸出給Protel等常見的印刷電路軟件PCB進(jìn)行印刷電路設(shè)計,。

1 電路設(shè)計

在Multisim 10中建立了如圖1所示的典型差動放大電路。T1,，T2均為NPN晶體管(2N2222A),，電流放大系數(shù)β設(shè)置為80。撥動開關(guān)J1,，J2可選擇在差動放大電路的輸入端加入直流或交流信號,。數(shù)字萬用表用于測量直流輸出電壓，示波器用于觀測交流輸入/輸出電壓波形，測量探針用于仿真時實(shí)時顯示待測支路的電壓和電流,。

實(shí)際電路中T1,，T2宜選用差分對管，晶體管的靜態(tài)電流ICQ不宜超過1mA,。由ICQ可選取兩管共用的發(fā)射極電阻Re,，且Re不影響差模電壓放大倍數(shù)，僅對共模信號有較強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，因此可以有效地抑?ldquo;零點(diǎn)漂移”,，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。由于兩個放大器的參數(shù)不可能完全一致,，因此通過電位器Rp對電路進(jìn)行調(diào)零,。

基極電阻Rb1，Rb2應(yīng)根據(jù)差模輸入電阻的要求選定,。選取集電極電阻Rc1,、Rc2時應(yīng)使靜態(tài)工作點(diǎn)靠近負(fù)載線的中點(diǎn)。根據(jù)輸入端和輸出端接“地”情況的不同,，差動放大電路有以下4種不同接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出,、單端輸入雙端輸出,、單端輸入單端輸出。

2 靜態(tài)工作點(diǎn)分析

圖1差動放大電路靜態(tài)時因輸入端不加信號,，T1,，T2的基極電位近似為零，因此電位器Rp兩端的電位均為-UBE(對于硅管約為-0.7V),，如電位器Rp的滑動端處于中點(diǎn)位置,，計算靜態(tài)工作點(diǎn)為：

Multisim 10中直流工作點(diǎn)分析方法是對電路進(jìn)行進(jìn)一步分析的基礎(chǔ)，主要用來計算電路的靜態(tài)工作點(diǎn),，此時電路中的交流電源將被置為零,，電感短路，電容開路,。進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)分析時需將電路的節(jié)點(diǎn)編號顯示在電路圖上(見圖1),，并需要選擇待分析的節(jié)點(diǎn)編號。依次執(zhí)行Simulate/Analyses/DC Operating Point(直流工作點(diǎn))分析命令,，設(shè)置圖1中1,，2，u01,，u02,，Iprobe2，Iprobe3為輸出節(jié)點(diǎn)(變量)，得到圖2所示的靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果：Ie=1.48mA,，Ic1=Ic2=0.732mA,，Uc1=Uc2=4.68V，所測參數(shù)與式(1)～式(3)分析結(jié)果基本一致,。

3 參數(shù)掃描分析

參數(shù)掃描分析用來研究電路中某個元件的參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時對電路性能的影響,。選擇圖1中電阻Re為參數(shù)掃描分析元件，分析其阻值變化對電路輸出波形的影響,。圖1差動放大電路設(shè)置為交流信號輸入方式,，設(shè)置正弦波輸入信號頻率為1kHz、幅值為150mV,，依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Parametet Sweep(參數(shù)掃描)命令,，設(shè)置掃描方式為Linear(線性掃描)，設(shè)置電阻Re掃描起始值為5kΩ,，掃描終值為7.5kΩ,，掃描點(diǎn)數(shù)為3，設(shè)置輸出節(jié)點(diǎn)為u01,，得到如圖3(a)所示參數(shù)掃描分析結(jié)果,。當(dāng)Re=5kΩ時，由于T1管的靜態(tài)工作點(diǎn)偏高,，其輸出電壓u01產(chǎn)生了飽和失真,。可見,，Re阻值的變化影響差動放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn),。

4 溫度掃描分析

溫度掃描分析用來研究溫度變化對電路性能的影響，相當(dāng)于在不同的工作溫度下進(jìn)行多次仿真,。

圖1差動放大電路設(shè)置為交流信號輸入方式,，設(shè)置正弦波輸入信號頻率為1kHz、幅值為10mV,，依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Tempera-ture Sweep(溫度掃描)命令,，設(shè)置掃描方式為List(取列表值掃描)，設(shè)置掃描溫度為0℃,，27℃,，120℃，設(shè)置輸出節(jié)點(diǎn)為u01得到如圖3(b)所示溫度掃描分析結(jié)果,。隨著溫度的升高,，T1管的輸出電壓幅值變小?？梢?，故溫度變化會影響單管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn),。

由于溫度的變化與T1，T2參數(shù)的變化相同,，集電極靜態(tài)電流,、電位的變化也相等，故輸出電壓u0的變化為零,，可將溫度變化等效為共模信號,，因此差動放大電路對溫度變化產(chǎn)生的“零點(diǎn)漂移”具有抑制作用。

5 動態(tài)參數(shù)分析

圖1電路的差模電壓放大倍數(shù)Aud與單管共射電路相同,，且Aud由輸出方式?jīng)Q定,，而與輸入方式無關(guān)。

計算雙端輸出差模放大倍數(shù)為：

5.1 傳遞函數(shù)分析

依據(jù)傳遞函數(shù)分析可計算電路中輸入源與兩個節(jié)點(diǎn)的輸出電壓或一個電流輸出變量之間的直流小信號傳遞函數(shù),，同樣可以用于計算輸入和輸出的阻抗,。

將圖1電路分別設(shè)置為直流差模、直流共模信號輸入方式,，依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Transfer Function Analysis(傳遞函數(shù)分析)命令,，設(shè)置V3為輸入電壓源，設(shè)置輸出節(jié)點(diǎn)為u01,，分別得到如圖4(a),，4(b)所示傳遞函數(shù)分析結(jié)果。由圖4測得Aud1=-12.4,，Auc1=-0.64,，所測參數(shù)與式(5)、式(6)分析結(jié)果基本一致,。

5.2 直流信號測試

撥動開關(guān)J1，J2,，在圖1電路中兩輸入端加入直流差模信號ui1=+0.1V,，ui2=-0.1V，通過數(shù)字萬用表測得uo1=2.246V,，uo2=7.115V,。計算Aud=(2.246-7.115)/0.2=-24.345，Aud1=(2.246-4.68)/0.2=-12.17,，Aud2=(7.115-4.68)/0.2=12.175,。在圖1電路中兩輸入端加入直流共模信號ui1=ui2=0.1V，通過數(shù)字萬用表測得uo1=uo2=4.616V,。計算Auc1=Auc2=(4.616-4.68)/0.1=-0.64,，Auc為零。直流信號測試參數(shù)與式(4)～式(6)分析結(jié)果基本一致,。

5.3 交流信號測試

5.3.1 單端輸出

在圖1電路中兩輸入端分別加入交流差模信號(函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端接ui1,、地端接ui2,，構(gòu)成單端輸入方式)及交流共模信號(函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端同時接ui1，ui2),，設(shè)置正弦波輸入信號頻率為1kHz,、幅值為10mV。

通過示波器觀測差模,、共模信號輸入波形和單端輸出波形如圖5所示,。由示波器測得：差模單端輸出電壓的幅值約為119mV，Aud2=11.9,；共模單端輸出電壓的幅值約為6.4mV,，Auc1=-0.64。單端輸出測試參數(shù)與式(5),、式(6)分析結(jié)果基本一致,。

5.3.2 雙端輸出

由于Multisim 10提供的示波器不能直接測量uo兩端的電壓波形，因此需通過后處理器對雙端輸出電壓進(jìn)行觀測,。在進(jìn)行后處理之前需要對電路進(jìn)行瞬態(tài)分析,，然后將瞬態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行后處理。瞬態(tài)分析是一種非線性電路分析方法,，可用來分析電路中某一節(jié)點(diǎn)的時域響應(yīng),。在進(jìn)行瞬態(tài)分析時，Multisim 10會根據(jù)給定的時間范圍,，選擇合理的時間步長,，計算所選節(jié)點(diǎn)在每個時間點(diǎn)的輸出電壓，通常以節(jié)點(diǎn)電壓波形作為瞬態(tài)分析的結(jié)果,。圖1電路設(shè)置為交流差模信號輸入方式,，設(shè)置正弦波輸入信號頻率為1kHz、幅值為10mV,，依次執(zhí)行Simulate/An-alyses/Transient Analysis(瞬態(tài)分析)命令,，選擇圖1電路中節(jié)點(diǎn)uo1，uo2的電壓作為輸出變量,，得到如圖6所示的瞬態(tài)分析結(jié)果,。可見,，uo1,，uo2大小相等、相位相反,。后處理器(Postprocessor)是專門對仿真結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步計算處理的工具,，不僅能對仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算，還能對多個曲線或數(shù)據(jù)之間進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理,，并將結(jié)果繪制到曲線圖或圖表中,，繪制的結(jié)果表現(xiàn)為“軌跡線”的形式,。

依次執(zhí)行Simulate/Postprocessor(后處理器)命令，選擇對圖6瞬態(tài)分析結(jié)果中兩個節(jié)點(diǎn)(uo1,，uo2)輸出電壓進(jìn)行減法運(yùn)算,，得到的差模信號雙端輸出電壓uo波形如圖7所示。由圖7可測得uo的幅值約為242mV,，計算Aud=-24.2,，雙端輸出測試參數(shù)與式(4)分析結(jié)果基本一致。圖1電路設(shè)置為交流共模信號輸入方式,，通過瞬態(tài)分析和后處理器測得共模信號雙端輸出電壓uo幅值僅為0.062μV,，Auc=6.2×10-6?？梢?，差動放大電路對共模信號具有很好的抑制作用。

6 結(jié)語

應(yīng)用Multisim 10軟件對差分放大電路進(jìn)行仿真分析,，結(jié)果表明仿真與理論分析和計算結(jié)果一致,，應(yīng)用Multisim進(jìn)行虛擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)可以十分方便快捷地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，突破了在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中硬件設(shè)備條件的限制,，大大提高了實(shí)驗(yàn)的深度和廣度,。利用仿真可以使枯燥的電路變得有趣，復(fù)雜的波形變得形象生動,，并且不受場地(可以在教室,、宿舍)，不受時間(課內(nèi),、課外)的限制,，通過教師演示和學(xué)生動手設(shè)計、調(diào)試,，不但可以使學(xué)生更好地掌握所學(xué)的知識,，同時提高了學(xué)生的動手能力、分析問題和解決問題的能力,。