1、Multisim仿真软件简介
Multisim是美国NI公司推出的一款原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，适合电子技术教学。利用Multisim对电子电路进行虚拟仿真，有助于通过简化电路模型来学习电子电路中的基本概念、基本理论和基本方法。在利用软件Multisim对模拟电子电路分析和仿真时应明确如下问题。（1）应用Multisim仿真工具进行电路仿真的基础是建立相应的电路模型，搭建电路原理图，定性分析电路中元器件的参数要求。（2）模拟电子电路的分析是利用理论分析和仿真分析对电路设计进行分析，明确该电路要分析的基本概念，进而指导电路调试和测试。理论分析是指理解电路的工作原理、明确电路的功能特点、建立电路的等效模型，即将非线性的半导体器件进行线性等效。根据电路理论，估算该电路的重要基本概念，如基本放大电路需要估算电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等重要参数。（3）仿真分析需要考虑半导体器件的非线性特性，分析结果在一定程度上接近理论分析，是比较精确的计算，可将理论分析作为指导进行仿真分析。理论分析和仿真分析相结合，可用于试验性的电路设计，边仿真边设计电路中元器件的参数，达到电路设计的要求。
2、基于Multisim仿真软件的教学实例
2.1理论分析
一个实际放大电路的构成要满足直流通路和交流通路都正确这个条件。直流通路为偏置电路，保证放大电路有合适的静态工作点Q。而交流通路则决定了放大电路的组态，保证输入信号能够加入放大电路，输出信号能够正常取出，最终实现放大。构建共射基本放大电路，如图1所示。给定三极管的UBE=0.7V，β=50，rbb'=300Ω。直流通路和小信号等效电路如图1（b）和图1（c）所示。（1）直流分析：根据输入回路和输出回路，计算静态工作点的电压和电流如下：基极电流IBQ=26μA，集电极、发射极电流ICQ=IEQ=1.3mA，管压降UCEQ=5.5V。（2）交流分析：根据小信号等效电路，计算性能指标如下：电压放大倍数≈-94.7，输入电阻Ri≈1.32kΩ，输出电阻Ro=5kΩ。
2.2仿真分析
Multisim提供的虚拟三极管（BJT_NPN_VIRTUAL）采用的是低频小信号模型，其特性接近理想三极管。电路仿真中使用虚拟三极管，其参数输入电阻为0，电流放大倍数恒定，输入与输出特性均为线性，器件特性与频率无关。搭建仿真电路，如图2所示，选择虚拟三极管，双击弹出三极管“属性”编辑窗口，在其中的“编辑模型”对话框中编辑参数，更改β=BE=50，rbb'=RB=300Ω=0.3kΩ。其他元器件参数选取参照图1。（1）直流分析。利用Multisim10基本分析方法中的直流工作点分析法（DCOperatingPoint）来分析电路的静态工作点Q设置情况。启动“仿真”，单击“分析”功能中的“直流工作点分析”命令，打开Multisim10的“直流工作点分析”对话框，如图3所示。单击“输出”选项，添加仿真变量到右边选项框，然后单击“仿真”按钮，系统自动显示运行结果，如图4所示。根据图4可知，各个仿真节点的变量含义为V(2)=UBE=0.789V，V(3)=UCEQ=5.48191V，I(ccvcc)=ICQ=1.32969mA。（2）交流分析。给定10mV/10kHz的正弦波输入信号，将输入信号和输出信号连接到虚拟仪器示波器，打开仿真开关，双击示波器得到输入和输出信号波形，如图5所示。根据输入、输出波形标尺线处的读数，计算电压放大倍数为根据输入电阻Ri的定义，Ri=Ui/Ii，其中Ui是输入端口的电压，Ii是输入端口的电流。在放大电路的输入回路接入电压表和电流表，仿真时利用电压表测量输入端口基极和发射极之间的电压为7.071mV；利用电流表测量输入端口基极的电流为5.439μA，如图6所示。可得放大电路的输入电阻为Ri=7.071mV/5.439μA=1.3kΩ。注意在使用万用表测量电压和电流时要设置为相应的电压、电流作为电压表和电流表，以及设置为交流来测量。在输出回路采用外加电压方法，断开负载电阻，将电路中的信号源置零，在输出端接入一个10mV/10kHz的正弦信号源，同时在输出端接入电流表用来测量端口电流，接入电压表用来测量端口电压，单击“仿真”按钮，双击电流表及电压表，创建的电路如图7所示，可得放大电路R0=10mV/2μA=5kΩ。
2.3分析总结
（1）直流分析的目的是估算或测试静态工作点Q，确定三极管是否工作在放大区。当Q点过高时会产生饱和失真，当Q点过低时会产生截止失真。该电路的直流偏置电路为固定偏置电路，若出现饱和失真，可增大Rb电阻，使Q点沿交流负载线向下移动；若出现截止失真，可减小Rb电阻，使Q点沿交流负载线向上移动。直流分析的内容是输入回路的电流IBQ和电压UBEQ，输出回路的电流ICQ和电压UCEQ。根据理论分析估算可知，集电极电流ICQ=1.3mA，管压降UCEQ=5.5V；而仿真分析得到的参数为：I(ccvcc)=ICQ=1.32969mA，V(2)=UBE=0.789V，V(3)=UCEQ=5.48191V。可知静态工作点Q位置合适，保证放大电路能够正常工作。对比结果可知理论估算和仿真分析的结果近乎相等。理论估算时给定UBE=0.7V，β==50为一个常数，没有考虑三极管的非线性，所以不是精确计算。而仿真分析是根据三极管的模型分析验证，考虑了三极管的非线性问题。（2）交流分析的目的是观察输入信号和输出信号的关系，分析的内容是放大电路电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标。三极管放大电路的放大作用是利用三极管的基极对集电极电流的控制来实现的，从而将直流电源所提供的能量转化为负载所需要的能量。放大的实质是能力的控制和转换，是对变化量的放大。（3）仿真分析与理论分析的结论相一致，验证了理论分析的正确性。
3、结语
模拟电子电路教学中引入Multisim仿真，使原本枯燥、抽象的教学内容变得形象、生动，加深了学员对理论知识的理解，提高了学员自行仿真分析和设计的学习兴趣和教学效果。仿真教学手段是教学改革的成功尝试，涉及电子电路的课程都可以尝试仿真的辅助教学方法，目前少学时课程的教学方法研究仍在继续，教学模式多样但最终的目的都是提高教学质量，让学员在轻松的学习过程中有所收获。
作者：张增吉 马丽梅 单位：中国中材国际工程股份有限公司 解放军理工大学通信工程学院
