基于Multisim的晶体管输入特性仿真研究

摘 要：应用Multisim仿真软件，采用虚拟示波器测量和扫描分析功能两种方式仿真晶体管输入特性曲线。在晶体管输入特性曲线教学过程中通过仿真的使用，促进了学生对知识点的掌握和理解，提高了学习电子技术的兴趣。

关键词：Multisim;电路仿真;晶体管;输入特性曲线

1 引言

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。该软件以图形界面为主，用可以根据自己的习惯和熟悉程度来使用[1].利用Multisim软件构建电路，不仅操作简单，而且能直观地观察电路的运行结果。晶体管的特性曲线是描述晶体管各极的电压和电流变化关系的曲线，是分析电子技术中晶体管电路的依据，是图解分析法的基础。一些重要参数也均可以从特性曲线上反映出来，分析晶体管工作状态或其电路时了解其特性曲线是很重要的。晶体管的特性曲线主要有输入特性曲线和输出特性曲线两种，在以往教学或实验中通常采用的逐点测量画出曲线，操作或演示较为繁琐;本文将应用Multisim软件分析晶体管输入特性曲线，调整参数方便，测量效率高，可快速得到晶体管输入特性曲线。

2 虚拟示波器测量方式仿真输入特性曲线

选用教材中给出的晶体管输入特性曲线逐点描绘法测试电路，通过调节电路中的E1、E2、Rp1和Rp，可测量得到输入特性曲线。但采用这种方法仿真测试，调整过程较为繁琐，得出数据后，还需描点绘制，效率较低，不利于课堂教学演示。故在教学仿真演示过程中，对此电路进行了改进，改进后的电路如图1所示，选择示波器A通道观测Rb两端的电压，B通道观测晶体管的基射电压uBE。由于A通道为Rb两端的电压，而Rb又设置为10千欧，流过它的电流全部流入基极，故测量所得的Rb电压相当于iB，但是为Rb电压的0.0001倍。

晶体管的集电极和发射极直接连接UCC电源，电压被设置成固定值，此时uCE=0V。打开电源和示波器，并将示波器的时基工作方式切换到“A/B”工作方式，此时相当于纵轴为iB，横轴为uBE，调整示波器的相关参数，显示出合适的图形。此时显示的曲线就是晶体管在uCE=0V时的输入特性曲線，它类似于二极管的正向特性曲线，并与教材中给出的输入特性曲线相一致。而后在课堂上设置疑问，提问在uCE为其他电压时，输入特性曲线会有所变化吗，显然需要测量得到。分别设置UCC=0.5V，UCC=0.5V，即uCE=0.5V，uCE=1V，同样的方法可得到输入特性曲线。引导学生对比曲线，其发现在电压增加时，曲线会右移;可进一步设置疑问，在uCE增大时，曲线会一直右移吗。将uCE设置大于1V不同的数值后，发现测得的输入特性曲线和uCE=1V的那一条非常接近。

3 直流扫描分析仿真输入特性曲线

Multisim除了可利用其提供的各种虚拟仪器进行仿真测试外，还提供了电路分析功能，可对电路的设计等进一步的分析和仿真，如电路的瞬态分析，直流扫描分析，温度扫描分析，时域和频域分析，噪声和失真分析等[2]。使用虚拟示波器仿真输入特性曲线时，把电源频率设置为较低值时，可展示出曲线的形成过程，较为形象直观。但采用这种测量方法的前提是学生要了解测量的依据和原理，对部分学生来说理解起来有一定的难度，故可采用分析功能中直流扫描分析来得到晶体管的输入特性曲线。

将图1仿真电路中的Rb去掉（用导线连接），对电路进行直流扫描分析，具体参数设置如图2所示。电源1选择为UBB，设置0至1V变化，变化增量为0.05V，电源2选择为UCC，设置0至3V变化，变化增量为0.5V。输出选择为iB，扫描分析后可直接得到7条不同uCE数值下的晶体管的输入特性曲线。通过直流扫描分析可在一幅图中仿真出多条不同uCE数值的曲线，教学中对比分析起来更加简便直观，学生能较为快速的发现和掌握输入特性曲线的特点。

4 温度对输入特性曲线的影响

在分析完输入特性曲线的特点后，应用温度扫描功能可进一步分析温度对晶体管输入特性曲线的影响。可将图中的UBB改为大小为20μA的恒流源，UCC设置为5V，扫描分析中温度参数设置为0℃—50℃变化，每10℃分析一次，可得到不同温度下uBE的数值和曲线，具体数值如表1所示。根据此表格，显而易见地可看出此晶体管在温度每升高10℃时，uBE下降9mV。更换其他类型晶体管和改变电流参数后，uBE下降数值略有变化。因此，通过观察表格，对比数据，可快速总结出在相同的iB下，温度升高时，uBE会略有减小，相应地输入特性曲线会发生左移。

5 结语

在晶体管输入特性曲线教学中，应用Multisim仿真软件分析，能快速地得到晶体管输入特性曲线，便于分析观察，提高了学生的课堂参与热情，引发了他们的思考，加深了其对电子技术课程内容的掌握。

参考文献

[1]韩新风.Multisim软件在任意N进制计数器设计中的应用[J].吉首大学学报，2019.

[2]马捷.基于Proteus与Multisim的晶体管输出特性仿真研究[J].仪表技术，2014.

作者简介

贾哲（1980-），男，火箭军士官学校，教师。