1、模 擬 電 路仿真實驗二零一四年三月軟件簡介電子工作平臺ElectronicsWorkBench（EWB），是加拿大IIT公司于八十年代末、九十年代初推出的用于電路仿真與設(shè)計的EDA軟件，又稱為“虛擬電子工作臺”。 IIT公司從EWB6.0版本開始，將專用于電路仿真與設(shè)計模塊更名為MultiSim，大大增強了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴充了元件庫中的仿真元件數(shù)量，使仿真設(shè)計更精確、可靠。 Multisim意為“萬能仿真 ”。一. Multisim特點： 1 采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路，在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作平臺，創(chuàng)建電路需要的元器件，電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取，

2、操作方便。 2 Multisim提供的虛擬儀器的控制版面外形和操作方式都與實物相似可實時顯示測量結(jié)果。 3 Multisim帶有豐富測量元件，提供13000個元件，元件被分為不同的系列， 可以非常方便的選取。 此外還提供20種常用器件的逼真3D視圖，給設(shè)計者以生動的器件，體會真實設(shè)計的效果（見圖1）。 4 Multisim具有強大的電路分析功能，提供了直流分析，交流分析，順勢分析，傅里葉分析，傳輸函數(shù)分析等19 種分析功能。作為設(shè)計工具，它可以同其他流行的電路分析，設(shè)計和制版軟件交換數(shù)據(jù)。 5 Multisim還是一個優(yōu)秀的電子技術(shù)訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以比實驗室中更靈活的方式進行電

3、路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。 6 有多種輸入輸出接口，與SPICE軟件兼容，可相互轉(zhuǎn)換。Multisim產(chǎn)生的電路文件還可以直接輸出至常見的Protel、 Tango、Orcad等印制電路板排版軟件。 圖1 3D效果電路二. 主要功能1 直流工作點分析2 交流分析3 暫態(tài)分析4 傅立葉分析5 噪聲分析6 失真分析7 直流掃描8 靈敏度分析9 參數(shù)掃描10 溫度掃描11 零-極點分析12 傳輸函數(shù)分析13 最壞情況分析三. Multisim操作介紹1 操作界面2 文件基本操作 與Windows常用的文件操作一樣，Multisim10New-新建文件Open-打開文件

4、Save-保存文件Save As-另存文件Print-打印文件Print Setup-打印設(shè)置Exit-退出等相關(guān)的文件操作。以上這些操作可以在菜單欄File子菜單下選擇命令，也可以應(yīng)用快捷鍵或工具欄的圖標進行快捷操作。 3 元器件基本操作常用的元器件編輯功能有：90 Clockwise-順時針旋轉(zhuǎn)90° 90 CounterCW-逆時針旋轉(zhuǎn)90° Flip Horizontal-水平翻轉(zhuǎn)Flip Vertical-垂直翻轉(zhuǎn)Component Properties-元件屬性等。這些操作可以在菜單欄Edit子菜單下選擇命令，也可以應(yīng)用快捷鍵進行快捷操作。4 文本基本編輯對文字

5、注釋方式有兩種：直接在電路工作區(qū)輸入文字或者在文本描述框輸入文字，兩種操作方式有所不同a) 電路工作區(qū)輸入文字單擊Place / Text命令或使用Ctrl+T快捷操作，然后用鼠標單擊需要輸入文字的位置，輸入需要的文字。用鼠標指向文字塊，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇Color命令，選擇需要的顏色。雙擊文字塊，可以隨時修改輸入的文字。b) 文本描述框輸入文字利用文本描述框輸入文字不占用電路窗口，可以對電路的功能、 實用說明等進行詳細的說明，可以根據(jù)需要修改文字的大小和字體。單擊View/ Circuit Description Box命令或使用快捷操作Ctrl+D ，打開電路文本描述框，在其

6、中輸入需要說明的文字，可以保存和打印輸入的文本。 8.0版本是通過tool菜單的編輯器輸入。5 圖紙標題欄編輯 單擊Place / Title Block命令，在打開對話框的查找范圍處指向Multisim / Titleblocks目錄，在該目錄下選擇一個*.tb7圖紙標題欄文件，放在電路工作區(qū)。用鼠標指向文字塊，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇Properties命令，或者雙擊title block進行編輯。6 子電路創(chuàng)建 子電路是用戶自己建立的一種單元電路。將子電路存放在用戶器件庫中，可以反復(fù)調(diào)用并使用子電路。利用子電路可使復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計模塊化、層次化，可增加設(shè)計電路的可讀性、提高設(shè)計效率

7、、縮短電路周期。創(chuàng)建子電路的工作需要以下幾個步驟：選擇、創(chuàng)建、調(diào)用、修改 。子電路創(chuàng)建：單擊Place/Hierarchical block from file命令，在屏幕出現(xiàn)Subcircuit Name的對話框中輸入子電路名稱sub1 ，單點OK，選擇電路復(fù)制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標，完成子電路的創(chuàng)建。子電路修改：雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對話框中單擊Edit Subcircuit命令，屏幕顯示子電路的電路圖，直接修改該電路圖。子電路的輸入/輸出：為了能對子電路進行外部連接，需要對子電路添加輸入/輸出。單擊Place / HB/SB Connecter命令或使用Ctrl+I快捷操作，

8、屏幕上出現(xiàn)輸入/輸出符號，將其與子電路的輸入/輸出信號端進行連接。帶有輸入/輸出符號的子電路才能與外電路連接。子電路選擇：把需要創(chuàng)建的電路放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵，拖動，選定電路。被選擇電路的部分由周圍的方框標示，完成子電路的選擇。7 元器件欄從左到右依次是：新建，打開，保存，打印，打印預(yù)覽，剪切，復(fù)制，粘貼，撤銷，重做。滿屏顯示，放大，縮小，選擇放大，100%顯示。電源，電阻，二極管，三極管，集成電路，TTL集成電路，COMS集成電路，數(shù)字器件，混合器件庫，指示器件庫，其他器件庫，電機類器件庫，射頻器件庫。導(dǎo)線，總線。顯示或隱藏設(shè)計項目欄，電路屬性欄，電路元件屬性欄，新建元

9、件對話框，啟動仿真分析，圖表，電氣規(guī)則檢查，從Unltiboard導(dǎo)入數(shù)據(jù)，導(dǎo)出數(shù)據(jù)到unltiboard，使用元件列表，幫助。8 儀器儀表欄Multisim 在儀器儀表欄下提供了19個常用儀器儀表，依次為數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、IV分析儀、失真度儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器、tektronix示波器、測量探針。雙擊打開詳細界面。9 儀器儀表欄之示波器示波器的控制面板分為四個部分：a) Time base（時間基準）Scale（量程）：

10、設(shè)置顯示波形時的X軸時間基準。X position（X軸位置）：設(shè)置X軸的起始位置。顯示方式設(shè)置有四種：Y/T方式指的是X軸顯示時間，Y軸顯示電壓值；Add方式指的是X軸顯示時間，Y軸顯示A通道和B通道電壓之和；A/B或B/A方式指的是X軸和Y軸都顯示電壓值。b) Channel A（通道A）Scale（量程）：通道A的Y軸電壓刻度設(shè)置。Y position（Y軸位置）：設(shè)置Y軸的起始點位置，起始點為0表明Y軸和X軸重合，起始點為正值表明Y軸原點位置向上移，否則向下移。觸發(fā)耦合方式：AC（交流耦合）、0（0耦合）或DC（直流耦合），交流耦合只顯示交流分量，直流耦合顯示直流和交流之和，0耦合，在

11、Y軸設(shè)置的原點處顯示一條直線。 c) Channel B（通道B）通道A相同。d) Tigger（觸發(fā)）觸發(fā)方式主要用來設(shè)置X軸的觸發(fā)信號、觸發(fā)電平及邊沿等。 Edge（邊沿）：設(shè)置被測信號開始的邊沿，設(shè)置先顯示上升沿或下降沿。Level（電平）：設(shè)置觸發(fā)信號的電平，使觸發(fā)信號在某一電平時啟動掃描。觸發(fā)信號選擇：Auto（自動）、通道A和通道B表明用項應(yīng)的通道信號作為觸發(fā)信號；ext為外觸發(fā)；Sing為單脈沖觸發(fā)；Nor為一般脈沖觸發(fā)。10 波特圖儀（Bode Plotter）利用波特圖儀可以方便地測量和顯示電路的頻率響應(yīng)，波特圖儀適合于分析濾波電路或電路的頻率特性，特別易于觀察截止頻率。需要

12、連接兩路信號，一路是電路輸入信號，另一路是電路輸出信號，需要在電路的輸入端接交流信號。 波特圖儀控制面板分為Magnitude（幅值）或Phase（相位）的選擇、Horizontal（橫軸）設(shè)置、Vertical（縱軸）設(shè)置、顯示方式的其他控制信號，面板中的F指的是終值，I指的是初值。在波特圖儀的面板上，可以直接設(shè)置橫軸和縱軸的坐標及其參數(shù)。 11 數(shù)字信號發(fā)生器（Word Generator）數(shù)字信號發(fā)生器是一個通用的數(shù)字激勵源編輯器，可以多種方式產(chǎn)生32位的字符串，在數(shù)字電路的測試中應(yīng)用非常靈活。左側(cè)是控制面板，右側(cè)是字信號發(fā)生器的字符窗口?？刂泼姘宸譃镃ontrols（控制方式）、Dis

13、play（顯示方式）、Trigger（觸發(fā)）、Frequency（頻率）等幾個部分。兩個連接端口是Ready and Triger 12 邏輯轉(zhuǎn)換器（Logic Converter）Multisim提供了一種虛擬儀器：邏輯轉(zhuǎn)換器。實際中沒有這種儀器，邏輯轉(zhuǎn)換器可以在邏輯電路、真值表和邏輯表達式之間進行轉(zhuǎn)換。有8路信號輸入端，1路信號輸出端。6種轉(zhuǎn)換功能依次是：邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表、真值表轉(zhuǎn)換為邏輯表達式、真值表轉(zhuǎn)換為最簡邏輯表達式、邏輯表達式轉(zhuǎn)換為真值表、邏輯表達式轉(zhuǎn)換為邏輯電路、邏輯表達式轉(zhuǎn)換為與非門電路。13 分析儀（IV Analyzer）IV分析儀專門用來分析晶體管的伏安特性曲線，如二

14、極管、NPN管、PNP管、NMOS管、PMOS管等器件。IV分析儀相當于實驗室的晶體管圖示儀，需要將晶體管與連接電路完全斷開，才能進行IV分析儀的連接和測試。IV分析儀有三個連接點，實現(xiàn)與晶體管的連接。失真度儀（Distortion Analyzer）失真度儀專門用來測量電路的信號失真度，失真度儀提供的頻率范圍為20Hz100kHz。14 頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）用來分析信號的頻域特性，其頻域分析范圍的上限為4GHz。 Span Control用來控制頻率范圍，選擇Set Span的頻率范圍由Frequency區(qū)域決定；選擇Zero Span的頻率范圍由Frequenc

15、y區(qū)域設(shè)定的中心頻率決定；選擇Full Span的頻率范圍為1KHz4GHz。Frequency用來設(shè)定頻率：Span設(shè)定頻率范圍、Start設(shè)定起始頻率、Center設(shè)定中心頻率、End設(shè)定終止頻率。Amplitude用來設(shè)定幅值單位，有三種選擇：dB、dBm、Lin。Db = 10log10V；dBm = 20log10（V/0.775）；Lin為線性表示。15 網(wǎng)絡(luò)分析儀（Network Analyzer）網(wǎng)絡(luò)分析儀主要用來測量雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性，如衰減器、放大器、混頻器、功率分配器等。Multisim提供的網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測量電路的S參數(shù)、并計算出H、Y、Z參數(shù)。16 仿真Agilent儀

16、器仿真Agilent儀器有三種：Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器。這三種儀器與真實儀器的面板，按鈕、旋鈕操作方式完全相同，使用起來更加真實。 17 tektronix示波器18 測量探針。 四. Multisim基本分析方法1. 直流工作點分析（DC Operating Point Analysis ）直流工作點分析也稱靜態(tài)工作點分析，電路的直流分析是在電路中電容開路、電感短路時，計算電路的直流工作點，即在恒定激勵條件下求電路的穩(wěn)態(tài)值。在電路工作時，無論是大信號還是小信號，都必須給半導(dǎo)體器件以正確的偏置，以便使其工作在所需的區(qū)域，這就是直流分析要解決的問題。

17、了解電路的直流工作點，才能進一步分析電路在交流信號作用下電路能否正常工作。求解電路的直流工作點在電路分析過程中是至關(guān)重要的。2. 交流分析（ AC Analysis ）交流分析是在正弦小信號工作條件下的一種頻域分析。它計算電路的幅頻特性和相頻特性，是一種線性分析方法。 Multisim在進行交流頻率分析時，首先分析電路的直流工作點，并在直流工作點處對各個非線性元件做線性化處理，得到線性化的交流小信號等效電路，并用交流小信號等效電路計算電路輸出交流信號的變化。在進行交流分析時，電路工作區(qū)中自行設(shè)置的輸入信號將被忽略。也就是說，無論給電路的信號源設(shè)置的是三角波還是矩形波，進行交流分析時，都將自動設(shè)

18、置為正弦波信號，分析電路隨正弦信號頻率變化的頻率響應(yīng)曲線。3. 瞬態(tài)分析（ Transient Analysis ）瞬態(tài)分析是一種非線性時域分析方法，是在給定輸入激勵信號時，分析電路輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)。Multisim在進行瞬態(tài)分析時，首先計算電路的初始狀態(tài)，然后從初始時刻起，到某個給定的時間范圍內(nèi)，選擇合理的時間步長，計算輸出端在每個時間點的輸出電壓，輸出電壓由一個完整周期中的各個時間點的電壓來決定。啟動瞬態(tài)分析時，只要定義起始時間和終止時間，Multisim可以自動調(diào)節(jié)合理的時間步進值，以兼顧分析精度和計算時需要的時間，也可以自行定義時間步長，以滿足一些特殊要求。4. 傅立葉分析（ Four

19、ier Analysis ）傅立葉分析是一種分析復(fù)雜周期性信號的方法。它將非正弦周期信號分解為一系列正弦波、余弦波和直流分量之和。傅立葉分析以圖表或圖形方式給出信號電壓分量的幅值頻譜和相位頻譜。傅立葉分析同時也計算了信號的總諧波失真（THD），THD定義為信號的各次諧波幅度平方和的平方根再除以信號的基波幅度，并以百分數(shù)表示 。 5. 失真分析（ Distortion Analysis ）放大電路輸出信號的失真通常是由電路增益的非線性與相位不一致造成的。增益的非線性將會產(chǎn)生諧波失真，相位的不一致將產(chǎn)生互調(diào)失真。Multisim失真分析通常用于分析那些采用瞬態(tài)分析不易察覺的微小失真。如果電路有一個

20、交流信號，Multisim的失真分析將計算每點的二次和三次諧波的復(fù)變值；如果電路有兩個交流信號，則分析三個特定頻率的復(fù)變值，這三個頻率分別是：（f1f2），（f1f2），（2f1f2）。6. 噪聲分析（ Noise Analysis ）電路中的電阻和半導(dǎo)體器件在工作時都會產(chǎn)生噪聲，噪聲分析就是定量分析電路中噪聲的大小。Multisim提供了熱噪聲、散彈噪聲和閃爍噪聲等3種不同的噪聲模型。噪聲分析利用交流小信號等效電路，計算由電阻和半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的噪聲總和。假設(shè)噪聲源互不相關(guān)，而且這些噪聲值都獨立計算，總噪聲等于各個噪聲源對于特定輸出節(jié)點的噪聲均方根之和。 7. 直流掃描分析（ DC Swee

21、p Analysis ）直流掃描分析是根據(jù)電路直流電源數(shù)值的變化，計算電路相應(yīng)的直流工作點。在分析前可以選擇直流電源的變化范圍和增量。在進行直流掃描分析時，電路中的所有電容視為開路，所有電感視為短路。在分析前，需要確定掃描的電源是一個還是兩個，并確定分析的節(jié)點。如果只掃描一個電源，得到的是輸出節(jié)點值與電源值的關(guān)系曲線。如果掃描兩個電源，則輸出曲線的數(shù)目等于第二個電源被掃描的點數(shù)。第二個電源的每一個掃描值，都對應(yīng)一條輸出節(jié)點值與第一個電源值的關(guān)系曲線。8. 參數(shù)掃描分析（ Parameter Sweep Analysis ）參數(shù)掃描分析是在用戶指定每個參數(shù)變化值的情況下，對電路的特性進行分析。在

22、參數(shù)掃描分析中，變化的參數(shù)可以從溫度參數(shù)擴展為獨立電壓源、獨立電流源、溫度、模型參數(shù)和全局參數(shù)等多種參數(shù)。顯然，溫度掃描分析也可以通過參數(shù)掃描分析來完成。實驗?zāi)康?. 初步掌握Multisim10.0仿真軟件的使用方法；2. 學習在Multisim10.0仿真軟件工作平臺上測試單極共射放大電路的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻；3. 通過仿真了解電路元件參數(shù)對靜態(tài)工作點及放大倍數(shù)的影響；4. 掌握用Multisim10.0對電路進行瞬態(tài)分析的方法，觀察測量運行結(jié)果；5. 通過用Multisim10.0軟件來繪制比例運算電路并測試其輸出結(jié)果；6. 通過用Multisim10.0軟件進一步

23、加深對電路原理的理解。 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容包括：共射放大電路、比例運算電路。實驗一、共射放大電路一、 實驗?zāi)康?、 熟悉Multisim10 軟件的使用方法；2、 掌握放大電路靜態(tài)工作點的仿真方法及其對放大電路性能的影響；3、 學習放大電路靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的開環(huán)和閉環(huán)仿真方法。二、 虛擬實驗儀器及器材雙蹤示波器、信號發(fā)生器、交流毫伏表、數(shù)字萬用表三、 實驗步驟1、 啟動multisim 如圖所示2、 點擊菜單欄上place/component，彈出如下所示的select a component 對話框3、 在group 下拉菜單中選擇basic，如圖所示4、 選中RE

24、SISTOR，此時在右邊列表中選中1.5k 5%電阻，點擊OK 按鈕。此時該電阻隨鼠標一起移動，在工作區(qū)適當位置點擊鼠標左鍵，如下圖所示5、 同理，把如下所示的所有電阻放入工作區(qū)6、 同樣，如下圖所示選取電容10uF 兩個，放在工作區(qū)適當位置結(jié)果如下：7、 同理如下所示，選取滑動變阻器8、 同理選取三極管9、 選取信號源10、 選取直流電源11、 選取地12、 最終，元器件放置如下13、 元件的移動與旋轉(zhuǎn)，即：單擊元件不放，便可以移動元件的位置；單擊元件（就是選中元件），鼠標右鍵，如下圖所示，便可以旋轉(zhuǎn)元件。14、 同理，調(diào)整所有元件如下圖所示15、 把鼠標移動到元件的管腳，單擊，便可以連接線

25、路。如下圖所示16、 同理，把所有元件連接成如下所示電路17、 選擇菜單欄options/sheet properties,如圖所示18、 在彈出的對話框中選取show all ，如下所示19、 此時，電路中每條線路出上便出現(xiàn)編號，以便為后來仿真。20、 如果要在2N222A 的e 端加上一個100 歐電阻，可以先選中“3”這條線路，然后按鍵盤del 鍵，就可以刪除。如下圖所示21、 之后，點擊菜單欄上place/component，彈出如下所示的select a component 對話框，選取RESISTOR，再點擊OK 按鈕。注意：該電路當中元件阻值與前面幾個步驟中阻值不一樣，更改的方法

26、是：比如（要把R3從5.1 千歐更改為20 千歐），選中R3 電阻，右鍵，如圖所示：之后，重新選取20 千歐電阻便會自動更換。22、 單擊儀表工具欄中的第一個（即：萬用表），放置如下圖所示23、 單擊工具欄中運行按鈕，便進行數(shù)據(jù)的仿真。之后，雙擊圖標，就可以觀察三極管e 端對地的直流電壓。如圖所示，然后，單擊滑動變阻器， ，會出現(xiàn)一個虛框，之后，按鍵盤上的A 鍵，就可以增加滑動變阻器的阻值，shift+A 便可以降低其阻值。24、 靜態(tài)數(shù)據(jù)仿真：1)、調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使萬用表的數(shù)據(jù)為2.2V。2)、執(zhí)行菜單欄中simulate/analyses/DC Operating Point3)、

27、如下所示操作注意：$1就是電路圖中三極管基級上的$1，$3，$6分別是發(fā)射極和集電極上的$3和$6。4)、點擊對話框上的Simulate，如下圖所示 5)、結(jié)果是： 6)、記錄數(shù)據(jù)，填如下表：仿真數(shù)據(jù)（對地數(shù)據(jù)）單位：V計算數(shù)據(jù)單位：V基極集電極發(fā)射極VbeVceRp Rp 的值，等于滑動變阻器的最大阻值乘上百分比。25、 動態(tài)仿真一1)、單擊儀表工具欄中的第四個（即：示波器Oscilloscope），放置如下圖所示，并且連接電路。(注意：示波器分為2 個通道，每個通道有+和，連接時只需用+即可，示波器默認的地已經(jīng)連接好的。觀察波形圖時會出現(xiàn)不知道那個波形是那個通道的，解決方法是更改連接通道的導(dǎo)線顏色，即：右鍵擊導(dǎo)線，彈出,單擊wire color，可以更改顏色，同時示波器中波形顏色也隨之改變。2)、右