第三章Multisim的元件庫與仿真儀器介紹Multisim電路系統(tǒng)設計與仿真教程課件CONTENTSMultisim的元件庫1高級仿真分析儀3常用儀表2其他儀器4內(nèi)容提要本章主要對Multisim的19個元件庫進行詳細介紹，并結(jié)合實例介紹了7個常用儀表、7個高級仿真分析儀器和5個其他儀器的設置及使用方法。3.1Multisim的元件庫

Multisim的元件分別存儲于三個數(shù)據(jù)庫中，它們分別為Master庫、Corporate庫和User庫，這3種數(shù)據(jù)庫的功能分別為：Master庫：存放Multisim提供的所有元件。該庫包含20個元件庫，各庫下面還包含子庫。Corporate庫：用于存放便于團隊設計的一些特定元件，該庫僅在專業(yè)版中存在。User庫：存放被用戶修改、創(chuàng)建和導入的元件。3.2常用儀表

本節(jié)中介紹一些電路仿真中常用的儀器儀表，如萬用表、示波器、函數(shù)發(fā)生器等。1）萬用表（Multimeter）

萬用表是一種可以用于測量交（直）流電壓、交（直）流電流、電阻及電路中兩點之間分貝電壓消耗的一種儀表，它可以自動調(diào)整量程。當萬用表的正負端連接到電路中時將顯示測量數(shù)據(jù)。圖3-1萬用表圖標圖3-2萬用表面板圖3-3萬用表參數(shù)設置對話框3.2常用儀表

應用舉例：圖3-4為一階無源低通濾波器電路，通帶截至頻率為

輸入信號為一交流電壓源（5V，1000Hz），用萬用表觀察輸出節(jié)點的交流電壓，在萬用表的面板上可以看到通過濾波器后的交流電壓信號幅值衰減到了毫伏級。圖3-4萬用表的應用注意：用于測量不同類型的信號時，萬用表的連接形式不同。這里重點強調(diào)一下元件或元件網(wǎng)絡電阻的測量。要進行精確的電阻測量應保證：被測元件網(wǎng)絡中沒有電源；被測元件或元件網(wǎng)絡已接地；沒有其它部分和被測的元件或元件網(wǎng)絡并聯(lián)。3.2常用儀表

2）函數(shù)信號發(fā)生器（FunctionGenerator）

函數(shù)信號發(fā)生器可提供正弦波、三角波和方波三種電壓信號。函數(shù)發(fā)生器除了正負電壓輸出端，還有公共接地端。圖3-5函數(shù)信號發(fā)生器圖標圖3-6函數(shù)信號發(fā)生器面板圖3-7方波上升/下降時間設置對話框3.2常用儀表

應用舉例：仍以一階無源低通濾波器電路為例，輸入信號改為矩形波，如圖3-8所示，其電壓為10V，頻率為10Hz，占空比為50%，將上升和下降時間設為1nS。輸入信號由函數(shù)信號發(fā)生器的正電壓端引出，為便于連線，右鍵單擊函數(shù)信號發(fā)生器，在輸出的菜單中選擇將函數(shù)信號發(fā)生器圖標左右翻轉(zhuǎn)。用示波器觀察輸出端波形，如圖3-9所示，方波的頻率較低，所以沒有被濾波器濾除。由于方波設了上升/下降時間，所以電壓突變有一個過渡的過程。圖3-8函數(shù)信號發(fā)生器圖標圖3-9輸出端波形3.2常用儀表

3）功率計（Wattmeter）

功率計又稱瓦特計，用于測量電路的功率，及功率因素。功率因素是電壓與電流之間的相位差的余弦。面板中上面顯示電路輸出負載上的功率值，下面顯示功率因素。連接功率計時，應使電壓表與負載并聯(lián)，電流表與負載串聯(lián)。圖3-10功率計圖標圖3-11功率計面板3.2常用儀表

應用舉例：圖3-12中的電路為甲乙類功率放大電路，負載為內(nèi)阻為8Ω的蜂鳴器，在輸出端接功率計，可以看到輸出功率為45.416W，功率因素為1，即輸出電壓和電流沒有相位差。圖3-12功率計的應用3.2常用儀表

4）雙通道示波器（Oscilloscope）

雙通道示波器是用于觀察電壓信號波形的儀器，可同時觀察兩路波形。如圖3-13所示示波器圖標中的三組信號分別為A、B輸入通道和外觸發(fā)信號通道。雙擊圖標將打開圖3-14所示的面板，其主要按鈕的作用調(diào)整及參數(shù)的設置和實際示波器相似。圖3-13示波器圖標圖3-14示波器面板3.2常用儀表

4）雙通道示波器（Oscilloscope）

雙通道示波器是用于觀察電壓信號波形的儀器，可同時觀察兩路波形。如圖3-13所示示波器圖標中的三組信號分別為A、B輸入通道和外觸發(fā)信號通道。雙擊圖標將打開圖3-14所示的面板，其主要按鈕的作用調(diào)整及參數(shù)的設置和實際示波器相似，由波形和數(shù)據(jù)顯示部分、時基控制部分、示波器通道設置部分、觸發(fā)參數(shù)設置部分共四部分組成。圖3-13示波器圖標圖3-14示波器面板3.2常用儀表

應用舉例：仍以一階無源低通濾波器電路為例，如圖3-15所示，輸入信號為5V、50Hz的交流電壓源，示波器的A通道接到輸入端，B通道接到輸出端，對電路進行仿真，雙擊打開示波器的前面板，如圖3-16所示。點擊“Reverse”按鈕將顯示屏背景反白，面板中各項的設置如圖中所示。可以看到，50Hz的輸入信號通過通帶截止頻率為31.8Hz的一階無源低通濾波器后有一定的衰減和相移。移動游標1和2，可以觀察到輸入、輸出信號峰值的精確值。圖3-15示波器的應用圖3-16A/B通道的波形3.2常用儀表

5）四通道示波器（Four-channelOscilloscope）

四通道示波器可以同時測量四個通道的信號，其它的功能幾乎完全相同。示波器圖標中的A、B、C、D引腳分別為四路信號輸入端，T為外觸發(fā)信號通道，G為公共接地端。四個通道的控制通過一個旋鈕來實現(xiàn)，當單擊某一方向上的旋鈕，則可對該方向所對應通道的參數(shù)進行設置。圖3-17四通道示波器圖標圖3-18四通道示波器面板3.2常用儀表

6）波特圖儀（BodePlotter）

波特圖儀可用來測量電路的幅頻特性和相頻特性。在使用波特圖儀時，電路的輸入端必須接入交流信號源。如圖3-20所示，波特圖儀面板包括數(shù)據(jù)顯示區(qū)、模式（Mode）選擇區(qū)、坐標設置區(qū)和控制（Controls）區(qū)。圖3-19波特圖儀圖標圖3-20波特圖儀面板3.2常用儀表

應用舉例：仍以上面的低通濾波電路為例，將波特圖儀的輸入輸出端分別與電路相連，如圖3-21所示。對電路進行仿真，雙擊波特圖儀圖標可打開前面板，選擇顯示幅頻特性，幅頻特性曲線及相應設置如圖3-22所示，將游標移到Y(jié)值為3dB時所對應的位置，可得通帶截止頻率為31.755Hz。選擇顯示相頻特性，相頻特性曲線及相應設置如圖3-23所示，將游標的X值設為50Hz，則相應的相角為-57.517°，即輸出信號滯后于輸入信號，如圖3-16所示。圖3-21波特圖儀的應用圖3-22幅頻特性圖3-23相頻特性3.2常用儀表

7）頻率計數(shù)器（Frequencycounter）

頻率計數(shù)器可以測量電路中電路的頻率、周期等。頻率計數(shù)器面板Measurement欄可以查看電路的頻率、周期、正負脈沖所需時間和信號的上升下降時間；Coupling欄可以選擇信號輸入的耦合方式，當用AC耦合時，輸入信號只有交流的分量而把直流分量濾掉，當用DC耦合時，將輸入信號的直流和交流分量；Sensitivity(RMS)欄，可以設置靈敏電壓，當大于電路中電壓時，頻率計數(shù)器將不工作；Triggerlevel欄可以設置觸發(fā)電壓大??；選擇Slowchangesignal復選框，可以顯示電路的時時頻率；Compressionrate可以設置波形周期的壓縮比例。

直流或者交流只是其四個通道的控制通過一個旋鈕來實現(xiàn)，當單擊某一方向上的旋鈕，則可對該方向所對應通道的參數(shù)進行設置。圖3-24頻率計數(shù)器圖標圖3-25頻率計數(shù)器面板3.3高級仿真分析儀器

1）字信號發(fā)生器（WordGenerator）

字信號發(fā)生器能同時產(chǎn)生32路邏輯信號，用于對數(shù)字邏輯電路進行測試。圖標左右兩邊分別為32路信號輸出端，R端為備用信號端，T端為外觸發(fā)信號端子。如圖3-27所示面板包括字信號編輯顯示區(qū)、Controls選項區(qū)、DisplayType選項區(qū)、Trigger選項區(qū)和Frequency選項區(qū)。圖3-26字信號發(fā)生器圖標圖3-27字信號發(fā)生器面板3.3高級仿真分析儀器

應用舉例：用數(shù)碼管和邏輯分析儀觀察產(chǎn)生的字信號，如圖3-28所示。首先在字信號發(fā)生器面板中將緩沖區(qū)大小設為5，預設字信號模式為“UpCounter”，起始字信號設為十六進制數(shù)00000000，時鐘信號選擇1KHz的內(nèi)部時鐘，則信號編輯區(qū)內(nèi)的字信號如圖3-29所示。在圖3-29中單擊一次“Step”按鈕，字信號往下循環(huán)一個地址，如果按“Cycle”按鈕。字信號編輯區(qū)中的所有字信號將循環(huán)顯示。圖3-28字信號發(fā)生器測試圖3-29字信號發(fā)生器設置注意：因為只用到字信號發(fā)生器的前四位信號，所以數(shù)碼管中顯示的僅是八位十六進制數(shù)的最后一位，所有字信號將在數(shù)碼管中循環(huán)顯示。3.3高級仿真分析儀器

2）邏輯轉(zhuǎn)換儀（LogicConverter）

邏輯轉(zhuǎn)換儀是Multisim特有的儀器，能夠完成真值表、邏輯表達式和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換。圖標共有9個接線端，左邊的8個端子為輸入端子，連接需要分析的邏輯電路的輸入信號，最后一個端子是輸出端子，連接邏輯電路的輸出端。面板最上面的A到H為輸入端連接情況標識，如端子變?yōu)榘咨?，則表示已連接上，反之表示未連接；面板中間為真值表，連接端子個數(shù)確定后，該欄中會自動列出前兩欄的數(shù)值，輸出的值可由分析結(jié)果給出或由用戶定義；真值表下方的空白欄中可顯示邏輯表達式。最右邊的“Conversions”欄中有六個控制按鈕圖3-30邏輯轉(zhuǎn)換儀圖標圖3-31邏輯轉(zhuǎn)換儀面板3.3高級仿真分析儀器

應用舉例：圖3-32的電路由兩個異或門組成，可用于檢測3位二進制碼的奇偶性，當輸入二進制碼含有奇數(shù)個“1”時，輸出為1，因此電路有稱為奇校驗電路。將該電路的三個輸入端分別連接到邏輯轉(zhuǎn)換儀的前3個輸入端子上，將邏輯電路的輸出端連接到邏輯轉(zhuǎn)換儀的最后一個端子上，雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標打開面板，單擊“Conversions”區(qū)域中的第一個按鈕，可得電路真值表，單擊第三個按鈕將所得真值表再轉(zhuǎn)換成最簡表達式，如圖3-33所示。圖3-32邏輯轉(zhuǎn)換儀應用圖3-33由電路所得的真值表和最簡邏輯表達式3.3高級仿真分析儀器

3）邏輯分析儀（LogicAnalyzer）

邏輯分析儀用來對數(shù)字邏輯電路的時序進行分析，可以同步顯示16路數(shù)字信號。如圖3-34所示圖標左邊的16個引腳可連接16路數(shù)字信號，下面的C端用于外接時鐘信號，Q端為時鐘控制端，T端為外觸發(fā)信號控制端。如圖3-35所示面板由波形及數(shù)據(jù)顯示區(qū)、控制按鈕區(qū)、Clock選項區(qū)和Trigger選項區(qū)四部分組成。圖3-34邏輯分析儀圖標圖3-35邏輯分析儀面板3.3高級仿真分析儀器

應用舉例：圖3-36的電路為用74161N芯片設計的一個九進制計數(shù)器，輸入時鐘信號為100Hz的脈沖信號，計數(shù)器74161N的輸出端和邏輯分析儀信號輸入端按信號的高低位依次連接，邏輯分析儀信號采用和計數(shù)器同一外部時鐘，在時鐘設置中將時鐘改為外部時鐘，頻率改為100Hz，其他設置按默認的設置。對電路進行仿真，波形如圖3-37所示，4端信號為最低位的信號，可以看到電路實現(xiàn)了九進制計數(shù)，游標1對應了九進制的數(shù)8，游標2對應了九進制的數(shù)1。圖3-36邏輯分析儀的應用圖3-37九進制計數(shù)器電路仿真時序3.3高級仿真分析儀器

4）伏安特性分析儀（IVAnalyzer）

伏安特性分析儀可用于測量二極管、三極管和MOS管的伏安特性曲線，被測元件應是在電路中無連接的單獨元件，如需要測量電路中某一元件的伏安特性，需要先將連接斷開。其面板如圖3-39所示，由被測元件類型選擇（Components）、顯示范圍設置、仿真參數(shù)設置、圖形和數(shù)據(jù)顯示區(qū)共四部分組成。

圖3-38伏安特性分析儀圖標圖3-39伏安特性分析儀面板3.3高級仿真分析儀器

應用舉例：下面我們將測量NPN型三極管2N2222A的伏安特性，如圖3-40所示。雙擊伏安特性分析儀圖標打開儀器面板，選擇元件類型為BJTNPN，單擊“SimulateParameters”按鈕，按圖3-41的參數(shù)進行設置，然后對電路進行仿真，軟件將自動調(diào)節(jié)橫縱坐標的顯示范圍，且橫縱坐標均采用線性形式顯示，儀器面板如圖3-41所示。顯示屏中橫坐標的值為三極管集電極與發(fā)射極之間的電壓Vce，縱坐標的值為集電極電流Ic，圖中9條曲線分別為Ib，取1A到9A時的函數(shù)曲線，伏安特性曲線描述的即是當基極電流Ib為一常量時，Ic與Vce之間的函數(shù)關系。

圖3-402N2222A伏安特性測量電路圖3-41伏安特性分析儀測量結(jié)果注意：不同元件伏安特性的意義不同，要想正確設置和解讀各伏安特性圖的意義，必須掌握對其原理。3.3高級仿真分析儀器

5）失真度分析儀（DistortionAnalyzer）

失真度分析儀可用來測量電路的總諧波失真和信噪比。如圖3-43所示前面板可分為以下幾部分：顯示屏、參數(shù)設置區(qū)、Controls區(qū)域、顯示（Display）形式設置區(qū)和啟動停止區(qū)域。

圖3-42失真度分析儀圖標圖3-43失真度分析儀面板3.3高級仿真分析儀器

6）頻譜分析儀（SpectrumAnalyzer）

頻譜分析儀可以用來分析信號在一系列頻率下的功率譜，確定高頻電路中各頻率成分的存在性。面板可分為以下幾部分：頻譜顯示區(qū)、SpanControl選項區(qū)、Frequency選項區(qū)、Amplitude選項區(qū)、ResolutionFreq．選項區(qū)、控制按鈕區(qū)。圖3-44頻譜分析儀圖標圖3-45頻譜分析儀面板3.3高級仿真分析儀器

應用舉例：圖3-46的電路為一RF射頻放大電路，輸入信號包含兩種頻率的交流信號，用頻率分析儀分析放大電路的輸出點，設中心頻率為5MHz，起始頻率為0Hz，終止頻率為10MHz，頻帶寬為10MHz，其它參數(shù)按默認設置，進行仿真分析可得圖3-45所示的結(jié)果，輸出信號除了還有2MHz和4MHZ的頻率成分外，還含有直流成分，其它的諧波成分可忽略不計。將結(jié)果以波特圖的形式顯示，如圖3-47所示，設參考線位于0dB處，單擊“Show-Refer.”按鈕在顯示屏偏上方0dB處將出現(xiàn)一條實線。圖3-46頻譜分析儀的應用圖3-47波特圖分析結(jié)果3.3高級仿真分析儀器

7）網(wǎng)絡分析儀（NetworkAnalyzer）

網(wǎng)絡分析儀常用于分析高頻電路散射參數(shù)（S參數(shù)），這些S參數(shù)用于利用其它Multisim仿真來得到匹配單元，網(wǎng)絡分析儀也可計算H、Y、Z參數(shù)。使用網(wǎng)絡分析儀時，電路被理想化為一個雙端的網(wǎng)絡，電路輸入輸出端必須不能接信號源或負載，直接接到網(wǎng)絡分析儀的兩個輸入端。

當開始仿真時，網(wǎng)絡分析儀將自動執(zhí)行兩個交流分析，第一個交流分析用于在輸入端計算前項參數(shù)S11和S21，第二個交流分析用于在輸出端計算反向參數(shù)S22和S12。當S參數(shù)確定后，可在網(wǎng)絡分析儀中以多種方式察看數(shù)據(jù)，并可基于這些數(shù)據(jù)進行進一步的分析。面板由數(shù)據(jù)顯示區(qū)、Mode選項區(qū)、Graph選項區(qū)、Trace選項區(qū)、Functions選項區(qū)和Setting選項區(qū)組成。圖3-48網(wǎng)絡分析儀圖標圖3-49網(wǎng)絡分析儀面板3.3高級仿真分析儀器

應用舉例：仍以上面的射頻放大電路為例，輸入輸出端和頻譜分析儀的P1、P2端相連，如圖3-50所示，選擇測量模式，其它參數(shù)按默認設置，可看到S參數(shù)兩個分量的Smith圖如圖3-51所示，單擊“AutoScale”按鈕使刻度由軟件自動調(diào)整。S參數(shù)分量其它形式的圖形分別如圖3-51到圖3-53所示。圖3-50頻譜分析儀的應用3.3高級仿真分析儀器

圖3-53參數(shù)實部和虛部的頻率響應圖圖3-52極坐標圖圖3-51增益和相位的頻率響應圖3.4其他儀器

1）測量探針（MeasurementProbe）

測量探針作為動態(tài)探針可在工作空間中方便快捷的測量電路中不同點處的電壓、電流、功率和頻率值等，在進行各種電路分析時，它又可作為靜態(tài)探針，將該點的電壓和電流值作為分析的變量。Multisim為用戶提供了7種不同的探針供用戶選擇，分別為電壓探針、電流探針、功率探針、差動探針、電壓-電流探針、參考電壓探針、數(shù)字探針。圖3-54電壓、電流、功率探針在電路中的應用圖3-55數(shù)字探針在電路中的應用3.4其他儀器

2）電流探針(CurrentProbe)Multisim中的電流探針仿效工業(yè)中的電流鉗探針，將測量點處的電流轉(zhuǎn)化為該點的電壓值，然后通過電流探針的輸出端接到示波器上以觀察該點的電壓值，如圖3-56所示。實際電流可由探針的電壓/電流比率決定，這個比率可雙擊電路中的電流探針打開圖3-57所示的屬性設置對話框修改。圖3-56電流探針的應用圖3-57電流探針屬性設置3.4其他儀器

3）安捷倫(Agilent)虛擬儀器Multisim中包含三種安捷倫虛擬仿真儀器，它們分別為函數(shù)發(fā)生器33120A、萬用表34401A和示波器54622D。安捷倫函數(shù)發(fā)生器（AgilentFunctionGenerator）安捷倫制造的33120A是一臺高性能15MHz綜合函數(shù)發(fā)生器，內(nèi)部可產(chǎn)生任意波形。安捷倫函數(shù)發(fā)生器除了可產(chǎn)生標準的波形，如正弦波、方波、三角波、斜坡波形、噪聲和直流電壓，還可產(chǎn)生任意的波形，如Sinc波形、正的斜坡波形、指數(shù)上升波形、指數(shù)下降波形和心律（Cardiac）波形，用戶可定義8到256點的任意波形，此外安捷倫函數(shù)發(fā)生器還可產(chǎn)生調(diào)制波形，如AM、FM、FSK和各種形狀脈沖串（Burst）等。圖3-59安捷倫函數(shù)發(fā)生器面板圖3-58安捷倫函數(shù)發(fā)生器圖標3.4其他儀器

安捷倫萬用表（AgilentMultimeter）Multisim中的安捷倫萬用表是根據(jù)實際的Agilent34401A型萬用表設計的，它是高性能的數(shù)字萬用表。該萬用表可測量直流/交流電壓、直流/交流電流、電阻、輸入電壓信號的頻率（周期），還可進行二極管測試和比率測試。在測量功能方面，安捷倫萬用表可實現(xiàn)相對測量（Null）、最小最大測量（Min-Max）、將電壓以對數(shù)形式顯示（dB、dBm）和極限測試（LimitTest）。圖3-61安捷倫萬用表面板圖3-60安捷倫萬用表圖標3.4其他儀器

安捷倫示波器（AgilentOscilloscope）Multisim中的安捷倫示波器是根據(jù)實際的Agilent54622D型示波器設計的，它具有兩路模擬通道和16路數(shù)字邏輯通道，帶寬為100MHz。該示波器還可對波形進行FFT、相乘、相減、積分和微分運算。圖3-63安捷倫示波器面板圖3-62安捷倫示波器圖標3.4其他儀器

泰克(Tektronix)虛擬示波器Multisim儀器庫中僅有一種泰克虛擬儀器，即泰克示波器，它是模擬實際的泰克TDS2024四通道、200MHz示波器設計而成的。該示波器可對波形進行FFT和加減運算。圖3-65泰克示波器面板圖3-64泰克示波器圖標3.4其他儀器

LabVIEW虛擬儀器

用戶可將在LabVIEW圖形開發(fā)環(huán)境中設計的儀器添加到Multisim的儀器欄中，所添加的LabVIEW虛擬儀器可具有LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)的所有高級功能，如數(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)學分析等等。a)雙極型晶體管分析儀（BJTAnalyzer）

使用雙極型晶體管分析儀可以測量雙極型NPN型或PNP型晶體管的當前電壓值特性。在該面板中可以選擇所測量設備的類型，測量集電極-發(fā)射極電壓波形和基極電流波形，同時也可選擇顯示基極電流的線條樣式和線條顏色。圖3-67雙極型晶體管面板圖3-66雙極型晶體管圖標注意：LabVIEW虛擬儀器不能同時為輸入儀器和輸出儀器。3.4其他儀器

b)阻抗儀（ImpedanceMeter）

阻抗儀用來測量兩個節(jié)點間的阻抗，其圖標如圖3-68所示，雙擊圖標可打開圖3-69所示的前面板，在該面板中可以設置開始和停止頻率，輸出數(shù)量和模型類型。圖3-69阻抗儀面板圖3-68阻抗儀圖標3.