1、1,Multisim10 的基本分析方法,2,主要內(nèi)容,直流工作點(diǎn)分析（DC Operating Point Analysis ） 交流分析（AC Analysis） 瞬態(tài)分析（Transient Analysis） 傅立葉分析（Fourier Analysis） 失真分析（Distortion Analysis） 噪聲分析（Noise Analysis） 直流掃描分析（DC Sweep Analysis）,3,Multisim10為仿真電路提供了兩種分析方法，即利用虛擬儀表觀測(cè)電路的某項(xiàng)參數(shù)和利用Multisim10 提供的十幾種分析工具，進(jìn)行分析。常用的分析工具有：直流工作點(diǎn)分析、交流分析

2、、 瞬態(tài)分析、傅立葉分析、失真分析、噪聲分析和直流掃描分析。利用這些分析工具，可以了解電路的基本狀況、測(cè)量和分析電路的各種響應(yīng)，且比用實(shí)際儀器測(cè)量的分析精度高、測(cè)量范圍寬。,4,直流工作點(diǎn)分析也稱靜態(tài)工作點(diǎn)分析，電路的直流分析是在電路中電容開(kāi)路、電感短路時(shí)，計(jì)算電路的直流工作點(diǎn)。 在電路工作時(shí)，無(wú)論是大信號(hào)還是小信號(hào)，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(wèn)題。了解電路的直流工作點(diǎn)，才能進(jìn)一步分析電路在交流信號(hào)作用下電路能否正常工作。求解電路的直流工作點(diǎn)在電路分析過(guò)程中是至關(guān)重要的。,1 直流工作點(diǎn)分析,5,1.1構(gòu)造電路 為了分析電路的交流信號(hào)是否能

3、正常放大，必須了解電路的直流工作點(diǎn)設(shè)置得是否合理，所以首先應(yīng)對(duì)電路得直流工作點(diǎn)進(jìn)行分析。在Multisim10工作區(qū)構(gòu)造一個(gè)單管放大電路，電路中電源電壓、各電阻和電容取值如圖所示。,6,執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇DC Operating Point，則出現(xiàn)直流工作點(diǎn)分析對(duì)話框，如圖所示。直流工作點(diǎn)分析對(duì)話框包括3頁(yè)。,7,（1） Output 頁(yè) Output 頁(yè)用于選定需要分析的節(jié)點(diǎn)。 左邊Variables in circuit 欄內(nèi)列出電路中各節(jié)點(diǎn)電壓變量和流過(guò)電源的電流變量。右邊Selected variables for 欄用于存放需

4、要分析的節(jié)點(diǎn)。 先在左邊欄內(nèi)選中 需要分析的變量，再點(diǎn) 擊Add按鈕，變量則會(huì)出 現(xiàn)在右欄中。,8,（2）Analysis Options頁(yè) 點(diǎn)擊Analysis Options按鈕進(jìn)入Analysis Options頁(yè)，其中排列了與該分析有關(guān)的其它分析選項(xiàng)設(shè)置，通常應(yīng)該采用默認(rèn)的。,9,（3）Summary頁(yè) 點(diǎn)擊Summary按鈕進(jìn)入Summary頁(yè)。Summary頁(yè)中排列了該分析所設(shè)置的所有參數(shù)和選項(xiàng)。用戶通過(guò)檢查可以確認(rèn)這些參數(shù)的設(shè)置。,10,1.3 檢查測(cè)試結(jié)果 直流工作點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果如圖所示。測(cè)試結(jié)果給出電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓值。根據(jù)這些電壓的大小，可以確定該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否合理。,

5、如果不合理，可以改變電路中的某個(gè)參數(shù)，利用這種方法，可以觀察電路中某個(gè)元件參數(shù)的改變對(duì)電路直流工作點(diǎn)的影響。,11,交流分析是在正弦小信號(hào)工作條件下的一種頻域分析。它計(jì)算電路的幅頻特性和相頻特性，是一種線性分析方法。 Multisim 10在進(jìn)行交流頻率分析時(shí)，首先分析電路的直流工作點(diǎn)，并在直流工作點(diǎn)處對(duì)各個(gè)非線性元件做線性化處理，得到線性化的交流小信號(hào)等效電路，并用交流小信號(hào)等效電路計(jì)算電路輸出交流信號(hào)的變化。在進(jìn)行交流分析時(shí)，電路工作區(qū)中自行設(shè)置的輸入信號(hào)將被忽略。也就是說(shuō)，無(wú)論給電路的信號(hào)源設(shè)置的是三角波還是矩形波，進(jìn)行交流分析時(shí)，都將自動(dòng)設(shè)置為正弦波信號(hào)，分析電路隨正弦信號(hào)頻率變化的頻

6、率響應(yīng)曲線。,2 交流分析,12,2.1 構(gòu)造電路 這里仍采用單管放大電路作為實(shí)驗(yàn)電路，電路如圖所示。,13,2.2啟動(dòng)交流分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇AC Analysis，則出現(xiàn)交流分析對(duì)話框，如圖所示。,14,對(duì)話框中Frequency Parameters頁(yè)的設(shè)置項(xiàng)目、單位以及默認(rèn)值等內(nèi)容見(jiàn)表所示。,15,2.3 檢查測(cè)試結(jié)果 電路的交流分析測(cè)試曲線如圖所示,測(cè)試結(jié)果給出電路的幅頻特性曲線和相頻特性曲線,幅頻特性曲線顯示了3號(hào)節(jié)點(diǎn),（電路輸出端）的電壓隨頻率變化的曲線；相頻特性曲線顯示了7號(hào)節(jié)點(diǎn)的相位隨頻率變化的曲線。由交流頻率

7、分析曲線可知，該電路大約在7Hz 24MHz范圍內(nèi)放大信號(hào)，放大倍數(shù)基本穩(wěn)定，且相位基本穩(wěn)定。超出此范圍，輸出電壓將會(huì)衰減，相位會(huì)改變。,16,瞬態(tài)分析是一種非線性時(shí)域分析方法，是在給定輸入激勵(lì)信號(hào)時(shí)，分析電路輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)。Multisim在進(jìn)行瞬態(tài)分析時(shí)，首先計(jì)算電路的初始狀態(tài)，然后從初始時(shí)刻起，到某個(gè)給定的時(shí)間范圍內(nèi)，選擇合理的時(shí)間步長(zhǎng)，計(jì)算輸出端在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的輸出電壓，輸出電壓由一個(gè)完整周期中的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的電壓來(lái)決定。啟動(dòng)瞬態(tài)分析時(shí)，只要定義起始時(shí)間和終止時(shí)間，Multisim可以自動(dòng)調(diào)節(jié)合理的時(shí)間步進(jìn)值，以兼顧分析精度和計(jì)算時(shí)需要的時(shí)間，也可以自行定義時(shí)間步長(zhǎng)，以滿足一些特殊要求。

8、,3 瞬態(tài)分析,17,2.3.1 構(gòu)造電路 構(gòu)造一個(gè)單管放大電路，電路中電源電壓、各電阻和電容取值如圖所示。,18,2.3.2 啟動(dòng)瞬態(tài)分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Transient Analysis，出現(xiàn)瞬態(tài)分析對(duì)話框，如圖所示。,19,瞬態(tài)分析對(duì)話框中Analysis Parameters頁(yè)的設(shè)置項(xiàng)目、單位以及默認(rèn)值等內(nèi)容見(jiàn)表所示。,20,2.3.3 檢查分析結(jié)果 放大電路的瞬態(tài)分析曲線如圖1.7.8所示。分析曲線給出輸出節(jié)點(diǎn)1電壓隨時(shí)間變化的波形，縱軸坐標(biāo)是電壓，橫軸是時(shí)間軸。從圖中可以看出輸出瞬態(tài)波形初始值為單管放大電路節(jié)點(diǎn)1直

9、流工作點(diǎn)電壓9.6772V。瞬態(tài)分析的結(jié)果同樣可以用示波器觀察到。,21,傅立葉分析是一種分析復(fù)雜周期性信號(hào)的方法。它將非正弦周期信號(hào)分解為一系列正弦波、余弦波和直流分量之和。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的數(shù)學(xué)原理，周期函數(shù)f(t)可以寫(xiě)為 傅立葉分析以圖表或圖形方式給出信號(hào)電壓分量的幅值頻譜和相位頻譜。傅立葉分析同時(shí)也計(jì)算了信號(hào)的總諧波失真（THD），THD定義為信號(hào)的各次諧波幅度平方和的平方根再除以信號(hào)的基波幅度，并以百分?jǐn)?shù)表示：,4傅立葉分析,22,4.1 構(gòu)造電路 構(gòu)造一個(gè)單管放大電路，電路中電源電壓、各電阻和電容取值如圖所示。該放大電路在輸入信號(hào)源電壓幅值達(dá)到50mv時(shí)，輸出端電壓信號(hào)已出現(xiàn)較嚴(yán)重

10、的非線性失真，這也就意味著在輸出信號(hào)中出現(xiàn)了輸入信號(hào)中未有的諧波分量。,23,4.2 啟動(dòng)交流分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Fourier Analysis，則出現(xiàn)傅立葉分析對(duì)話框，如圖所示。,24,傅立葉分析對(duì)話框中Analysis Parameters頁(yè)的設(shè)置項(xiàng)目及默認(rèn)值等內(nèi)容見(jiàn)表所示。,25,4.3 檢查分析結(jié)果 傅立葉分析結(jié)果如圖所示。如果放大電路輸出信號(hào)沒(méi)有失真，在理想情況下，信號(hào)的直流分量應(yīng)該為零，各次諧波分量幅值也應(yīng)該為零，總諧波失真也應(yīng)該為零。 從圖可以看出，輸出信號(hào)直流分量幅值約為1.15V，基波分量幅值約為4.36 V

11、，2次諧波分量幅值約為1.58 V，從圖表中還可以查出3次、4次及5次諧波幅值。同時(shí)可以看到總諧波失真（THD）約為35.96%，這表明輸出信號(hào)非線性失真相當(dāng)嚴(yán)重。線條圖形方式給出的信號(hào)幅頻圖譜直觀地顯示了各次諧波分量的幅值。,26,放大電路輸出信號(hào)沒(méi)有失真情況下分析結(jié)果,放大電路輸出信號(hào)嚴(yán)重失真情況下分析結(jié)果,27,放大電路輸出信號(hào)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(huì)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(jué)的微小失真。如果電路有一個(gè)交流信號(hào)，Multisim的失真分析將計(jì)算每點(diǎn)的二次和三次諧波的復(fù)變值

12、；如果電路有兩個(gè)交流信號(hào)，則分析三個(gè)特定頻率的復(fù)變值，這三個(gè)頻率分別是：（f1f2），（f1f2），（2f1f2）。,5 失真分析,28,5.1構(gòu)造電路 設(shè)計(jì)一個(gè)單管放大電路，電路參數(shù)及電路結(jié)構(gòu)如圖所示。對(duì)該電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析后，表明該電路直流工作點(diǎn)設(shè)計(jì)合理。在電路的輸入端加入一個(gè)交流電壓源作為輸入信號(hào)，其幅度為10mV，頻率為1kHz。,29,5.2啟動(dòng)失真分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Transient Analysis，則出現(xiàn)瞬態(tài)分析對(duì)話框，如圖所示。,30,失真分析對(duì)話框中Analysis Parameters頁(yè)的設(shè)置項(xiàng)目、單

13、位以及默認(rèn)值等內(nèi)容見(jiàn)表所示。,31,5.3檢查分析結(jié)果 電路的失真分析結(jié)果如圖所示。由于該電路只有一個(gè)輸入信號(hào)，因此，失真分析結(jié)果給出的是諧波失真幅頻特性和相頻特性圖。,32,電路中的電阻和半導(dǎo)體器件在工作時(shí)都會(huì)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(hào)等效電路，計(jì)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(dú)立計(jì)算，總噪聲等于各個(gè)噪聲源對(duì)于特定輸出節(jié)點(diǎn)的噪聲均方根之和。,6 噪聲分析,33,6.1構(gòu)造電路 構(gòu)造單管放大電路，雙擊信號(hào)電壓源符號(hào)，在屬性對(duì)話框中Dist

14、ortion Frequency 1 Magnitude:項(xiàng)目下設(shè)置為1V。然后繼續(xù)分析該單管放大電路。,34,6.2啟動(dòng)噪聲分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Noise Analysis，則出現(xiàn)噪聲分析對(duì)話框，如圖所示。,35,噪聲分析對(duì)話框中Analysis Parameters頁(yè)的設(shè)置項(xiàng)目及其注釋等內(nèi)容見(jiàn)表所示。,36,噪聲分析對(duì)話框中Frequency Parameters頁(yè)如圖所示。,其中設(shè)置項(xiàng)目及其注釋等內(nèi)容見(jiàn)下表所示。,37,38,6.3檢查分析結(jié)果 這里仍采用單管放大電路作為實(shí)驗(yàn)電路，噪聲分析Analysis Paramete

15、rs選項(xiàng)卡設(shè)置見(jiàn)前圖。下圖是選取十倍程的掃描方式下，輸出變量為inoise-spectrum(輸入噪聲頻譜)和onoise- spectrum(輸出噪聲頻譜)的輸出波形。其中上面一條曲線是總的輸出噪聲電壓隨頻率變化曲線，下面一條曲線是等效的輸入噪聲電壓隨頻率變化曲線。,39,直流掃描分析是根據(jù)電路直流電源數(shù)值的變化，計(jì)算電路相應(yīng)的直流工作點(diǎn)。在分析前可以選擇直流電源的變化范圍和增量。在進(jìn)行直流掃描分析時(shí)，電路中的所有電容視為開(kāi)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(gè)還是兩個(gè)，并確定分析的節(jié)點(diǎn)。如果只掃描一個(gè)電源，得到的是輸出節(jié)點(diǎn)值與電源值的關(guān)系曲線。如果掃描兩個(gè)電源，則輸出曲線的數(shù)目等于第二個(gè)電源被掃描的點(diǎn)數(shù)。第二個(gè)電源的每一個(gè)掃描值，都對(duì)應(yīng)一條輸出節(jié)點(diǎn)值與第一個(gè)電源值的關(guān)系曲線。,7 直流掃描分析,40,7.1構(gòu)造電路 構(gòu)造如圖所示單管放大電路。,41,執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇DC Sw