Multisim10仿真软件简介与使用.doc

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1、 模拟电路实验指导书Multisim10仿真软件简介与使用Multisim10.0是加拿大交互图像技术公司推出的最新电子仿真软件，是Multisim系列的改进版。该版使文件管理和操作更方便，元件调用更便捷，元件的标注更加直观实用，增加了仿真的真实感，使虚拟的电子实验平台更加接近实际的实验平台。Multisim10.0是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为“计算机里的电子实验室”。1Multisim10.0的基本操作界面Multisim10.0软件以图形界面为主，具有一般Windows应用软件的风格，可以使用户自如使用。启动Multisim10.0后，出现如图3-4-1界面。

2、图3-4-1 主界面窗口 （1）菜单栏Multisim10.0的菜单包括主菜单、一级菜单和二级菜单，通过菜单可以对Multisim10.0的所有功能进行操作。如图3-4-2所示。图3-4-2 主菜单（2）工具栏Multisim10.0提供了多种工具栏，如系统工具栏、主工具栏、元件工具栏、仪表工具栏。 系统工具栏提供了文档常用的新建文件、打开文件、保存文件、打印、放大、缩小等操作。如图3-4-3所示。图3-4-3 系统工具栏 元件工具栏提供了从Multisim元件数据库中选择、放置元件到原理图中的按钮。如图3-4-4所示。从左到右元件库依次为电源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟元件库、T

3、TL库、CMOS库、其它数字元件库、数模混合元件库、指示器库、电源器件库、混合项元件库、高级的外设器件库、射频元件库、电气元件库、MCU器件库、设置层次库、放置总线库。图3-4-4 元件工具栏 Multisim 在仪器仪表栏下提供了21个常用仪器仪表，依次为Multimeter（万用表）、Distortion Analyzer（失真度仪）、Function Generator（函数发生器）、Wattmeter（瓦特表）、Oscilloscope（双通道示波器）、Frequency Counter（频率计数器）、Agilent信号发生器、Four Channel Oscilloscope（四通道

4、示波器）、Bode Plotter（波特图示仪）、IV Analyzer（IV特性分析仪）、Word Generator（字发生器）、Logic Converter（逻辑转换仪）、Logic Analyzer（逻辑分析仪）、Agilent Oscilloscope(Agilent示波器)、Agilent万用表、Spectrnm Analyzer（频谱分析仪）、Network Analyzer（网络分析仪）、Tektronix Oscilloscope (Tektronix示波器)、Current Probe（电流探针）、LabVIEW Instrument（LabVIEW仪器）、Measure

5、ment Probe（测量探针）。图3-4-5 仪表工具栏2原理图的设置（1）设置原理图绘制环境用户可以通过菜单OptionSheet Properties打开Properties对话窗口。用于设置与电路显示方式相关的选项。如图3-4-6所示。 Circuit选项Show栏目的显示控制如下：Labels 标签RefDes 元件序号Values 值Attributes 属性Symbol Pin names 管脚名字Footprint Pin numbers 管脚数目 Workspace 环境Sheet size栏目实现图纸大小和方向的设置；Zoom level栏目实现电路工作区显示比例的控制。

6、Wring 连线Wire width栏目设置连接线的线宽； Autowire栏目控制自动连线的方式。 Font 设置文字属性，如字体，字号等。PCB 电路板PCB选项选择与制作电路板相关的命令 。Visibility 可视选项图3-4-6 Properties对话窗 （2）元件取用选择元器件通过菜单PlacePlace Component 命令打开Select a Component窗口。如图3-4-7所示。在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件。常用元器件库有13个：信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL数字集

7、成电路库、CMOS数字集成电路库、其他数字器件库、混合器件库、指示器件库、其他器件库、射频器件库、机电器件库等。 图3-4-7 元件对话窗选中元器件鼠标点击元器件，可选中该元器件。如果所选中的元件类似于74LS00之类的复合封装的元件，在一个芯片中有多个相同的单元元件，程序会要求你指定所要用的单元电路，将会出现图3-4-8对话框。这时选择其中一项即可取出一个与非门。即可放在电路工作区中。图3-4-8 元件对话窗元器件操作在电路工作区中选中元器件，单击鼠标右键，在菜单中出现下列操作命令：Cut：剪切Copy：复制Delete：删除Flip Horizontal：选中元器件的水平翻转Flip Ve

8、rtical：选中元器件的垂直翻转90 Clockwise：选中元器件的顺时针旋转9090 CounterCW：选中元器件的逆时针旋转90Bus Vector Connect：总线矢量连接Replace by Subcircuit：重复放置子模块电路Replace Components：重复放置元件Edit Symbol：设置器件参数Change Color：改变颜色Font：字体设置Properties：编辑元件参数 图 3-4-9 选择元件操作命令窗口元件编辑元器件特性参数在电路工作区中双击该器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。元器件不同每个选项下将对应不

9、同的参数。例如：NPN三极管的选项为：Label 标识；Display显示；Value数值；Pins管脚。（3）绘制电路以单管放大电路为例，电路如图3-4-10所示。注意：图中的1，2，3，4，5等编号可以从Optionssheet propertiescircuit选项卡show all调试出来。 图 3-4-10 单管放大电路图 图 3-4-11单管放大电路仿真波形3原理图的仿真在仪表工具栏调出仿真仪表，设定参数，按下仿真运行按钮，开始仿真。设定待仿真电路如图3-4-10所示，选用的Tektronix示波器为仿真仪器，仿真后波形如图3-4-11所示，Tektronix示波器具体使用方法见数

10、字示波器应用章节。4Multisim10的基本分析方法在Multisim 软件中，常用的分析方法有下面几种形式：直流工作点分析（DC Operating Point Analysis ）、交流分析（AC Analysis）、瞬态分析（Transient Analysis）、傅立叶分析（Fourier Analysis）、失真分析（Distortion Analysis）、噪声分析（Noise Analysis）、直流扫描分析（DC Sweep Analysis）、参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis）等。（1）直流工作点分析直流工作点分析也称静态工作点分析，电路的直流

11、分析是在电路中电容开路、电感短路时，计算电路的直流工作点，即在恒定激励条件下求电路的稳态值。在电路工作时，无论是大信号还是小信号，都必须给半导体器件以正确的偏置，以便使其工作在所需的区域，这就是直流分析要解决的问题。了解电路的直流工作点，才能进一步分析电路在交流信号作用下电路能否正常工作。求解电路的直流工作点在电路分析过程中是至关重要的。以图3-4-10所示电路为例，执行菜单命令SimulateAnalysesDC Operating Point，则出现直流工作点分析对话框，如图3-4-12 A所示。弹出直流工作点分析对话框如图3-4-12 B所示。 图3-4-12 A 直流工作点分析 图3-

12、4-12 B直流工作点分析Output 选项 Output用于选定需要分析的节点。 左边Variables in circuit 栏内列出电路中各节点电压变量和流过电源的电流变量。右边Selected variables for analysis栏用于存放需要分析的节点。 具体做法是先在左边Variables in circuit 栏内中选中需要分析的变量（可以通过鼠标拖拉进行全选），再单击Add按钮，相应变量则会出现在Selected variables for analysis栏中。如果Selected variables for analysis栏中的某个变量不需要分析，则先选中它，然后

13、点击Remove按钮，该变量将会回到左边Variables in circuit 栏中。 Analysis Options 和Summary选项分析的参数设置和Summary页中排列了该分析所设置的所有参数和选项。用户通过检查可以确认这些参数的设置。 检查测试结果 点击3-4-12 B图下部Simulate按钮，测试结果如图3-4-12 C所示。测试结果给出电路各个节点的电压值。根据这些电压的大小，可以确定该电路的静态工作点是否合理。如果不合理，可以改变电路中的某个参数，利用这种方法，可以观察电路中某个元件参数的改变对电路直流工作点的影响。图3-4-12 C直流工作点分析（2）交流分析交流分析

14、是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。它计算电路的幅频特性和相频特性，是一种线性分析方法。 Multisim 10在进行交流频率分析时，首先分析电路的直流工作点，并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。在进行交流分析时，电路工作区中自行设置的输入信号将被忽略。也就是说，无论给电路的信号源设置的是三角波还是矩形波，进行交流分析时，都将自动设置为正弦波信号，分析电路随正弦信号频率变化的频率响应曲线。启动交流分析工具以图3-4-10所示电路为例，执行菜单命令SimulateAnalysesAC Analysis

15、，则出现交流分析对话框，如图3-4-13 A所示。 图3-4-13 A 交流分析 图3-4-13 B交流分析对话框中Frequency Parameters页的设置项目、单位以及默认值等内容见表3-4-1交流分析参数设置所示。表3-4-1交流分析参数设置项目默认值单位注释Start frequency（起始频率）1Hz交流分析时的起始频率，可选单位有：Hz、kHz、MHz、GHzStop frequency（终止频率）10GHz交流分析时的终止频率，可选单位有：Hz、kHz、MHz、GHzSweep type(扫描类型)Decade交流分析曲线的频率变化方式，可选项有：Decade、Liner

16、、OctaveNumber of points perdecade（扫描点数）10指的是起点到终点共有多少个频率点，对线性扫描该项才有效Vectical scale（垂直刻度）Logarithmic扫描时的垂直刻度，可选项有：Liner、Octave、decibel、Logarithmic检查测试结果电路的交流分析测试曲线如图3-4-13 B所示。测试结果给出电路的幅频特性曲线和相频特性曲线，幅频特性曲线显示了4号节点（电路输出端）的电压随频率变化的曲线，相频特性曲线显示了4号节点的相位随频率变化的曲线。由交流频率分析曲线可知，该电路大约在7Hz 24MHz范围内放大信号，放大倍数基本稳定，且

17、相位基本稳定。超出此范围，输出电压将会衰减，相位会改变。 (3) 瞬态分析瞬态分析是一种非线性时域分析方法，是在给定输入激励信号时，分析电路输出端的瞬态响应。Multisim在进行瞬态分析时，首先计算电路的初始状态，然后从初始时刻起，到某个给定的时间范围内，选择合理的时间步长，计算输出端在每个时间点的输出电压，输出电压由一个完整周期中的各个时间点的电压来决定。启动瞬态分析时，只要定义起始时间和终止时间，Multisim可以自动调节合理的时间步进值，以兼顾分析精度和计算时需要的时间，也可以自行定义时间步长，以满足一些特殊要求。启动瞬态分析工具以图3-4-10所示电路为例，执行菜单命令Simula

18、teAnalysesTransient Analysis，出现瞬态分析对话框，如图3-4-14 A所示。 图3-4-14 A瞬态分析 图3-4-14 B瞬态分析瞬态分析对话框中Analysis Parameters页的设置项目、单位以及默认值等内容见表3-4-2所示。 表3-4-2 瞬态分析参数设置选项框项目默认值单位注释Initialconditions（初始条件）Set to Zero （设为零）不选如果希望从零初始状态起，选择此项User-defined （用户自定义）不选如果希望从用户自己定义的初始状态起，则选择此项Calculate DC Operating point （ 计算静态

19、工作点）不选如果从静态工作点起始分析，则选择此项Automatically determine initialconditions （系统自动确定初始条件）选中Multisim以静态工作点作为分析初始条件，如果仿真失败，则使用用户定义的初始条件Parameters （参数）Start time（起始时间）0sec瞬态分析的起始时间必须大于或等于零，且应小于结束时间End time（终止时间）0001sec瞬态分析的终止时间必须大于起始时间Maximum time step settings（最大步进时间设置）选中如果选中该项，则可在以下三项中挑选一项Minimum number of time

20、 points（最小时间点数）100自起始时间至结束时间之间，模拟输出的点数Maximum time step（最大步进时间）1E-05s模拟时的最大步进时间Generate time steps automatically （自动产生步进时间）选中sMultisim 将选择模拟电路的最为合理及最大步进时间 检查分析结果放大电路的瞬态分析曲线如图3-4-14 B所示。分析曲线给出输入节点5和输出节点4的电压随时间变化的波形，纵轴坐标是电压，横轴是时间轴。从图中可以看出输出波形和输入波形的幅值相差不太大，这主要是因为该放大电路晶体管发射极接有反馈电阻，从而影响了电路的放大倍数。（4）傅立叶分析傅

21、立叶分析是一种分析复杂周期性信号的方法。它将非正弦周期信号分解为一系列正弦波、余弦波和直流分量之和。根据傅立叶级数的数学原理，周期函数f(t)可以写为傅立叶分析以图表或图形方式给出信号电压分量的幅值频谱和相位频谱。傅立叶分析同时也计算了信号的总谐波失真（THD），THD定义为信号的各次谐波幅度平方和的平方根再除以信号的基波幅度，并以百分数表示：（5）失真分析放大电路输出信号的失真通常是由电路增益的非线性与相位不一致造成的。增益的非线性将会产生谐波失真，相位的不一致将产生互调失真。Multisim失真分析通常用于分析那些采用瞬态分析不易察觉的微小失真。如果电路有一个交流信号，Multisim的失真分析将计算每点的二次和三次谐波的复变值；如果电路有两个不同频率的交流信号，设f1 f2，则该分析将寻找电路变量在这三个频率（f1f2），（f1f2），（2f1f2）的谐波失真。在Multisim中还有噪声分析、直流扫描分析、灵敏度分析、参数扫描分析、蒙特卡罗分析、极点零点分析等等，在此不详述。10