Multisim10仿真软件简介与使用.pdf

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1、模拟电路实验指导书Multisim10Multisim10 仿真软件简介与使用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电脑仿真设计软件，被誉为“电脑里的电子实验室” 。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

2、动 Multisim10.0 后，出现如图 3-4-1 界面。仿真电源开关菜单栏工具栏仪器仪表栏元器件栏状态栏电路工作区图 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

3、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、TTL 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。1模拟电路实验指导书图 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 、Oscillosc

4、ope双通道示波器 、Frequency Counter 频率计数器 、Agilent 信号发生器、 FourChannel Oscilloscope四通道示波器 、Bode Plotter波特图示仪 、IV AnalyzerIV 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

5、 (Tektronix示波器)、Current Probe电流探针 、LabVIEW Instrument LabVIEW 仪器 、Measurement 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 Circuit 选项选项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Foot

6、print 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； Zoomlevel 栏目实现电路工作区显示比例的控制。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 可视选项选中此项 ，显示电路连接网络标号图 3-4-6Properties 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

7、。 如图 3-4-7 所示。2模拟电路实验指导书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。底色为墨绿颜色的是虚拟器件库1.点击此处，在器件库类型中选择元件库3.选中需要的元件名称5.点击OK确认4.观察元件符号 /名称/封装2.选中所需元件库类型图 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

8、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，在菜单中出现以下操作命令：3模拟电路实验指导书Cut：剪切Copy：复制Delete：删除Flip Horizontal：选中元器件的水平翻转Flip Vertical：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 Conne

9、ct：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。

10、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。XSC1XSC1TektronixPG1234TR3R32 2V1V112 V12 VC2C210uF10uF4 42N2222A2N2222A7 7R5R5100100R2R22k2k0 01M1M65%65%R1R1Key=AKey=A6 62k2k 1 110uF10uFC1C1R6R682k82k3 3Q1Q15 5V2V250mVpk50mVpk1kHz1kHz00 4模拟电路实验指导书图 3-4-10单管放大电路图图 3-4-11 单管放

11、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 OperatingPoint 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

12、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

13、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。5模拟电路实验指导书导入待分析的节点点击仿真图 3-4-12 A直流工作点分析图 3-4-12 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Variable

14、s 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。6模拟电路实验指导书 检查测试结果点击 3-4

15、-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

16、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，则出现交流分析对话框，如图 3-4-13 A所示。7模拟电路实验指导书图 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

17、3-4-1 交流分析参数设置项目Start frequency起始频率Stop frequency终止频率Sweep type(扫描类型)Number of points perdecade扫描点数Vectical scale垂直刻度默认值110Decade10Logarithmic单位HzGHz注释交流分析时的起始频率，可选单位有：Hz、kHz、MHz、GHz交流分析时的终止频率，可选单位有：Hz、kHz、MHz、GHz交流分析曲线的频率变化方式，可选项有：Decade、Liner、Octave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扫描时的垂直刻度，可选项有： Liner、O

18、ctave、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

19、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 SimulateAnalysesTransient Analysis，出8模拟电路实验指导书现瞬态分析对话框，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 Pa

20、rameters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如果希望从零初始状态起，选择此项如果希望从用户自己定义的初始状态起，则选择此项如果从静态工作点起始分析，则选择此项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Set to Zero不选设为零InitialconditionsUser-defined不选用户自定义Calculate DC不选Operating point初始条件 计算静态工作点Automaticallydetermineinitialconditions系统自动

21、确定初始选中9模拟电路实验指导书条件Start time 起始时间0secsec瞬态分析的起始时间必须大于或等于零，且应小于结束时间瞬态分析的终止时间必须大于起始时间如果选中该项，则可在以下三项中挑选一项自起始时间至结束时间之间，模拟输出的点数模拟时的最大步进时间Multisim 将选择模拟电路的最为合理及最大步进时间End time终止时间 0001Maximum time stepsettings最大步进时间设置Minimum number oftime points 最小时间点数Maximum time step最大步进时间Generate time stepsautomatically

22、 自动产生步进时间选中Parameters参数1001E-05选中ss 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f (t) A0 A1cost A2cos 2t B1sint B2sin 2t

23、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：THD i2U /U1100 %2i125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觉察的微小失真。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