最详细最好的Multisim仿真教程.doc

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1、|第 13 章 Multisim 模拟电路仿真本章 Multisim10 电路仿真软件，讲解使用 Multisim 进行模拟电路仿真的基本方法。目录1. Multisim 软件入门2. 二极管电路 3. 基本放大电路4. 差分放大电路5. 负反馈放大电路 6. 集成运放信号运算和处理电路 7. 互补对称（OCL）功率放大电路 8. 信号产生和转换电路 9. 可调式三端集成直流稳压电源电路13.1 Multisim 用户界面及基本操作13.1.1 Multisim 用户界面在众多的 EDA 仿真软件中， Multisim 软件界面友好、功能强大、易学易用，受到电类设计开发人员的青睐。Multis

2、im 用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表，将元器件和仪器集合为一体，是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件。Multisim 来源于加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technologies，简称 IIT 公司）推出的以 Windows 为基础的仿真工具，原名 EWB。IIT 公司于 1988 年推出一个用于电子电路仿真和设计的 EDA 工具软件 Electronics Work Bench（电子工作台，简称 EWB） ，以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用而得到迅速推广使用。1996 年 IIT 推出了 EWB5.0 版本，在 EWB5.x 版本之后，从

3、EWB6.0 版本开始，IIT 对 EWB 进行了较大变动，名称改为 Multisim（多功能仿真软件） 。IIT 后被美国国家仪器（NI，National Instruments）公司收购，软件更名为 NI Multisim，Multisim经历了多个版本的升级，已经有 Multisim2001、 Multisim7、 Multisim8、Multisim9 、Multisim10 等版本，9 版本之后增加了单片机和 LabVIEW 虚拟仪器的仿真和应用。下面以 Multisim10 为例介绍其基本操作。图 13.1-1 是 Multisim10 的用户界面，包括菜单栏、标准工具栏、主工具栏

4、、虚拟仪器工具栏、元器件工具栏、仿真按钮、状态栏、电路图编辑区等组成部分。|图 13.1-1 Multisim10 用户界面菜单栏与 Windows 应用程序相似，如图 13.1-2 所示。图 13.1-2 Multisim 菜单栏其中，Options 菜单下的 Global Preferences 和 Sheet Properties 可进行个性化界面设置，Multisim10提供两套电气元器件符号标准：ANSI：美国国家标准学会，美国标准，默认为该标准，本章采用默认设置； DIN：德国国家标准学会，欧洲标准，与中国符号标准一致。工具栏是标准的 Windows 应用程序风格。标准工具栏：视图

5、工具栏：图 13.1-3 是主工具栏及按钮名称，图 13.1-4 是元器件工具栏及按钮名称，图 13.1-5 是虚拟仪器工具栏及仪器名称。|图 13.1-3 Multisim 主工具栏图 13.1-4 Multisim 元器件工具栏图 13.1-5 Multisim 虚拟仪器工具栏项目管理器位于 Multisim10 工作界面的左半部分，电路以分层的形式展示，主要用于层次电路的显示，3 个标签为：Hierarchy：对不同电路的分层显示，单击“新建”按钮将生成 Circuit2 电路；Visibility：设置是否显示电路的各种参数标识，如集成电路的引脚名；Project View：显示同一电

6、路的不同页。13.1.2 Multisim 仿真基本操作Multisim10 仿真的基本步骤为：1. 建立电路文件2. 放置元器件和仪表3. 元器件编辑4. 连线和进一步调整|5. 电路仿真6. 输出分析结果具体方式如下：1. 建立电路文件具体建立电路文件的方法有： 打开 Multisim10 时自动打开空白电路文件 Circuit1，保存时可以重新命名 菜单 File/New 工具栏 New 按钮 快捷键 Ctrl+N2. 放置元器件和仪表Multisim10 的元件数据库有：主元件库（Master Database） ，用户元件库（User Database） ，合作元件库（Corpora

7、te Database） ，后两个库由用户或合作人创建，新安装的 Multisim10 中这两个数据库是空的。放置元器件的方法有： 菜单 Place Component 元件工具栏：Place/Component 在绘图区右击，利用弹出菜单放置 快捷键 Ctrl+W放置仪表可以点击虚拟仪器工具栏相应按钮，或者使用菜单方式。以晶体管单管共射放大电路放置+12V 电源为例，点击元器件工具栏放置电源按钮（Place Source ） ，得到如图 13.1-6 所示界面。图 13.1-6 放置电源修改电压值为 12V，如图 13.1-7 所示。|图 13.1-7 修改电压源的电压值同理，放置接地端和电

8、阻，如图 13.1-8 所示。图 13.1-8 放置接地端（左图）和电阻（右图）图 13.1-9 为放置了元器件和仪器仪表的效果图，其中左下角是函数信号发生器，右上角是双通道示波器。图 13.1-9 放置元器件和仪器仪表|3. 元器件编辑（1）元器件参数设置双击元器件，弹出相关对话框，选项卡包括： Label：标签，Refdes 编号，由系统自动分配，可以修改，但须保证编号唯一性 Display：显示 Value：数值 Fault：故障设置，Leakage 漏电；Short 短路；Open 开路；None 无故障（默认） Pins：引脚，各引脚编号、类型、电气状态（2）元器件向导（Compon

9、ent Wizard）对特殊要求，可以用元器件向导编辑自己的元器件，一般是在已有元器件基础上进行编辑和修改。方法是：菜单 Tools/ Component Wizard，按照规定步骤编辑，用元器件向导编辑生成的元器件放置在User Database（用户数据库）中。4. 连线和进一步调整连线：（1）自动连线：单击起始引脚，鼠标指针变为“十”字形，移动鼠标至目标引脚或导线，单击，则连线完成，当导线连接后呈现丁字交叉时，系统自动在交叉点放节点（Junction） ；（2）手动连线：单击起始引脚，鼠标指针变为“十”字形后，在需要拐弯处单击，可以固定连线的拐弯点，从而设定连线路径；（3）关于交叉点，M

10、ultisim10 默认丁字交叉为导通，十字交叉为不导通，对于十字交叉而希望导通的情况，可以分段连线，即先连接起点到交叉点，然后连接交叉点到终点；也可以在已有连线上增加一个节点（Junction） ，从该节点引出新的连线，添加节点可以使用菜单 Place/Junction，或者使用快捷键Ctrl+J。进一步调整：（1）调整位置：单击选定元件，移动至合适位置；（2）改变标号：双击进入属性对话框更改；（3）显示节点编号以方便仿真结果输出：菜单 Options/Sheet Properties/Circuit/Net Names，选择 Show All；（4）导线和节点删除：右击/Delete，或者

11、点击选中，按键盘 Delete 键。图 13.1-10 是连线和调整后的电路图，图 13.1-11 是显示节点编号后的电路图。|图 13.1-10 连线和调整后的电路图（a）显示节点编号对话框 （b）显示节点编号后的电路图图 13.1-11 电路图的节点编号显示5. 电路仿真基本方法： 按下仿真开关，电路开始工作，Multisim 界面的状态栏右端出现仿真状态指示； 双击虚拟仪器，进行仪器设置，获得仿真结果图 13.1-12 是示波器界面，双击示波器，进行仪器设置，可以点击 Reverse 按钮将其背景反色，使用两个测量标尺，显示区给出对应时间及该时间的电压波形幅值，也可以用测量标尺测量信号周

12、期。|图 13.1-12 示波器界面（右图为点击 Reverse 按钮将背景反色）6. 输出分析结果使用菜单命令 Simulate/Analyses，以上述单管共射放大电路的静态工作点分析为例，步骤如下： 菜单 Simulate/Analyses/DC Operating Point 选择输出节点 1、4、5，点击 ADD、Simulate图 13.1-13 静态工作点分析 13.2 二极管及三极管电路13.2.1 二极管参数测试仿真实验半导体二极管是由 PN 结构成的一种非线性元件。典型的二极管伏安特性曲线可分为 4 个区：死区、正向导通区、反向截止区、反向击穿区，二极管具有单向导电性、稳压

13、特性，利用这些特性可以构成整流、限幅、钳位、稳压等功能电路。半导体二极管正向特性参数测试电路如图 13.2-1 所示。表 13.2-1 是正向测试的数据，从仿真数据可以看出：二极管电阻值 不是固定值，当二极管两端正向电压小，处于“死区” ，正向电阻很大、正dr|向电流很小，当二极管两端正向电压超过死区电压，正向电流急剧增加，正向电阻也迅速减小，处于“正向导通区” 。图 13.2-1 二极管正向特性测试电路表 13.2-1 二极管正向特性仿真测试数据Rw 10% 20% 30% 50% 70% 90%Vd/mV 299 496 544 583 613 660Id/mA 0.004 0.248 0

14、.684 1.529 2.860 7.286rd=Vd/Id（欧姆） 74750 2000 795 381 214 90.58半导体二极管反向特性参数测试电路如图 13.2-2 所示。图 13.2-2 二极管反向特性测试电路表 13.2-2 是反向测试的数据，从仿真数据可以看出：二极管反向电阻较大，而正向电阻小，故具有单向特性。反向电压超过一定数值（V BR） ，进入“反向击穿区 ”，反向电压的微小增大会导致反向电流急剧增加。表 13.2-2 二极管反向特性仿真测试数据Rw 10% 30% 50% 80% 90% 100%Vd/mV 10000 30000 49993 79982 80180

15、80327Id/mA 0 0.004 0.007 0.043 35 197rd=Vd/Id（欧姆） 7.5E6 7.1E6 1.8E6 2290.9 407.8|13.2.2 二极管电路分析仿真实验二极管是非线性器件，引入线性电路模型可使分析更简单。有两种线性模型：（1）大信号状态下的理想二极管模型，理想二极管相当于一个理想开关；（2）正向压降与外加电压相比不可忽略，且正向电阻与外接电阻相比可以忽略时的恒压源模型，即一个恒压源与一个理想二极管串联。图 13.2-3 是二极管实验电路，由图中的电压表可以读出：二极管导通电压 Von = 0.617V; 输出电压Vo = -2.617V。图 13.

16、2-3 二极管实验电路（二极管为 IN4148）利用二极管的单向导电性、正向导通后其压降基本恒定的特性，可实现对输入信号的限幅，图 13.2-4（a）是二极管双向限幅实验电路。V1 和 V2 是两个电压源，根据电路图，上限幅值为：V1+Von，下限幅值为：V2Von。在 Vi 的正半周，当输入信号幅值小于（ V1+Von）时，D1、D2均截止，故 Vo = Vi；当 Vi 大于（ V1+Von）时，D1 导通、D2 截止，Vo = V1+Von4.65V；在 Vi 的负半周，当|Vi| （V2+Von ）时，D2 导通、D1 截止，Vo = -（V2+Von） -2.65V。图 13.2-4（b）是二极管双向限幅实验电路的仿真结果，输出电压波形与理论分析基本一致。（a ）二极管双向限幅仿真电路 （b）输出电压波形图 13.2-4 二极管双向限幅实验电路