學習情境三：Multisim中儀器儀表的使用

子學習情境3.1：

常用虛擬儀表的使用

電工電子技術

EDA

工程一：電壓表、電流表的使用；工程二：數字萬用表的使用；工程三：函數信號發生器的使用；工程四：功率表的使用。工程一：電壓表、電流表的使用；在指示器件庫〔Indicators〕中供給有電壓表〔Voltmeter〕和電流表〔Ammeter〕，如以下圖，雙擊電壓表或電流表。虛擬電壓表和電流表，它們可通過旋轉轉變引出線的方向，如以下圖。虛擬電壓表和電流表示一種交直流兩用數字表，在轉換直流與溝通測量方式時，可雙擊電壓表圖標，在彈出的對話框中Value選項Mode下，選擇直流〔DC)或溝通〔AC〕。當設置為溝通模式時，顯示的是溝通電壓的有效值。一、電壓表的圖標電壓表用于測量電路兩點的溝通或直流電壓，當測量直流電壓時，電壓表兩個接線端有正負之分，使用時按電路的正負極性對應相接，否則讀數將為負值。二、電壓的設置〔1〕Label標號標簽〔2〕Display顯示標簽〔3〕Value標稱值標簽Resistance欄用于設置內阻，一般為提高測量精度，電壓表的內阻要設置大一些，電流表的內阻要設置小一些；Mode下拉列表框用于選擇溝通〔AC〕、直流〔DC〕工作方式。〔4〕Fault故障標簽三、電壓表的連接兩個接線端使用時要與被測電路并聯連接，并留意按電路的正負極性對應相接。電壓探測器、燈泡、條形光柱的使用電壓探測器相當于一個發光二極管，但它是一個單端元件，當其端電壓大于設定值時，探測器被點亮。燈泡的額定電壓對溝通信號而言是指其最大值，當加在燈泡兩端的電壓在額定電壓的50%～100%時，燈泡一邊亮；當在額定電壓的100%～150%時，燈泡兩邊亮；當大于額定電壓的150%時，燈泡被燒毀。對于直流而言，燈泡發出穩定的燈光；對于溝通而言，燈泡將一閃一閃地發光。條形光柱類似于幾個LED發光二極管的串聯，當電壓超過某個電壓值時，相應的LED之下的數個LED全部點亮，它可以指示當前的電平狀態。數碼管的使用七段數碼管的每一段與引腳之間有唯一的對應關系，在某一引腳上加高電平，其對應的數碼段就發光顯示，假設要用七段數碼管顯示十進制數，需加上一個譯碼電路。帶譯碼的8421數碼管有4個引腳線，從左到右分別對應4位二進制數的高位至低位，可顯示0～F之間的16個數。一、電流表的圖標二、電流表的使用〔1〕Label標號標簽〔2〕Value標稱值標簽〔3〕對話框中的另外兩個標簽三、電流表的連接一、數字萬用表圖標和面板數字萬用外表板上有一個數字顯示窗口，可顯示5位數字。面板中有7個按鈕，分別為電流、電壓、電阻、電平、溝通、直流、設置，依據萬用表測量信號的需要可進展相應的轉換。工程二：數字萬用表的使用；二、數字萬用表的內部參數設置按面板圖中的Set〔設置〕按鈕時，會彈出以以下圖所示的一個對話框，可進展萬用表的內部參數設置。可設置數字萬用表的內部參數：電流表內阻、電壓表內阻、歐姆表內阻。Ammeterresistance(R)：設置電流擋的內阻(越小越好)，其大小影響電流的測量精度；Voltmeterresistance(R)：設置電壓擋的內阻(越大越好)

，其大小影響電壓的測量精度；Ohmmetercurrent(I)：設置用歐姆擋測量時，流過歐姆表的電流值(越小越好)

。三、數字萬用表的使用方法1、數字萬用表測量交、直流電壓〔并聯〕2、數字萬用表測量交、直流電流〔串聯〕3、數字萬用表測量電阻〔并聯〕為測量準確，應留意做到以下幾點：〔1〕被測對象是一個不含源的器件或器件網絡；〔2〕電路中必需有一個接地點，否則無法測出電阻阻值；〔3〕數字萬用表要設置為直流工作方式，即測量的電路中不能存在交直流信號源，否則測量結果不準確；〔4〕保證沒有與器件或器件網絡相并聯的其他電路。〔5)萬用表電阻擋無法推斷二極管、三極管的好壞。4、用數字萬用表測量電平例：用數字萬用表電壓擋測量如以下圖電路得分壓值。

解：由于R1=R2=10kΩ，所以理論R2的上分壓值應為6.000V。當電壓擋的內阻用其默認值1GΩ時，測的電壓為6.000V，與理論相符；假設將內阻設置為1MΩ時，測的電壓為5.970V。可見，電壓擋的內阻對電壓的測量結果有影響。由于數字萬用表測量的是有效值，而溝通電壓源的電壓為最大值，兩者之間為0.707倍的關系，所以測出的輸入溝通電壓為14.142V，測出的輸出直流電壓為18.722V。工程三：函數信號發生器的使用；一、函數信號發生器的圖標及面板如以下圖為函數信號發生器的圖標和面板，它主要用來產生正弦波、方波和三角波信號。對于三角波和方波可以設置其占空比〔Dutycycle〕的大小，還可以將正弦波、方波和三角波信號疊加到設置的電壓偏置〔Offset〕上。二、面板操作在進展電路模擬仿真的同時可以同步進展調整信號發生器的有關參數，直接觀看輸出數據波形的變化現象，這些信號的頻率調整范圍很寬，可從音頻調到射頻。函數信號發生器的輸出信號參數范圍如表所示。三、連接★單極性連接方式〔一般用于一般電路〕〔1〕連接＋和Common端子，輸出信號為正極性信號，峰—峰值等于2倍幅值。〔2〕連接Common和－端子，輸出信號為負極性信號，峰—峰值等于2倍幅值。★雙極性連接方式〔一般用于信號發生器與差分電路相連，如差動放大器、運算放大器等。〕〔1〕連接＋和－端子，輸出信號峰—峰值等于4倍幅值。〔2〕同時連接＋、Common和－端子，且把Common端子與公共地符號相連，則輸出兩個幅度相等、極性相反的信號。應用舉例以以下圖所示為函數信號發生器的兩種連接方式，兩個信號發生器的參數設置一樣，均為輸出頻率1kHz，幅度2V的正弦波，它們分別接到示波器的A、B通道，示波器的兩通道參數設置也一樣，從輸出波形看，雙極性連接方式輸出信號的幅度為單極性連接方式輸出信號幅度的2倍。工程四：功率表的使用。功率計用于測量電路中的平均功率和功率因子，在進展電路連接時，標V兩個端子為電壓輸入端口，與測試電路并聯；標I的兩個端子為電流輸入端口，與測試電路串聯。

如以下圖為純電阻負載和感性負載電路的平均功率和功率因數的測試，其中電壓源輸出為峰值電壓。從圖中可得知純電阻負載電路的功率為99.998W，功率因子為1；感性負載電路的功率為71.729W，功率因子為0.847。〔功率因子——這個數值通常介于0與1之間，而且其數值確定不能大于1，它是W(實功率)與VA(虛功率)值之間的比數，而比數的高與低，比數越高則電器本身的效能越好，反之比數越低，則表示電器本身所消耗的能源越大，也就越耗電。〕教科書105頁5—4、5—7課后作業工程一：示波器的屬性設置及使用方法；工程二：掃頻儀的屬性設置及使用方法；工程三：字信號發生器的屬性設置及使用方法；工程四：規律的屬性設置及使用方法。工程一：示波器的屬性設置及使用方法；示波器〔Oscilloscope〕是電子測量中使用最為頻繁的重要儀器之一，可用來觀測信號的波形并可測量測量信號的幅度、頻率、周期和相位差等參數。Multisim2023供給了數字式存儲示波器，借助它用戶可以看到通常在試驗室無法看到的瞬間變化的波形，并加以存儲保存。示波器的圖標和面板如以下圖。。

一、連接A通道接線端和B通道接線端分別與電路的測試節點相連接，G接地端與電路的地相接，但當電路中已有接地符號，也可不接。

二、面板操作1、Timebase區：用來設置X軸方向時間基線掃描時間。2、ChannelA區：用來設置Y軸方向A通道輸入信號的標度。3、ChannelB區：用來設置Y軸方向B通道輸入信號的標度。4、Trigger區：用來設置示波器觸發方式。5、波形顯示區：用來顯示被測試波形。6、測量數據的顯示區：用來顯示讀數指針測量的數據。輸入耦合方式中有三種，“AC”表示溝通耦合；“0”表示接地，可用于確定零電平在屏幕上的基準位置；“DC”表示直流耦合。其中B通道中的按鈕在單獨使用時，顯示B通道的反相波形，假設與時基調整中的Add一起使用，則顯示A、B通道A-B迭加波形。三、觸發方式設置示波器的觸發方式設置面板如以下圖，其中：Edge用于選擇上升沿觸發或下降沿觸發。Level用于選擇觸發電平的大小。觸發方式有六種選擇，一般狀況下使用“Auto”方式。工程二：掃頻儀的屬性設置及使用方法；掃頻儀又稱為波特圖示儀(BodePlotter),是用來分析電路的頻率響應，可以測試電路的幅頻特性和相頻特性，與試驗室中的掃頻儀相像。使用時，必需在電路的輸入端接入AC〔溝通〕信號源但對其頻率的設定并無特殊的要求。一、連接電路波特圖示儀有IN和OUT兩個端口，IN端口的+端連接電路輸入端，OUT端口的+端連接電路輸出端，而-極與模擬地相連。二、面板操作：波特圖示儀測量幅頻特性和相頻特性時，單擊【Magnitude】按鈕顯示幅頻特性曲線；單擊【Phase】按鈕顯示相頻特性曲線；單擊【Save】按鈕保存測量結果；單擊【Set】按鈕設置掃描的區分率，數值越大精度越高。Vertical〔垂直坐標〕和Horizontal〔水平坐標〕可以選擇的類型有Log〔對數〕和Lin〔線性〕，I和F分別是用來設置坐標起點值和坐標終點值。水平坐標表示測量信號的頻率，垂直坐標表示測量信號的增益或者相位。應用舉例以以下圖所示為一個RC低通濾波器，觀測－3dB帶寬。⑴搭接電路。由于波特圖示儀在測量時必需在輸入端外加一個溝通電壓源的鼓舞信號，故電路中參與了一個溝通電壓源。⑵翻開仿真開關，觀看電路的頻率特性曲線，拖動讀數指針至－3dB處。⑶從面板中讀出當前值為：增益為-2.992dB，頻率為158.489Hz，即其帶寬約為158Hz。爭論現實示波器與虛擬示波器的區分。課后作業問題:做一個倒計時器，顯示屏承受七段數碼顯示管。如何使七段數碼顯示管輸出字信號9～0？工程三：字信號發生器的屬性設置及使用方法；一、字信號發生器圖標和面板字信號發生器(WordGenerator)是一種能夠產生32路同步規律信號的儀器。可以用來對數字規律電路進展測試，實際上是一個數字鼓舞源編輯器，其圖標和面板圖如以下圖。二、設置字信號地址面板圖中的Address區用于設置字信號地址，如以下圖，其中：Edit欄顯示當前編輯的字信號地址。Current欄顯示當前輸出的字信號地址。Initial欄和Final欄分別用于設定輸出字信號的首地址和末地址。字信號的輸出方式分為3種：●Step表示單步輸出；●Burst表示字信號是從首地址開頭至末地址連續逐條單循環的輸出字信號；●Cycle表示循環不斷進展Burst方式的字信號輸出。在Burst和Cycle狀態下可設置中斷點，通過光標選中某一地址的字信號后，單擊Breakpoint實現，設置為中斷點的字信號在顯示區中以*號顯示，當運行至該地址時輸出暫停，單擊Burst或Cycle則恢復輸出。字信號的輸出方式三、字信號輸出方式設置◆Clearbuffer復選框：用于設置是否去除字信號編輯區的內容；◆Open復選框：用于翻開存有字信號內容的字信號文件，其擴展名為.dp；◆Save復選框：用于保存字信號的內容，其文件的擴展名為.dp；模式設置對話框◆

UpCounter復選框：設置輸出遞增編碼的字信號；◆

DownCounter復選框：設置輸出遞減編碼的字信號；◆ShiftRight復選框：設置輸出右移編碼字信號；◆ShiftLeft復選框：設置輸出左移編碼字信號。字信號發生器有兩種觸發方式有兩種觸發方式：Internal〔內部〕和Externa1〔外部〕。中選擇內部觸發方式時，字信號的輸出直承受輸出方式按鈕〔Step、Burst、Cyc1e〕把握。中選擇外部觸發方式時，必需接入外觸發脈沖信號，而且要定義“上升沿”或“下降沿”觸發，然后單擊輸出方式按鈕，待觸發脈沖到時才啟動輸出。四、觸發方式及輸出頻率的設置Frequency區用于設置字信號輸出頻率，在Burst和Cycle狀態下的輸出快慢由設定的輸出頻率準備。為了保持同步，往往用DataReady端〔數據預備就緒〕指示。當進展字信號編輯時，在顯示區中用鼠標選擇編輯位置，當前編輯的地址可以在Address區的Edit欄中看出，然后在字信號模型編輯區的Hex欄中以16進制數輸入數據，或者ASCII欄以ASCII碼輸入數據，或者在Binary欄以二進制數輸入數據，顯示區中相應位置顯示已設定的字信號模型。字信號模型編輯區五、字信號的編輯

設置字信號發生器，使之從地址0020～0029循環輸出字信號0001～000A。應用舉例在與非門組成的規律電路中，如何驗證電路輸入端和輸出端之間的規律關系是否正確？問題：工程四：規律的屬性設置及使用方法。規律(LogicAnalyzer)可以同時觀看多路規律信號波形，適用于規律信號高速采集和準確的時序分析，是分析和設計大規模數字系統的有力工具。系統供給的可以同步記錄和顯示16路規律信號，其圖標和面板圖如以下圖。為區分各路的波形，一般將輸入的連接導線設置為不同的顏色。面板下邊的Clocks/Div欄〔時基〕在顯示屏上單位水平刻度顯示的時鐘脈沖數。當波形密集時，可將時基設置小一點。拖動讀數指針可以讀取數據，面板下部的兩個方框內顯示指針處的時間讀數和規律讀數〔16進制數〕。一、面板輸入端和規律波形顯示二、時鐘把握設置單擊面板下部Clock區的【Set】按鈕，可以對波形采集的把握時鐘進展設置。時鐘源選擇Internal，必需在內部時鐘頻率欄內輸入相應頻率。Clockqualifier〔時鐘觸發電平把握〕的設置準備時鐘把握輸入端對時鐘的把握方式，選中外部時鐘〔External〕時才起作用。Clockqualifier〔時鐘觸發電平把握〕設置為1(或0)，表示只有在時鐘把握輸入端輸入1(或0)時，規律才可以進展波形采集；假設設置為X，表示時鐘總是開放，不受時鐘把握輸入端限制。單擊Trigger區的【Set】按鈕可以進展觸發模式設置。觸發時鐘沿有上升沿、下降沿和任意邊沿三種選擇選擇。TriggerQualifier(觸發電平限制)對觸發有把握作用，假設該位設置為“X”，則觸發把握端不起作用；假設該位設置為0(或1)，則僅當觸發把握端輸入信號為0(或1)時，觸發字才起作用。

三、觸發模式設置

觸發模型有A、B、C三個觸發字模型和觸發組合，每個觸發字有16位，觸發字的某一位設置為“X”時表示該位為“任意”(0或1)，三個觸發字的默認值均為“XXXXXXXXXXXXXXXX”，即表示只要第一個輸入規律信號到達，規律均被觸發開頭波形采集。觸發組合模型是對三個觸發字進展規律組合，共有21種組合供選擇。當全部工程選定之后，單擊[Accept]按鈕確認選擇。應用舉例用規律觀看字信號發生器產生的時序規律信號。按圖所示將字信號發生器的輸出信號由低位至高位與規律的輸入端對應連接。設置字信號發生器頻率為1kHz，字信號輸出范圍為0000～000F。規律ClockSource區選取Internal，設置成由內部取得時鐘脈沖，設置ClockRata為1kHz〔即Clock的周期為1ms〕，運行仿真開關。從圖可以看出：一個測試周期內有8個單位水平格，Clock/Div設置為2，說明每個水平格為2個時鐘脈沖〔Clock〕周期，共為16次Clock脈沖觸發。讀數指針T1為初始時刻0.0s，讀數指針T2位終止時刻16.0ms，T1－T2為兩讀數指針之間的時間差，為16.0ms。時序關系按0000→0001→0010→0011→0100→0101→…→000E→000F，即為16進制關系。工程一：規律轉換儀的屬性設置及使用方法；工程二：失真度的屬性設置及使用方法；工程三：頻譜的的屬性設置及使用方法；

工程四：網絡的的屬性設置及使用方法。如何快速完成規律表達式、真值表、規律電路三者之間的相互轉換？提問：工程一：規律轉換儀的屬性設置及使用方法；規律轉換儀〔LogicConverter〕是Multisim軟件中特有的虛擬儀器，實際工作中不存在與之對應的設備。它能完成規律表達式、真值表和規律電路三者之間的相互轉換，為規律電路的設計與仿真帶來了便利。一、從規律電路導出真值表由電路轉換為真值表的方法：首先畫出規律電路圖，將其輸入端接至規律轉換儀的輸入端，輸出端接至規律轉換儀的輸出端。然后按下“電路→真值表”按鈕，在真值表區就會消逝該電路的真值表。二、從真值表導出規律表達式由真值表轉化為規律表達式：首先依據輸入信號的個數用鼠標點擊規律轉換儀頂部代表輸入端的小圓圈〔由A至H〕，選定輸入信號，此時在真值表區將自動消逝輸入變量的全部組合，而右面的輸出列的初始值全部為“？”。然后依據所要求的規律關系確定真值表的輸出值〔0、1或X〕，方法是用鼠標屢次點擊真值表輸出列中的輸出值。最終點擊“真值表→表達式”按鈕，這時在面板底部規律表達式欄會消逝相應的規律表達式。假設要得到簡化的規律表達式，點擊“真值表→簡化表達式”按鈕即可。留意表達式中用“’”表示規律變量的“非”運算。三、其它轉換可以直接在規律表達式欄中輸入表達式〔“與-或”式、“或-與”式均可〕，然后按下“表達式→真值表”按鈕可得到相應的真值表；按下“表達式→電路”按鈕可得到相應的規律電路；按下“表達式→與非電路”按鈕可得到由與非門構成的電路。DIY功放，設置放大電路參數時，如何盡量減小失真狀況發生？提問：工程二：失真度的屬性設置及使用方法；失真〔DistortionAnalyzer〕是測量電路輸出失真狀況的儀器，常用于音頻設備的測試，如：音頻功放、音頻信號發生器等。圖標上僅有一個端子〔Input〕用來連接電路的輸出信號。應用舉例共射放大電路的失真度測試電路。

該電路為音頻放大電路，測試的頻率范圍設置為20Hz～20KHz，基頻為電路輸入的信號頻率1KHz。調整電位器Rp的阻值〔通過按鍵a和A進展調整〕，轉變輸入信號的幅度大小，可以看出輸入信號增大，失真度也越來越大，說明失真狀況更加嚴峻。工程三：頻譜的的屬性設置及使用方法；頻譜(SpectrumAnalyzer)用于測量電路中信號幅度與頻率的關系，即進展頻域分析。它可以便利地爭論信號的頻率構造及范圍，是通信及信號系統的重要器。頻譜的圖標上有兩個端子，IN是輸入端子，用來連接電路的輸出信號，T是外觸發信號輸入端。依據信號的頻率范圍不同，頻譜供給了3種測量模式，分別對應于儀器面板上的[Setspan]、[ZeroSpan]和[FullSpan]按鈕。(1)Setspan模式。該模