第一章

MULTISIM14.0仿真軟件目錄0102Multisim14.0概述Multisim14.0的安裝及工作環(huán)境

MULTISIM14.0概述Multisim14.0是美國國家儀器(NationalInstruments，簡稱NI)最新推出的用于電路設(shè)計(jì)和電子教學(xué)仿真的專用版本。特點(diǎn)：使用LabVIEW和Multisim實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和模擬電路的聯(lián)合仿真；可以使用Multisim片段（Snippets）分享電路文件；新增Xilinx工具支持；全新的數(shù)據(jù)庫改進(jìn)；新增了超過2000個(gè)來自于亞諾德半導(dǎo)體、美國國家半導(dǎo)體、NXP和飛利浦等半導(dǎo)體廠商的全新數(shù)據(jù)庫元件；超過90個(gè)全新的引腳精確的連接器使得NI硬件的自定制附件設(shè)計(jì)更加容易，全新的數(shù)字信號分析儀等。MULTISIM14.0基本功能在EDA工具軟件中，Multisim的功能尤為強(qiáng)大，可同時(shí)完成以下基本功能。1）電子電路仿真。2）印制電路版設(shè)計(jì)。3）可編程邏輯器件開發(fā)等工作。作為Windows下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，Multisim是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，用戶可以十分方便地進(jìn)行各類電子電路設(shè)計(jì)與仿真，在電子類課程教與學(xué)和電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)中的有著強(qiáng)勁的需求和廣闊的應(yīng)用前景。MULTISIM14.0的安裝安裝Multisim14.0所需的配置如下：1）操作系統(tǒng)：支持的操作系統(tǒng)有WindowsXP（32位版本）、WindowsVista（32位或64位版本）、Windows7（32位或64位版本）、WindowsServer2003R2（32位）或2008R2（64位）版本。不支持WindowsNT/Me/98/95/2000、WindowsXP（64位版本）或WindowsServer非R2版本。2）CPU：Pentium4系列微處理器或同等性能的微處理器（最低要求為PentiumIII）。3）內(nèi)存：512MB（最低要求為256MB）。4）顯示器分辨率：1024×768像素或更高（最低要求800×600）。5）硬盤：1.5GB可用空間（最小可用空間不得小于1.0GB）。

安裝過程見本書第1章

MULTISIM14.0的工作環(huán)境在完成Multisim14.0的安裝之后，便可以打開一個(gè)Multisim源文件進(jìn)行所需要的電路仿真、電路分析和綜合等內(nèi)容，其工作環(huán)境（主窗口）如圖1-20所示。由圖1-20可知，Multisim14.0和Windows的操作界面極其類似，與EWB、Multisim2001、Multisim12.0等之前的版本一樣具有操作極其方便、易于使用的特點(diǎn)。Multiuse14.0的基本界面在Windows窗口的“開始”→“所有程序”→“NationalInstruments”→“CircuitDesignSuite14.0”下可以找到已經(jīng)安裝的電路仿真軟件Multisim14.0和PCB板制作軟件Ultiboard14.0。選擇Multisim14.0打開以后，其基本界面如圖1-20所示。第2章

MULTISIM14.0的用戶界面與基本操作目錄0102Multisim14.0的基本操作界面Multisim14.0電路初步設(shè)計(jì)及操作MULTISIM14.0的基本操作MULTISIM14.0的基本操作Multisim14.0的菜單欄

Multisim14.0的菜單欄如圖2所示,它的順序從左到右分別為：文件、編輯、視圖、放置、微控制器、仿真、轉(zhuǎn)換、工具、報(bào)告、選項(xiàng)、窗口、幫助。

圖2Multisim14.0的菜單欄

MULTISIM14.0的基本操作Multisim14.0的工具欄1）標(biāo)準(zhǔn)工具欄

標(biāo)準(zhǔn)工具欄如圖3所示，主要提供一些常用的文件操作功能，按鈕從左到右的功能分別為：新建文件、打開文件、打開設(shè)計(jì)實(shí)例、文件保存、打印電路、打印預(yù)覽、剪切、復(fù)制、粘貼、撤銷和恢復(fù)。

圖3Multisim14.0的標(biāo)準(zhǔn)工具欄

MULTISIM14.0的基本操作2）視圖工具欄

視圖工具欄如圖4所示，其中按鈕從左到右的功能分別為：全屏顯示、放大、縮小、對指定區(qū)域進(jìn)行放大和在工作空間一次顯示整個(gè)電路。

圖4Multisim14.0的視圖工具欄

MULTISIM14.0的基本操作3）主工具欄

主工具欄如圖5所示，該工具欄中的按鈕從左到右分別為：顯示或隱藏設(shè)計(jì)工具欄；顯示或隱藏電子表格視窗；顯示或隱藏SPICE網(wǎng)表視窗；圖形和仿真列表；對仿真結(jié)果進(jìn)行后處理；切換到總電路；打開創(chuàng)建新元件向?qū)В淮蜷_數(shù)據(jù)庫管理窗口；使用中元件列表；ERC電路規(guī)則檢測；將Ultiboard14.0電路的改變反標(biāo)到Multisim14.0電路文件中；將Multisim14.0電路的改變反標(biāo)到Ultiboard12文件中；查找實(shí)例；幫助。

圖5Multisim14.0的主工具欄

MULTISIM14.0的基本操作4）仿真開關(guān)

如圖6，左邊的開關(guān)為仿真啟動(dòng)/停止開關(guān)，開關(guān)撥向左邊停止仿真，撥向右邊啟動(dòng)仿真；右邊開關(guān)為暫停開關(guān)。

圖6Multisim14.0的仿真開關(guān)

MULTISIM14.0的基本操作5）元件工具欄

如圖7，元件工具欄從左到右的模塊分別為：電源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、TTL器件庫、CMOS器件庫、其他數(shù)字元件庫、混合元件庫、顯示元件庫、功率元件庫、其他元件庫、高級外圍元件庫、RF射頻元件庫、機(jī)電類元件庫、NI元件庫、連接元件庫、微處理器模塊、層次化模塊和總線模塊

圖7Multisim14.0的元件工具欄

MULTISIM14.0的基本操作6）儀器工具欄

如圖8，儀器工具欄從左到右分別為：數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計(jì)、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、伏安特性分析儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、安捷倫函數(shù)發(fā)生器、安捷倫萬用表、安捷倫示波器、泰克示波器、測量探針、LabVIEW虛擬儀器、NIELVIS儀器工具、電流探針。

圖8Multisim14.0的儀器工具欄

MULTISIM14.0電路建立過程實(shí)例：電阻串聯(lián)分壓電路1）選取元件。

一個(gè)12V電源，一個(gè)參考接地點(diǎn)，以及一個(gè)20kΩ電阻和一個(gè)30kΩ電阻。為建立該實(shí)驗(yàn)仿真電路，單擊菜單欄中的Place\Component，彈出如圖所示的對話框。

MULTISIM14.0電路建立過程此對話框中包含Group下拉列表框，如圖10所示。Group為某一元器件庫中的各種不同族元件的集合。選取一個(gè)12V電源，一個(gè)參考接地點(diǎn)，以及一個(gè)20kΩ電阻和一個(gè)30kΩ電阻。為建立該實(shí)驗(yàn)仿真電路，單擊菜單欄中的Place\Component，彈出如圖9所示的對話框。

圖10Group下拉列表框

MULTISIM14.0電路建立過程2）連接元件之間的導(dǎo)線

待所有的元器件都已經(jīng)放置于工作電路區(qū)后，開始連接導(dǎo)線。將鼠標(biāo)移動(dòng)到所要連接的器件的某個(gè)引腳上，鼠標(biāo)指針會(huì)變成中間有實(shí)心黑點(diǎn)的十字型。單擊左鍵后，再次移動(dòng)鼠標(biāo)，就會(huì)拖動(dòng)出一條黑實(shí)線。將此黑實(shí)線移動(dòng)到所要連接的其他元件的引腳時(shí)，再次單擊鼠標(biāo)，這時(shí)就會(huì)將兩個(gè)元器件的引腳連接起來。連接好的電路如圖11所示。

圖11電阻串聯(lián)分壓電路

MULTISIM14.0電路建立過程3）分析仿真電路

單擊Simulate\Run開始仿真，結(jié)果如圖12所示。

圖12萬用表面板

MULTISIM14.0電路建立過程4）保存電路

創(chuàng)建電路、編輯電路、仿真分析等工作完成后，可以將電路文件存盤。存盤的方法與其他Windows應(yīng)用軟件一樣，第一次保存新創(chuàng)建的電路文件時(shí)，默認(rèn)的文件名為Design1.ms12，當(dāng)然，也可以更改文件名和存放路徑。

MULTISIM14.0電路建立過程5）擴(kuò)展條SpreadsheetView（電路元件屬性視窗）的應(yīng)用

在Multisim系列軟件不同版本中創(chuàng)建一個(gè)電路以后，可以通過電路元件屬性視窗來查看電路元件的屬性，單擊SpreadsheetView窗口中的Components標(biāo)簽，結(jié)果如圖13所示。

圖13電路元件屬性視窗

MULTISIM14.0電路建立過程將鼠標(biāo)指向電路元件屬性視窗中的Component標(biāo)簽的Value選項(xiàng)后，雙擊12V字體，彈出如圖14所示的對話框。在該對話框中，選中Value標(biāo)簽。在該對話框中可以根據(jù)需要輸入電源的大小（Voltage）以及交流分析的幅度、相位（Magnitude/Phase）等參數(shù)。本例中，在Voltage項(xiàng)中填入50V，然后單擊OK按鈕，退出該對話框。

圖14通過電路元件屬性視窗設(shè)置電源屬性

MULTISIM14.0電路建立過程SpreadsheetView還提供了電路元件的定位、替換的便捷操作，在圖13中，選中電路元件V1后，SpreadsheetView窗口上方的3個(gè)按鈕將被激活，此時(shí)如果單擊第1個(gè)按鈕（綠底白色向右指的箭頭），則在電路工作區(qū)中元件V1將被突出選中；單擊第2個(gè)按鈕后，將彈出圖15選擇電源的對話框，用戶可以根據(jù)自身需要來更換元件；單擊第3個(gè)按鈕可以選中所有的電路元件，然后選擇Export菜單中的ExporttoExcel項(xiàng)，可以把電路元件清單轉(zhuǎn)化成文本文檔。圖15選擇電源對話框

第三章

MULTISIM14.0的虛擬儀器及使用方法目錄01Multisim14.0常用虛擬儀器

MULTISIM14.0常用虛擬儀器Multisim14.0提供了類型豐富的虛擬儀器，用戶通過虛擬儀器可以分析運(yùn)行結(jié)果，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理。從儀器工具欄或用菜單命令（Simulation/instrument）選用這些虛擬儀器，被選用后，各種虛擬儀器都以面板的方式顯示在電路中。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器1）數(shù)字萬用表Multisim14.0

提供的萬用表外觀和操作與實(shí)際的萬用表相似，但測量起來比實(shí)際的萬用表功能更加強(qiáng)大，操作起來更加方便。可以測電流A、電壓V、電阻Ω和分貝值db，測直流信號或交流信號。

在儀器欄選中數(shù)字萬用表后，雙擊數(shù)字萬用表圖標(biāo)，彈出如下圖所示的數(shù)字萬用表的面板。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

單擊Set按鈕，彈出如圖2所示的MultimeterSettings（萬用表設(shè)置）對話框，從中可以對數(shù)字萬用表的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。圖2萬用表設(shè)置

MULTISIM14.0常用虛擬儀器Electronicsetting（電氣特性設(shè)置）如下：AmmeterResistance（R）：設(shè)置測試電流時(shí)表頭的內(nèi)阻，其大小影響電流的測量精度。VoltmeterResistance（R）：設(shè)置測試電壓時(shí)表頭的內(nèi)阻。OhmmeterCurrent（I）：設(shè)置測試電阻時(shí)流過表頭的電流值。dBrelativevalue（V）：用于設(shè)置分貝相對值，預(yù)先設(shè)置為774.597mV。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器Displaysetting（顯示特性設(shè)置）如下：

Ammeteroverrange（I）：設(shè)置電流表的測量范圍。Voltmeteroverrange（V）：設(shè)置電壓表的測量范圍。Ohmmeteroverrange（R）：設(shè)置歐姆表的測量范圍。

設(shè)置完成后，單擊OK按鈕保存設(shè)置；單擊Cancel按鈕取消本次設(shè)置。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器2）函數(shù)信號發(fā)生器

函數(shù)信號發(fā)生器可模擬在實(shí)際工作中使用的待測設(shè)備的激勵(lì)信號，在電路實(shí)驗(yàn)、信號測試、調(diào)試電子電路及設(shè)備時(shí)具有十分廣泛的用途。Multisim14.0提供的函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、三角波和矩形波，信號頻率可在1Hz到999MHz范圍內(nèi)調(diào)整。信號的幅值以及占空比等參數(shù)也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。信號發(fā)生器有三個(gè)引線端口：負(fù)極、正極和公共端。雙擊函數(shù)信號發(fā)生器圖標(biāo)，彈出函數(shù)信號發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置控制面板，如圖3所示。圖3函數(shù)信號發(fā)生器

MULTISIM14.0常用虛擬儀器Waveforms：波形選擇區(qū)用于選擇輸出波形，分別為正弦波、三角波、矩形波。Frequency：頻率設(shè)置，用于設(shè)置輸出信號的頻率，可選范圍1fHz～1000THz。DutyCycle：占空比設(shè)置用于設(shè)置輸出的三角波和方波電壓信號的占空比，設(shè)定范圍1%～99%。Amplitude：振幅設(shè)置用于設(shè)置輸出信號的峰值，可選范圍1fVp～1000TVp。Offset：偏移設(shè)置用于設(shè)置輸出信號的偏置電壓，即設(shè)置輸出信號中直流成分的大小。Setrise/Falltime：設(shè)置方波的上升沿與下降沿的時(shí)間。+，－，Common：分別表示波形電壓信號的正極性輸出端、負(fù)極性輸出端、公共端。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器3）瓦特表（Wattmeter）Multisim14.0提供的瓦特表用來測量電路的交流或者直流功率，瓦特表有四個(gè)引線端口：電壓正極和負(fù)極、電流正極和負(fù)極。如圖4所示，瓦特表的操作界面包括顯示文本框和接線端子組成。

顯示文本框：上側(cè)的文本框顯示測量的有功功率，Powerfactor顯示功率因素。

接線端子：Voltage接線端子和被測支路并聯(lián)，Current接線端子和被測支路串聯(lián)。圖4瓦特表

MULTISIM14.0常用虛擬儀器4）雙通道示波器（Oscilloscope）

示波器是電子實(shí)驗(yàn)中使用最為頻繁的儀器之一。它可以用來顯示電信號波形的形狀、幅度、頻率等參數(shù)。Multisim14.0提供的雙通道示波器與實(shí)際的示波器外觀和基本操作基本相同，如圖5所示，該示波器可以觀察一路或兩路信號波形的形狀，分析被測周期信號的幅值和頻率，時(shí)間基準(zhǔn)可在秒直至納秒范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。示波器圖標(biāo)有四個(gè)連接點(diǎn)：A通道輸入、B通道輸入、外觸發(fā)端T和接地端G。圖5雙通道示波器（Oscilloscope）

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

示波器的面板如圖6所示，面板由兩部分組成：上面是示波器的觀察窗口，顯示A、B兩通道的信號波形；下面是它的控制面板和數(shù)軸數(shù)據(jù)顯示區(qū)。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器5）四通道示波器（4ChannelOscilloscope）

四通道示波器與雙通道示波器的使用方法和參數(shù)調(diào)整方式完全一樣，只是多了一個(gè)通道控制器旋鈕，當(dāng)旋鈕撥到某個(gè)通道位置，才能對該通道的Y軸進(jìn)行調(diào)整。

四通道示波器測試實(shí)例，按照圖7連接電路圖，觀察D觸發(fā)器的輸入和輸出及時(shí)鐘信號的波形，如圖8所示

MULTISIM14.0常用虛擬儀器6）波特圖儀（BodePlotter）波特圖儀是一種用來測量和顯示一個(gè)電路系統(tǒng)或放大器幅頻特性和相頻特性的儀器，是交流分析的重要工具，類似于實(shí)際電路測量中常用的掃頻儀。其圖標(biāo)如圖9所示。圖標(biāo)上有in+、in-、out+、out-4個(gè)端子，其中in兩個(gè)端子連接系統(tǒng)信號輸入端，out兩個(gè)端子連接系統(tǒng)信號輸出端。需要注意，在使用波特圖儀時(shí)，必須在系統(tǒng)的信號輸入端連接一個(gè)交流信號源或函數(shù)信號發(fā)生器，此信號源由波特圖儀自行控制不需設(shè)置。圖9波特圖儀

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

波特圖儀控制面板如圖10所示，分為Magnitude（幅值）或Phase（相位）的選擇、Horizontal（橫軸）設(shè)置、Vertical（縱軸）設(shè)置、顯示方式的其他控制信號，面板中的F指的是終值，I指的是初值。在波特圖儀的面板上，可以直接設(shè)置橫軸和縱軸的坐標(biāo)及其參數(shù)。圖10波特圖儀控制面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器7）頻率計(jì)（Frequencycouter）

頻率計(jì)主要用來測量信號的頻率、周期、相位，脈沖信號的上升沿和下降沿，頻率計(jì)的參數(shù)設(shè)置面板如圖11所示。該控制面板分為5個(gè)部分，包括測量結(jié)果顯示文本框、Measurement選項(xiàng)、Coupling選項(xiàng)、Sensitivity選項(xiàng)和TriggerLevel選項(xiàng)。圖11頻率計(jì)面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

Measurement選項(xiàng)區(qū)：包括Freq按鈕、Period按鈕、Pulse按鈕和Rise/Fall按鈕。

Freq按鈕：單擊該按鈕，則輸出結(jié)果為信號頻率。

Period按鈕：單擊該按鈕，則輸出結(jié)果為信號周期。

Pulse按鈕：單擊該按鈕，則輸出結(jié)果為高、低電平脈寬。

Rise/Fall按鈕：單擊該按鈕，則輸出結(jié)果顯示數(shù)字信號的上升沿和下降沿時(shí)間。

Coupling選項(xiàng)區(qū)：選擇信號的耦合方式，AC表示交流耦合方式，DC表示直流耦合方式。

Sensitivity選項(xiàng)區(qū)：主要用于設(shè)置頻率計(jì)的靈敏度。

TriggerLevel選項(xiàng)區(qū)：通過滾動(dòng)文本框設(shè)置數(shù)字信號的觸發(fā)電平大小。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器8）數(shù)字信號發(fā)生器（WordGenerator）

數(shù)字信號發(fā)生器是一個(gè)通用的數(shù)字激勵(lì)源編輯器，內(nèi)有一個(gè)最大可達(dá)0400H的可編程32位數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)按一定的觸發(fā)方式、速度、循環(huán)方式產(chǎn)生32位同步邏輯信號。數(shù)字信號發(fā)生器的圖標(biāo)如圖12所示，左右各16個(gè)端子，分別為0～15和16～31的邏輯信號輸出端，可連接至測試電路的輸入端。圖標(biāo)下面有R和T兩個(gè)端子，R為數(shù)據(jù)備用信號端，T為外觸發(fā)信號端。圖12數(shù)字信號發(fā)生器

MULTISIM14.0常用虛擬儀器數(shù)字信號發(fā)生器的面板如圖13所示，左側(cè)是控制面板，右側(cè)是字信號發(fā)生器的字符窗口。控制面板分為字符編輯顯示區(qū)、Controls（控制方式）、Display（顯示方式）、Trigger（觸發(fā)）和Frequency（頻率）五個(gè)部分。圖13數(shù)字信號發(fā)生器設(shè)置面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器9）邏輯分析儀（LogicAnalyzer）

邏輯分析儀是分析數(shù)字系統(tǒng)邏輯關(guān)系的儀器。邏輯分析儀是利用時(shí)鐘從測試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器，最主要作用在于時(shí)序判定。MultiSim14.0提供了16路的邏輯分析儀，用來數(shù)字信號的高速采集和時(shí)序分析，邏輯分析儀的圖標(biāo)如圖14所示。邏輯分析儀的連接端口左邊為16路信號輸入端，圖標(biāo)下部的C、Q、T三個(gè)端子分別為外時(shí)鐘輸入端、時(shí)鐘控制輸入端和觸發(fā)控制輸入端。圖14邏輯分析儀

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

邏輯分析儀的面板如圖15，分上下兩個(gè)部分，上半部分是16路測試信號的波形顯示區(qū)，如果某路連接有被測信號，則該路小圓圈內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)黑圓點(diǎn)。當(dāng)改變連接導(dǎo)線的顏色時(shí)，顯示波形的顏色隨之改變。波形顯示區(qū)有兩根數(shù)軸，拖動(dòng)數(shù)軸上方的三角形，可以左右移動(dòng)數(shù)軸。下半部分是邏輯分析儀的控制窗口，控制信號有：Stop（停止）、Reset（復(fù)位）、Reverse（反相顯示）、Clock（時(shí)鐘）設(shè)置和Trigger（觸發(fā)）設(shè)置。

MULTISIM14.0常用虛擬儀器10）邏輯轉(zhuǎn)換器（LogicConverter）Multisim14.0提供了一種獨(dú)特的虛擬儀器，邏輯轉(zhuǎn)換器。實(shí)際中沒有這種儀器，邏輯轉(zhuǎn)換器可以在邏輯電路、真值表和邏輯表達(dá)式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標(biāo)如圖16所示。圖標(biāo)中包括9個(gè)端子，左邊8個(gè)端子用來連接輸入信號，最右邊一個(gè)端子連接輸出信號，只有在用到邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表時(shí)，才需要將圖標(biāo)與邏輯電路相連接。圖16邏輯轉(zhuǎn)換器

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

邏輯轉(zhuǎn)換儀的面板由4部分組成：A～H八個(gè)輸入端和OUT輸出端（可供選用的輸入邏輯變量）、真值表顯示欄、邏輯表達(dá)式欄及邏輯轉(zhuǎn)換方式選擇區(qū)（Conversions），面板如圖17所示。圖17邏輯轉(zhuǎn)換器面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器11）IV分析儀（IVAnalyzer）IV分析儀專門用來分析晶體管的伏安特性曲線，如二極管、NPN管、PNP管、NMOS管、PMOS管等器件。

如圖18所示，伏安特性測試儀的操作界面包括圖形顯示窗、元器件狀態(tài)顯示文本框、Components下拉列表框、CurrentRange（A）復(fù)選框、VoltageRange（V）復(fù)選框、Reverse按鈕、Simulateparam.按鈕和接線端子指示窗（操作界面的右下角）組成。圖18伏安特性測試儀面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器SimulateParameters用于伏安特性測試參數(shù)設(shè)置，單擊該按鈕，彈出SimulateParameters對話框，如圖19所示，SimulateParameters對話框包括SourceNameV_ce和SourceNameI_b（對三極管可設(shè)置V_ce和I_b。其他類型晶體管，則設(shè)置其他電壓。）。圖19SimulateParameters

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

如圖20所示，當(dāng)在Components下拉列表框中選擇了元器件以后，則在該指示窗顯示對應(yīng)元器件的管腳（如三極管的b、c和e），用來指示元器件和伏安特性測試儀的圖標(biāo)連接。圖20元器件的管腳

MULTISIM14.0常用虛擬儀器12）失真分析儀（DistortionAnalyzer）

失真分析儀可用于測量電路的信號失真度以及信噪比等參數(shù)，經(jīng)常用于測量存在較小失真度的低頻信號。失真分析儀提供的頻率范圍為20Hz～100kHz，共有1個(gè)接線端。失真分析儀內(nèi)部參數(shù)設(shè)置面板如圖21所示。圖21失真分析儀面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

單擊Set按鈕，彈出Settings對話框，如圖22所示，Settings對話框有如下選項(xiàng)：THDDefinition：用來設(shè)置THD定義標(biāo)準(zhǔn)，可選擇IEEE和ANSI/IEC標(biāo)準(zhǔn)。HarmonicNum：設(shè)置諧波分析的次數(shù)。FFTPoints：設(shè)置諧波分析的取樣點(diǎn)數(shù)。圖22Settings對話框

MULTISIM14.0常用虛擬儀器13）頻譜分析儀（SpectrumAnalyzer）

頻譜分析儀用來分析信號的頻域特性，其頻域分析范圍的上限為4GHz。共有兩個(gè)接線端，用于連接被測電路的被測端點(diǎn)和外部觸發(fā)端。圖23為頻譜分析儀內(nèi)部參數(shù)設(shè)置面板，左側(cè)為圖形顯示窗，顯示窗下側(cè)為狀態(tài)欄，顯示光標(biāo)指針處對應(yīng)的頻率和幅值。圖23頻譜分析儀面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器

單擊Set…按鈕，彈出Settings對話框，如圖24所示。Triggersource：設(shè)置觸發(fā)源，有Internal（內(nèi)部）和External（外部）兩種觸發(fā)源。Triggermode：設(shè)置觸發(fā)模式，有Continuous（連續(xù)）和Single（單觸發(fā)）兩種模式。Thresholdvolt.V：設(shè)置觸發(fā)開啟電壓，大于此值觸發(fā)采樣。FFTPoints：設(shè)置傅里葉計(jì)算的采樣點(diǎn)數(shù)，默認(rèn)為1024點(diǎn)。圖24Settings對話框

MULTISIM14.0常用虛擬儀器14）網(wǎng)絡(luò)分析儀（NetworkAnalyzer）

網(wǎng)絡(luò)分析儀主要用來測量雙端口網(wǎng)絡(luò)的特性，如衰減器、放大器、混頻器、功率分配器等。Multisim14.0提供的網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測量電路的S參數(shù)、并計(jì)算出H、Y、Z參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)分析儀的圖標(biāo)如圖25所示，共有兩個(gè)接線端，用于連接被測電路的被測端點(diǎn)。對RF電路的功率增益、電壓增益和輸入/輸出阻抗等參數(shù)進(jìn)行分析。圖25網(wǎng)絡(luò)譜分析儀

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網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置面板如圖26所示，左側(cè)為圖形顯示窗，用來顯示圖表、測量曲線以及標(biāo)注電路信息的文字。圖26網(wǎng)絡(luò)譜分析儀參數(shù)設(shè)置面板

MULTISIM14.0常用虛擬儀器15）仿真Agilent儀器

仿真Agilent儀器有三種：Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器。這三種儀器與真實(shí)儀器的面板，按鈕、旋鈕操作方式完全相同，使用起來更加真實(shí)。Agilent信號發(fā)生器的型號是33120A，其圖標(biāo)和面板如圖27所示，這是一個(gè)高性能15MHz的綜合信號發(fā)生器，不僅能產(chǎn)生一般的正弦波、方波、三角波和鋸齒波，而且還能產(chǎn)生按指上升或下降的波形等一些特殊的波形，并且還可以由8~256點(diǎn)描述的任意波形。Agilent信號發(fā)生器有兩個(gè)連接端，上方是信號輸出端，下方是接地端。單擊最左側(cè)的電源按鈕，即可按照要求輸出信號。圖27Agilent信號發(fā)生器

MULTISIM14.0常用虛擬儀器Agilent萬用表的型號是34401A，面板如圖28所示，這是一個(gè)高性能6位半的數(shù)字萬用表。Agilent萬用表有五個(gè)連接端，單擊最左側(cè)的電源按鈕，即可使用萬用表，實(shí)現(xiàn)對各種電類參數(shù)的測量。Agilent萬用表有五個(gè)接線端中上側(cè)的4個(gè)為兩對測量輸入端，左側(cè)上下兩個(gè)輸入端（2和4端口）紅色為正極，黑為負(fù)極，最高電壓范圍為1000V；右側(cè)上下兩個(gè)輸入端（1和3端口）最高電壓范圍為200V；最下面的一個(gè)端子（5端口）為電流測試輸入端。圖28Agilent萬用表

MULTISIM14.0常用虛擬儀器Agilent示波器的型號是54622D，面板如圖29所示，這是一個(gè)2模擬通道、16個(gè)邏輯通道、100-MHz的寬帶示波器。Agilent示波器下方的18個(gè)連接端是信號輸入端，右側(cè)是外接觸發(fā)信號端、接地端。單擊電源按鈕，即可使用示波器，實(shí)現(xiàn)各種波形的測量。Agilent示波器有21個(gè)接線端，端口1和2為模擬信號輸入端，端口D0-Ｄ15為數(shù)字信號輸入端口，端口3為觸發(fā)源，端口４為數(shù)字地，端口5為探針。圖29Agilent示波器

MULTISIM14.0常用虛擬儀器16）測量探針

測量探針是一種實(shí)時(shí)快速測量參數(shù)的虛擬儀器，它的使用可以分為靜態(tài)探針和動(dòng)態(tài)探針兩種使用方法。

動(dòng)態(tài)探針指的是在電路仿真的過程中，在儀表欄選擇MeasurementProbe，將探針放置在電路中導(dǎo)線的任意一點(diǎn)，黃色窗口可立即顯示處此處電路的電壓值，如圖30所示。動(dòng)態(tài)探針的屬性可在Simulate→dynamicprobeproperties設(shè)置。圖30動(dòng)態(tài)探針

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靜態(tài)探針指，將探針拖至任意導(dǎo)線上，并將探針放置在導(dǎo)線上，探針下側(cè)會(huì)彈出黃色的小窗口，如圖31所示，即可讀出探測值。測量探針的測量結(jié)果根據(jù)電路理論計(jì)算得出，不對電路產(chǎn)生任何影響。圖31靜態(tài)探針

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雙擊探針可對探針屬性參數(shù)進(jìn)行修改，選擇Display頁，如圖32所示，可用來設(shè)置背景和文本顏色以及信息顯示框的大小。可選擇Auto-Resize項(xiàng)，自動(dòng)將信息框的大小調(diào)整到適合顯示的所有內(nèi)容大小。測量探針的屬性頁，通過修改Show下面的屬性，可選擇在探針顯示的參數(shù)。圖32display頁（12.0）

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測量探針的屬性頁如圖33，通過修改Show下面的屬性，可選擇在探針顯示的參數(shù)。圖33測量探針屬性（12.0）

MULTISIM14.0常用虛擬儀器17）LabVIEW儀器LabVIEW技術(shù)是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，使用這種語言編程可以從枯燥繁瑣的程序代碼中解放出來，繪制虛擬儀器流程圖，可以利用Multisim14.0中的虛擬采樣儀器，也可以設(shè)計(jì)和自造虛擬儀器。Multisim12中有七種虛擬采樣儀器，分別是BJTAnalyzer（三極管特性分析儀）、ImpedanceMeter（阻抗計(jì)），Microphone（麥克風(fēng)），Speaker（播放器），SgnalAnatyzer（信號分析儀），SgnalGenerator（信號發(fā)生器），StreamingSignalGenerator（流信號發(fā)生器）。第四章

在電路分析中的應(yīng)用和仿真目錄01020304電路分析方法的仿真常用電路定理的仿真動(dòng)態(tài)電路分析仿真諧振電路分析仿真06電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)分析仿真05正弦交流電路功率分析仿真07二端口網(wǎng)絡(luò)分析仿真08含耦合電感的電路分析仿真

電路分析方法的仿真在Multisim14.0環(huán)境中創(chuàng)建圖4-1所示的電路，為了方便區(qū)分節(jié)點(diǎn)，在此建議用戶打開網(wǎng)絡(luò)名稱顯示功能。具體方法如下：依次執(zhí)行“Options”→“SheetProperties”命令，選擇“Sheetvisibility”選項(xiàng)卡“Netnames”中的“ShowAll”，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為當(dāng)前電路分配并顯示網(wǎng)絡(luò)編號。圖4-1執(zhí)行“Simulate”→“Analysesandsimulation”命令，均可彈出“AnalysesandSimulation”窗口，在“ActiveAnalysis”選項(xiàng)區(qū)選擇“DCOperatingPoint（直流工作點(diǎn)）”，打開直流工作點(diǎn)分析對話框，該對話框包括“Output”、“AnalysisOptions”、“Summary”3個(gè)選項(xiàng)卡,仿真結(jié)果如圖4-2所示。圖4-2常用電路定理的仿真根據(jù)基爾霍夫電壓定律，在Multisim14.0中建立如圖4-3所示的串聯(lián)仿真電路，其中U1～U4為4個(gè)直流電壓表，放置方法如下：依次執(zhí)行“Place”→“Component”命令，彈出放置元器件窗口，在“Group”列表中選擇“indicators”→“VOLTMETER”→“VOLTMETER-H”，即可在工作區(qū)添加直流電壓表。也可選擇“Instruments”列表中的萬用表“Multimeter”測量電壓。圖4-3單擊該按鈕或執(zhí)行“Simulate”→“Analysesandsimulation”命令，均可彈出“Analysesandsimulation”窗口，在其“ActiveAnalysis”選項(xiàng)區(qū)選擇“InteractiveSimulation（交互仿真）”，打開交互仿真分析對話框，其“Anlysisparameters”選項(xiàng)卡如圖4-6所示，各個(gè)選項(xiàng)的含義如下：1）Intialconditions：設(shè)置仿真初始條件，即電路中含有儲能元件電容、電感時(shí)，設(shè)置其初始值。有4個(gè)選項(xiàng)，分別為“Settozero（設(shè)置為0）”、“Userdefined（用戶自定義）”、“CalculateDCoperatingpoint（計(jì)算直流靜態(tài)工作點(diǎn)）”、“Determineautomatically（自動(dòng)決定）”，此處選擇“Determineautomatically”。2）Endtime（TSTOP）：設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間，默認(rèn)1030s。3）Maximumtimestep：設(shè)置最大時(shí)間步長，此處不勾選。4）Initialtimestep：設(shè)置初始時(shí)間步長，此處不勾選。“Output”與“AnalysisOptions”選項(xiàng)卡默認(rèn)設(shè)置即可。設(shè)置完畢單擊“Run”按鈕運(yùn)行仿真，電壓表讀數(shù)如圖4-3所示。指定順時(shí)針為正方向，可得5.999V+4V+2.001V-12V≈0，即可驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律。根據(jù)基爾霍夫電流定律在Multisim14.0中創(chuàng)建如圖4-4所示的電阻并聯(lián)電路，其中A1～A3為直流電流表，放置方法如下：依次執(zhí)行“Place”→“Component”命令，彈出放置元器件窗口，在“Group”列表中選擇“indicators”→“AMMETER”→“AMMETER-H”，即可在工作區(qū)添加直流電流表。也可選擇“Instruments”列表中的萬用表“Multimeter”測量電流。在交互仿真分析下單擊“Run”按鈕運(yùn)行仿真，電流表讀數(shù)如圖4-4所示。對節(jié)點(diǎn)2，流出的電流為0.018A+9.003mA≈0.027A，約等于流入的電流，即可驗(yàn)證基爾霍夫電流定律。圖4-4在Multisim14.0中，運(yùn)用萬用表分別測量電路的端口電壓和端口短路電流，就可以輕松求得線性電路的戴維南等效電路。圖4-5所示電路含有一端口網(wǎng)絡(luò)，從A-B兩點(diǎn)看入的戴維南等效電路可以通過分別測量端口電壓和短路電流的方法獲得，其中XMM1為萬用表。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，雙擊XMM1圖標(biāo)，改變?nèi)f用表檔位，測量到的端口電壓和短路電流分別為32V和4A，據(jù)此可得戴維南等效電阻為32/4=8Ω，戴維南等效電路如圖4-6所示。圖4-5圖4-6特勒根定理和基爾霍夫定律一樣，也是對于集總電路普遍適用的基本定律，其內(nèi)容可以簡單概括如下：對于一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)和b條支路的電路，假設(shè)各支路電壓和各支路電流取關(guān)聯(lián)參考方向，則任意時(shí)刻b條支路電流和節(jié)點(diǎn)電壓滿足：創(chuàng)建圖4-7所示電路，可知該電路有4個(gè)元件（4條支路），根據(jù)仿真結(jié)果可得：圖4-7

動(dòng)態(tài)電路分析仿真一階電路的零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)可以由典型的RC電路輸出波形直觀地分析。建立RC電路如圖4-8所示。為了方便觀測，信號源V1選用頻率為100Hz、幅值2V、占空比為50%的方波，在電路中添加示波器XSC1，并通過其A、B兩個(gè)通道分別測量V1和電容C1的電壓波形。為便于觀測曲線，可將B通道連線改為藍(lán)色，具體方法如下：用鼠標(biāo)右鍵單擊對應(yīng)的導(dǎo)線，選擇“SegmentColor”，在彈出的對話框中選擇相應(yīng)顏色即可。圖4-8電路搭建完成后在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，此時(shí)雙擊示波器，在彈出的對話框中分別修改顯示時(shí)基“Timebase”及通道數(shù)據(jù)，直至曲線顯示清晰、便于觀察，如圖4-9所示。可見電容兩端電壓波形呈指數(shù)規(guī)律充電、放電，與理論分析相符。圖4-9創(chuàng)建圖4-10所示的RLC串聯(lián)電路，為了方便觀測，信號源V1選用頻率500Hz、幅值5V、占空比50%的方波，示波器XSC1的A、B通道分別測量V1和電容C1的電壓波形。選用滿量程為10kΩ的電位器R1，并將其屬性對話框中“Value”選項(xiàng)卡的“Increment”值改為1。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，通過自定義按鍵“A”小幅調(diào)節(jié)電位器R1阻值，可分別觀察過阻尼（R1調(diào)至90%）、臨界阻尼（R1調(diào)至50%）、欠阻尼（R1調(diào)至15%）及無阻尼時(shí)（R1調(diào)至0%）的V1及電容電壓波形，如圖4-11所示。圖4-10圖4-11

諧振電路分析仿真在電路窗口中建立圖4-12所示的電路。該電路由電阻、電容、電感串聯(lián)而成，由于電感和電容的阻抗隨著信號頻率的變化而變化，因此串聯(lián)回路的總阻抗為Z（ω）=R+j（ωL-1/ωC），當(dāng)使串聯(lián)電路的總阻抗表達(dá)式中虛部為零時(shí)，稱所對應(yīng)的頻率為串聯(lián)諧振頻率。該電路諧振頻率f0為：圖4-12為了便于觀察，這里使用Multisim14.0中的波特圖示儀XBP1來觀測仿真結(jié)果。將電位器R1調(diào)至100%，即R1=1KΩ。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，打開波特圖示儀，可以得到圖4-13所示的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。圖4-13由圖4-13可知，信號源頻率為159.268HZ時(shí)，幅值為-0.001dB≈0dB，相角為-0.081°≈0°，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，電路呈純阻性。調(diào)整R1的阻值為20%（即R1=200Ω），幅頻特性如圖4-14所示，可見由于諧振電阻減小，串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)增大，故此時(shí)振蕩電路的選頻作用更加明顯。圖4-14執(zhí)行“Simulate”→“Analysesandsimulation”命令，彈出“Analysesandsimulation”窗口，在“ActiveAnalysis”選項(xiàng)區(qū)中選擇“Fourier（傅里葉）”分析，打開傅里葉分析對話框，其Output、Analysisoptions和Summary選項(xiàng)卡的設(shè)置和前述其他分析方法的對話框設(shè)置相同。“Analysis

parameters”選項(xiàng)卡用來設(shè)置傅里葉分析的基本參數(shù)和顯示方式，如圖4-15所示。圖4-15在“Analysisparameters”選項(xiàng)卡下，將“FrequencyResolution”設(shè)置為諧振頻率159Hz，其余選擇默認(rèn)設(shè)置；“Output”選項(xiàng)卡下“Allvariables”選項(xiàng)區(qū)列出了串聯(lián)諧振電路的所有變量，選中需做傅里葉分析的變量V（3）（即R1兩端的電壓），單擊“Add”按鈕，將其添加至“Selectedvariablesfouanalysis”選項(xiàng)區(qū)中，其余選項(xiàng)默認(rèn)設(shè)置。設(shè)置完畢單擊“Run”按鈕，傅里葉分析結(jié)果如圖4-16所示。圖4-16

正弦電路功率分析仿真創(chuàng)建圖4-17所示的電路。XWM1為虛擬儀器儀表庫中的“Wattmeter（功率表）”，功率表左側(cè)電壓接口與待測電路兩端并聯(lián)，右側(cè)電流接口與待測電路串聯(lián)。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，功率表讀數(shù)如圖4-17所示，可見該電路有功功率為4.452W，功率因數(shù)為0.30327，視在功率S=P/λ=4.452/0.30327=14.68V·A。用戶可自行調(diào)節(jié)阻值或容值，觀察不同參數(shù)下的電路功率因數(shù)變化。圖4-17

電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)分析仿真創(chuàng)建RC一階電路如圖4-18所示。其中開關(guān)S1在“Basic”基礎(chǔ)元件庫“SWITCH”列表中，選擇“DIPSW1”即可。由理論分析可知該電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為：H（s）=V2（s）/V3（s）=1/（RCs+1）=1/（10-3s+1），因此網(wǎng)絡(luò)函數(shù)有一個(gè)極點(diǎn)p1=-1000，時(shí)間常數(shù)為τ=RC=0.001s=1ms。圖4-18可用Multisim14.0的零極點(diǎn)分析功能求出網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的零、極點(diǎn)。執(zhí)行“Simulate”→“Analysesandsimulation”命令，彈出“Analysesandsimulation”窗口，在“ActiveAnalysis”選項(xiàng)區(qū)選擇“PoleZero（零極點(diǎn)）”分析，打開零極點(diǎn)分析對話框如圖4-19所示。圖4-19在“Analysisparameters”選項(xiàng)卡下，將“Nodes”選項(xiàng)區(qū)“Input（+）”選擇“V（3）”，“Input（-）”選擇“V（0）”，“Output（+）”選擇“V（2）”，“Output（-）”選擇“V（0）”，其余選擇默認(rèn)設(shè)置。單擊“Run”按鈕，零極點(diǎn)分析結(jié)果如圖4-20所示。可見該電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)有一個(gè)極點(diǎn)為-1.00000k，與理論分析相符。圖4-20再在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，打開示波器XSC1觀察輸入輸出波形，某個(gè)時(shí)刻閉合開關(guān)S1（即輸入幅值為12V的階躍信號），RC一階電路的階躍響應(yīng)曲線如圖4-21所示，移動(dòng)游標(biāo)1與游標(biāo)2的位置，可見其調(diào)節(jié)時(shí)間為4.735ms，也與理論分析相符。圖4-21

二端口網(wǎng)絡(luò)分析仿真在Multisim14.0中“Sources”列表“CONTROLLED_CURRENT_SOURCES”下，選擇“CURRENT_CONTROLLED_CURRENT_SOURCES”，即可添加一個(gè)電流控制電流源，把其參數(shù)修改為100A/A，然后添加網(wǎng)絡(luò)分析儀“XNA1”，創(chuàng)建如圖4-22所示電路。圖4-22在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，雙擊網(wǎng)絡(luò)分析儀，在彈出的“NetworkAnalyzer”窗口中的“Graph”選項(xiàng)區(qū)選擇“S-parameters”，即可得到S參數(shù)矩陣S11、S12、S21、S22的具體參數(shù)如圖4-23所示。其對角線上的元素S11表示當(dāng)端口2上的電阻匹配時(shí)，端口1的反射系數(shù)；非對角線的元素代表傳輸系數(shù)，即接負(fù)載的端口從電源上獲得的可用功率之比。默認(rèn)黑色背景，單擊“Functions”選項(xiàng)區(qū)“Setup”按鈕，可設(shè)置背景色、網(wǎng)格線顏色、文本顏色等。圖4-23

含耦合電感的電路分析仿真在Multisim14.0的“Basic”列表中“TRANSFORMER”下選擇“COUPLEDINDUCTORS”可在工作區(qū)添加一個(gè)耦合電感。需要說明的是，Multisim10.0之前的版本并無該器件。由于耦合電感的同名端在元件上并未標(biāo)明，但可通過測試的方式進(jìn)行確定，測試電路如圖4-24所示。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，電壓表讀數(shù)為28.422fV，為正值，因此圖4-24中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號2和3互為同名端，在運(yùn)用耦合電感進(jìn)行電路仿真時(shí)，需注意該細(xì)節(jié)。圖4-24典型案例電路分析仿真在Multisim14.0中創(chuàng)建圖4-25所示的電路。電路中包含兩個(gè)獨(dú)立電壓源V1、V2，一個(gè)獨(dú)立電流源I2，一個(gè)電壓控制電流源I1。對于此類電路可采用網(wǎng)孔電流法或節(jié)點(diǎn)電壓法求解，而在Multisim14.0中通過“DCOperatingPoint”分析可快速得出電路的所有參數(shù)。圖4-25電路搭建完成后，執(zhí)行“Simulate”→“Analysesandsimulation”命令，彈出“Analysesandsimulation”窗口，在“ActiveAnalysis”選項(xiàng)區(qū)中選擇“DCOperatingPoint”，在“Output”選項(xiàng)卡下“VariablesinCircuit”選項(xiàng)區(qū)列表中將I（R1）、I（R2）、V（1）、V（2）、P（R1）、P（V1）等參數(shù)添加到右側(cè)“Selectedvariablesforanalysis”列表中，再單擊“Run”按鈕，得到靜態(tài)工作點(diǎn)的分析結(jié)果如圖4-38所示。由圖4-26可知，V（1）=2V，V（2）=526.31579mV，I（R1）=-1.47368A，I（R2）=2.6358A，P（R1）=2.17175W，P（V1）=-2.94737W。圖4-26創(chuàng)建圖4-27所示電路，該電路由3節(jié)RC移相電路構(gòu)成，移相范圍為0～270°。用4蹤示波器XSC1可同時(shí)觀察V（1）、V（2）、V（3）、V（4）的波形。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，示波器工作波形如圖4-28所示。可知V（2）波形滯后V（1）90°，V（3）波形滯后V（1）180°，V（4）波形滯后V（1）270°，與理論分析相符。讀者可自行修改電路參數(shù)，觀察其對移相效果的影響。圖4-27圖4-28創(chuàng)建三相交流電路如圖4-29所示，該電路為典型居民照明電路。為研究三相四線制中性線的重要性，在中性線中放置一個(gè)開關(guān)，用來模擬實(shí)際電路中性線斷開故障。在交互仿真分析下開啟仿真，首先閉合開關(guān)S5，依次斷開開關(guān)S1～S4，可觀測到各相負(fù)載均可獨(dú)立工作，彼此互不影響，無論負(fù)載如何變化，中性線電流接近于零（1.2fA）且保持不變。此時(shí)若將開關(guān)S5斷開，則會(huì)出現(xiàn)白熾燈燈絲斷開的現(xiàn)象，表示該電元件損毀，從而驗(yàn)證了三相四線供電方式中性線需可靠連接這一要求。圖4-29第5章

在模擬電路中的應(yīng)用和仿真目錄01020304單管共射放大電路的分析仿真放大電路的子電路封裝有源濾波器的設(shè)計(jì)仿真運(yùn)算電路分析仿真05反饋放大電路的分析仿真

單管共射放大電路的分析仿真本節(jié)以圖5-1所示的單管共射放大電路為例，應(yīng)用Multisim14.0對其進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析仿真。一方面可以加深對放大電路性能的理解，化抽象為具體形象，直觀地觀察和分析不同的電路參數(shù)對性能指標(biāo)的影響；另一方面可以掌握Multisim14.0仿真模擬放大電路的方法。圖5-11.創(chuàng)建單管共射放大電路1）電源V1：執(zhí)行“PlaceSource”→“POWER_SOURCES”→“DC_POWER”命令（此處的含義：單擊元器件工具欄的“PlaceSource”按鈕，在打開的窗口的“Family”列表框中選擇“POWER_SOURCES”，再在“Component”列表框中選擇“DC_POWER”），將直流電源V1置于工作區(qū)，且將其設(shè)置為12V。2）接地：執(zhí)行“PlaceSource”→“POWER_SOURCES”→“GROUND”命令，選取電路中的接地符號。3）函數(shù)信號發(fā)生器：在Multisim14.0基本界面右側(cè)虛擬儀器工具條中調(diào)出虛擬信號發(fā)生器XFG1，將其置于工作區(qū)，雙擊圖標(biāo)“XFG1”，將其設(shè)置成1kHz、5mV的正弦波。4）示波器：在Multisim14.0基本界面右側(cè)虛擬儀器工具條中調(diào)出虛擬雙蹤示波器XSC1，將其置于工作區(qū)，雙擊圖標(biāo)“XSC1”，把Timebase設(shè)置成500us/div，ChannelA設(shè)置成10mV/div，ChannelB設(shè)置成200mV/div。5）電阻：執(zhí)行“PlaceBasic”→“RESISTOR”命令，在工作區(qū)放置5個(gè)電阻，分別將阻值設(shè)置成20kΩ、10kΩ、3kΩ、2kΩ、6kΩ。6）電容：執(zhí)行“PlaceBasic”→“CAP_ELECTROLIT”命令，在工作區(qū)放置2個(gè)極性電容，分別將容值設(shè)置成10uF、47uF。7）晶體管：執(zhí)行“PlaceTransistor”→“GJT_NPN”→“2N2221”命令，在工作區(qū)放置1個(gè)型號為2N2221的晶體管。將設(shè)置好的元器件按圖5-1連線，即可完成單管共射放大電路的創(chuàng)建。創(chuàng)建完畢后執(zhí)行“Edit”→“Properties”命令，彈出“SheetProperties”對話框，在“Netnames”下選中“ShowAll”選項(xiàng)，將各個(gè)結(jié)點(diǎn)編號顯示出來。2.單管共射放大電路靜態(tài)分析執(zhí)行“Simulate”→“Analysesandsimulation”命令，彈出“Analysesandsimulation”窗口，在“ActiveAnalysis”選項(xiàng)區(qū)中選擇“DCOperatingPoint”，打開直流工作點(diǎn)分析對話框，在其“Output”選項(xiàng)卡下“VariablesinCircuit”列表中依次選擇I（R2）、I（R3）、V1、V2、V4，分別添加到右側(cè)“Selectedvariablesforanalysis”列表中，再單擊“Run”按鈕，得到靜態(tài)工作點(diǎn)的分析結(jié)果如圖5-2所示。圖5-23.放大電路動(dòng)態(tài)分析仿真放大倍數(shù)測量在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，再雙擊示波器XSC1圖標(biāo)，即可得到如圖5-3所示輸入/輸出波形。由圖5-3可知，輸入/輸出信號反相，且輸出波形沒有失真。在游標(biāo)1處，電壓放大倍數(shù)Av=Vo/Vi=-91.813/4.943≈-18.57。圖5-3輸入電阻測量1）刪除示波器XSC1，在放大電路的輸入回路串接電流表XMM1、并接電壓表XMM2。2）在放大器的輸入端串接R7=1kΩ的電阻模擬信號源的內(nèi)阻，電路如圖5-4所示。5-4圖5-4雙擊電流表XMM1，選擇交流電流檔，雙擊電壓表XMM2，選擇交流電壓檔，再交互仿真分析下運(yùn)行仿真，測量結(jié)果如圖5-5所示。輸入電阻Ri=Vi/Ii=3.007mV/528.079nA≈5.69kΩ。但在實(shí)際的測量電路中，由于電壓表和電流表都非理想儀表，實(shí)際中通常采用間接測量的方法。圖5-5輸出電阻測量1）輸出電阻的測量采用外接激勵(lì)法。將圖5-1電路中的信號發(fā)生器XFG1短路，增加內(nèi)阻R7，負(fù)載R6開路。2）在輸出端外接峰值1000mV、頻率1kHZ的正弦交流電壓源，串接電流表XMM1、并接電壓表XMM2，電路如圖5-6所示。3）雙擊電流表XMM1，選擇交流電流檔，雙擊電壓表XMM2，選擇交流電壓檔，在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，測量結(jié)果如圖5-7所示。輸出電阻為Ro=Vo/Io=707.079mV/252.766uA≈2.80kΩ。圖5-6圖5-7

放大電路的子電路封裝用分立器件（二極管、晶體三極管、場效應(yīng)管、電阻、電容等）搭建的多級放大電路連線復(fù)雜，容易出錯(cuò)，使用不便。通過特殊的生產(chǎn)工藝將分立器件及導(dǎo)線集成到一塊半導(dǎo)體基片上，封裝到一個(gè)管殼內(nèi)，使整個(gè)電路的體積大大縮小，引出線的數(shù)目也大為減少，就構(gòu)成了集成運(yùn)算放大器（Integratedoperationalamplifier），簡稱集成運(yùn)放或運(yùn)放。由集成運(yùn)放構(gòu)成的單級反相比例放大電路如圖5-8所示。采用理想的虛擬集成運(yùn)放“OPAMP_3T_VIRTUAL”作為核心放大元件，輸入電壓V1通過R1作用于運(yùn)放的反相端，R2跨接在運(yùn)放的輸出端和反相端之間，同相端接地。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，萬用表XMM1讀數(shù)如圖5-9所示。可知該電路把輸入信號反相放大2倍，與理論計(jì)算相符。圖5-8圖5-9實(shí)際應(yīng)用中常將兩個(gè)或多個(gè)集成運(yùn)放電路級聯(lián)，以達(dá)到對參數(shù)和應(yīng)用的要求。在單級反相比例放大電路后再加一級反相比例放大電路，構(gòu)成兩級集成運(yùn)算放大電路，如圖5-10所示。該電路的仿真結(jié)果，如圖5-11所示，可知該電路同相放大4倍，與理論計(jì)算相符。如需更高的放大倍數(shù)，可按照此法將電路級聯(lián)。但隨著級數(shù)的增多，電子元器件逐漸增多，電路中連線變得復(fù)雜，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，檢查起來十分不便。圖5-10圖5-11兩級運(yùn)放電路的結(jié)構(gòu)和功能是相同的，此時(shí)可用Multisim14.0中的子電路創(chuàng)建功能將單級電路設(shè)置成子電路，龐大的電路由子電路構(gòu)成，以便于管理。封裝子電路的步驟如下。1）先將圖5-10所示單級反相比例放大電路中的電源、地符號和萬用表刪除。2）執(zhí)行“Place”→Connectors”→“HierarchialConnectors”命令，依次添加3個(gè)層次連接器IO1、IO2、IO3。3）將3個(gè)層次連接器與刪除電源、地、萬用表符號的電路連接，如圖5-12所示。4）選中電路中的所有元器件，選中的元器件呈現(xiàn)藍(lán)色邊框。5）執(zhí)行“Place”→“Newsubcircuit”命令，彈出如圖5-13所示對話框。6）在文本框中輸入子電路的名稱，只能輸入字母或者數(shù)字，不能輸入漢字，本例中將子電路命名為“opm1”，單擊“OK”按鈕，完成“SubcircuitName”的設(shè)置。7）此時(shí)，有一個(gè)虛影隨著鼠標(biāo)移動(dòng)，在工作區(qū)單擊鼠標(biāo)左鍵，子電路符號omp1如圖5-14所示，僅由一個(gè)方框和兩個(gè)輸入端口以及一個(gè)輸出端口構(gòu)成，比圖5-10所示電路精簡了許多。即前述反相比例放大電路可由子電路符號代替，兩者功能相同。圖5-12圖5-13圖5-14按照同樣的方法，可以將圖5-10所示的兩級放大電路設(shè)置成子電路SC2，再與SC1連接，構(gòu)成兩級封裝電路。連接方法與普通的元器件相同，連接后的電路如圖5-15所示。兩個(gè)子電路的放大倍數(shù)分別為-2和4，級聯(lián)以后放大倍數(shù)為-8。圖5-15為了直觀的觀察兩級封裝電路的仿真結(jié)果，信號源XFG1選擇幅值1V、頻率100Hz的正弦波，輸出端接雙蹤示波器，在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，輸出波形如圖5-16所示。由圖5-16可知，游標(biāo)1處放大倍數(shù)Av=-7.995V/999.358mV≈-8，相位差為180°，與理論計(jì)算相符。圖5-16

濾波電路的分析仿真在一級無源RC低通濾波電路的基礎(chǔ)上添加一個(gè)同相比例放大器，就構(gòu)成了一階有源低通濾波器，如圖5-17所示。R1和C1的主要作用是確定電路的截止頻率，即選頻作用，截止頻率為f0=1/(2πRC)≈160kHZ。集成運(yùn)放主要起放大作用和提高帶負(fù)載能力。通帶內(nèi)一階有源濾波器的電壓放大倍數(shù)為A0=1+R3/R2≈4.4。圖5-17在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，示波器XSC1的工作波形如圖5-18所示。由圖5-18可知,游標(biāo)1處電壓放大倍數(shù)Av=4.316V/982.573mV≈4.392,與理論計(jì)算相符。雙擊波特圖示儀XBP1，得到低通濾波器的幅頻特性、相頻特性如圖5-19所示。圖5-18圖5-19搭建二階低通濾波電路如圖5-20所示。圖5-20在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，示波器XSC1工作波形如圖5-21所示，輸入信號的幅度為969.540mV，輸出為4.324V，放大了4.459倍，但輸出波形滯后于輸入波形。圖5-21定制濾波電路的分析仿真（低通、高通、帶通、帶阻）執(zhí)行“Tools”→“CircuitWizards”→“FilterWizard”命令，彈出如圖5-22所示的“FilterWizard”對話框，可在對話框中設(shè)置參數(shù)進(jìn)行濾波器定制。圖5-22按照如圖5-22所示的參數(shù)定制低通無源濾波器，單擊“Verify”按鈕，檢驗(yàn)設(shè)置的參數(shù)是否符合電子線路的基本要求，新建立的無源低通濾波電路如圖5-23所示。由于在電路中引入了電源內(nèi)阻和負(fù)載電阻，該電路是一個(gè)雙邊帶負(fù)載的LC網(wǎng)絡(luò)，該電路的處理要比RC電路復(fù)雜，在這里只討論空載LC網(wǎng)絡(luò)電路。圖5-23

運(yùn)算電路中的應(yīng)用仿真選擇理想集成運(yùn)放、電阻、交流信號源和雙蹤示波器等，創(chuàng)建同相比例運(yùn)算電路，如圖5-24所示。圖5-24在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，雙擊示波器圖標(biāo)XSC1，得到輸入/輸出波形如圖5-25所示。從波形上可以看到輸入/輸出同相位，調(diào)整幅值測試線1或2，1處顯示輸入信號幅值982.420mV，輸出信號幅值為3.930V，輸出/輸入比值為4。由理論計(jì)算可得該電路的輸出/輸入關(guān)系為Vo/Vi=1+R3/R2=4，可見仿真結(jié)果與理論計(jì)算相符。圖5-25微分運(yùn)算電路選擇理想集成運(yùn)放、電阻、電容、交流信號源、示波器等，創(chuàng)建反相微分運(yùn)算電路如圖5-26所示。圖5-26信號發(fā)生器XFG1選擇方波，頻率為1KHz，占空比為50%，幅值為10V。在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，示波器XSC1的工作波形如圖5-27所示。由圖5-27可知，輸入方波信號，輸出為尖脈沖信號，輸出/輸入波形是反相微分關(guān)系。圖5-27

三角波-方波發(fā)生電路仿真選用運(yùn)放741、電阻、電容、穩(wěn)壓二極管、雙蹤示波器等器件，創(chuàng)建三角波-方波發(fā)生電路如圖5-28所示。運(yùn)放741中的U1與R1、R2、R3、R4、D1、D2構(gòu)成滯回比較器，穩(wěn)壓管1N4097的穩(wěn)壓值Vz=10V。U2與R6、R5、C1構(gòu)成反相積分電路。由理論分析可知，方波振蕩周期T=2R3Cln(1+2R2/R3)≈1.726ms，三角波幅值Vom=±（R2÷R3）Vz≈±3.33V，方波幅值約為±10V。圖5-28在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，示波器XSC1的工作波形如圖5-29所示。由圖5-29可知，方波幅值約為±10V，三角波幅值約為±3.3V，與理論計(jì)算相符。圖5-29反饋放大電路的分析仿真選擇信號源XFG1（信號頻率為10kHz、幅值為20mV的正弦波）、萬用表、直流電壓源、晶體管、電阻、電容、示波器、波特圖示儀等創(chuàng)建負(fù)反饋放大電路如圖5-30所示。Rf和Re1構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。圖5-30執(zhí)行“Simulate”→“Analysesandsimulation”命令，彈出“Analysesandsimulation”窗口，在“ActiveAnalysis”選項(xiàng)區(qū)中選擇“DCOperatingPoint”，在其“Output”選項(xiàng)卡下“VariablesinCircuit”列表中選擇V2、V4、V5、V6、V7作為輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直流分析，分析結(jié)果如圖5-31所示。Q2集電極與發(fā)射極之間的電壓VCE=V(5)-V(7)=6.13V，可見靜態(tài)工作點(diǎn)合適。圖5-31在交互仿真分析下運(yùn)行仿真，雙蹤示波器XSC1的工作波形如圖5-32所示。在游標(biāo)1處，輸入電壓vi為19.689mV，輸出電壓vo為331.958mV，電壓放大倍數(shù)：Af=vo/vi≈17，而1/F=Re1+R