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1、计算机辅助电路分析 Multisim仿真 Multisim基础 ElectronicsWorkbench EWB 是加拿大IIT公司于八十年代末 九十年代初推出的用于电路仿真与设计的EDA软件 又称为 虚拟电子工作台 IIT公司从EWB6 0版本开始 将专用于电路仿真与设计模块更名为MultiSim 大大增强了软件的仿真测试和分析功能 大大扩充了元件库中的仿真元件数量 使仿真设计更精确 可靠 Multisim意为 万能仿真 直流工作点分析交流分析暂态分析傅立叶分析噪声分析失真分析直流扫描灵敏度分析 一 主要功能 参数扫描温度扫描零 极点分析传输函数分析最坏情况分析 二 主要特点 仿真的手段切合
2、实际 选用的元器件和测量仪器与实际情况非常接近 并且界面可视 直观 绘制电路图所需的元器件 仪器 仪表以图标形式出现 选取方便 并可扩充元件库 可以对电路中的元器件设置故障 如开路 短路和不同程度的漏电等 针对不同故障观察电路的各种状态 从而加深对电路原理的理解 在进行仿真的同时 它还可以存储测试点的所有数据 测试仪器的工作状态 显示波形和具体数据 列出所有被仿真电路的元器件清单等 有多种输入输出接口 与SPICE软件兼容 可相互转换 Multisim产生的电路文件还可以直接输出至常见的Protel Tango Orcad等印制电路板排版软件 二 主要特点 三 Multisim界面介绍 菜单
3、系统工具栏 设计工具栏 使用中元件列表 元件工具栏 仪器仪表工具栏 电路图编辑窗口 状态栏 仿真开关 com按钮 菜单 View 调整视图窗口 Place 在编辑窗口中放置节点 元器件 总线 输入 输出端 文本 子电路等对象 Simulate 提供仿真的各种设备和方法 Transfer 将所搭电路及分析结果传输给其他应用程序 Tools 用于创建 编辑 复制 删除元件 Options 对程序的运行和界面进行设置 设计工具栏 器件按钮 缺省显示 当选择该按钮时 器件选择器显示 器件编辑器按钮 用以调整或增加器件 Tools的快捷方式 仪表按钮 用以给电路添加仪表或观察仿真结果 分析按钮 用以选择
4、要进行的分析 仿真按钮 用以开始 暂停或结束仿真 后分析器按钮 用以进行对仿真结果的进一步操作 VHDL Verilog按钮 用以使用VHDL模型进行设计VHDL VHSICHardwareDescriptionLanguageVHSIC VeryHighSpeedIntegratedCircuit 报告按钮 用以打印有关电路的报告 传输按钮 用以与其它程序通讯 比如与Ultiboard通讯 也可以将仿真结果输出到像MathCAD和Excel这样的应用程序 元件工具栏 仪器仪表工具栏 从左到右分别是 数字万用表 函数发生器 示波器 波特图仪 字信号发生器 逻辑分析仪 瓦特表 逻辑转换仪 失真分
5、析仪 网络分析仪 频谱分析仪注 电压表和电流表在指示器件库 而不是仪器库中选择 操作 设置菜单栏Option Preferences中各属性 四 定制Multisim用户界面 Multisim元件库 电源库 Sources 基本元件库 Basic 二极管库 DiodesComponents 晶体管库 TransistorsComponents 模拟元件库 AnalogComponents TTL元件库 TTL CMOS元件库 CMOS 其他数字元件库 MiscDigitalComponents 混合芯片库 MixedComponents 指示器件库 IndicatorsComponents 其
6、他器件库 MiscComponents 控制器件库 ControlComponents 射频器件库 RFComponents 机电类器件库 Elector MechanicalComponents 一 电源库 电源库中共有30个电源器件 分别是 接地端 数字接地端 VCC电压源 VDD数字电压源 直流电压源 直流电流源 正弦交流电压源 正弦交流电流源 时钟电压源 调幅信号源 调频电压源 调频电流源 FSK信号源 电压控制正弦波电压源 电压控制方波电压源 电压控制三角波电压源 电压控制电压源 电压控制电流源 电流控制电压源 电流控制电流源 电流控制电压源 电流控制电流源 脉冲电压源 脉冲电流源图
7、 指数电压源 指数电流源 分段线性电压源 分段线性电流源 压控分段电压源 受控单脉冲 多项式电源 非线性相关电源 1 接地端 利用Multisim创建电路时必须接 地 2 直流电压源 设置显示状态 设置电压幅值 设置分析类型 设置故障 3 交流电压源 设置最大值 设置有效值 设置频率 设置初相位 4 时钟电压源 实质上是一个频率 占空比及幅度皆可调的方波发生器 5 受控源 1 VCVS 2 VCCS 3 CCVS 4 CCCS 二 基本元件库 电阻 虚拟电阻 电容 虚拟电容 电解电容 上拉电容 电感 虚拟电感 电位器 虚拟电位器 可变电容 虚拟可变电容 可变电感 虚拟可变电感 开关 继电器 变
8、压器 非线性变压器 磁芯 无芯线圈 连接器 插座 半导体电阻 半导体电容 封装电阻 SMT电阻 SMT电容 SMT电解电容 SMT电感 现实元件虚拟元件 1 电阻 电阻浏览器 电阻模型分类栏 General 页 元件的一般性资料 包括元件的名称 制造商 创建时间 制作者 Symbol 页 元件的符号 Model 页 元件的模型 提供电路仿真时所需要的参数 Footprint 页 元件封装 提供给印制电路板设计的原件外形 ElectronicParameters 页 元件的电气参数 包括元件在实际使用中应该考虑的参数指标 UserFields 页 用户使用信息 编辑电阻元件 2 虚拟电阻 3 电
9、位器 设定控制键 设置调节幅度 4 开关 CURRENT CONTROLLEDSWITCH 电流控开关 SPDT 单刀双掷开关 SPST 单刀单掷开关 TD SWI 时间延迟开关 VOLTAGE CONTROLLEDSWITCH 电压控开关 设定控制键 三 指示器件库 电压表 电流表 探测器 灯泡 十六进制显示器 条形光柱 蜂鸣器 设置内阻 电路类型选择 3Multisim仪器仪表库 数字万用表 Multimeter 函数信号发生器 FunctionGenerator 瓦特表 Wattmeter 示波器 Oscilloscope 波特图仪 BodePlotter 字信号发生器 WordGene
10、rator 逻辑分析仪 LogicAnalyzer 逻辑转换仪 LogicConverter 失真分析仪 DistortionAnalyzer 频谱分析仪 SpectrumAnalyzer 网络分析仪 NetworkAnalyzer 一 数字万用表 二 函数信号发生器 三 瓦特表 A B两通道 G是接地端 T为触发端 四 示波器 测量数据显示区在示波器显示区有两个可以任意移动的游标 游标所处的位置和所测量的信号幅度值在该区域中显示 其中 T1 T2 分别表示两个游标的位置 即信号出现的时间 VA1 VB1 和 VA2 VB2 分别表示两个游标所测得的A通道和B通道信号在测量位置具有的幅值 时基
11、控制 Timebase X轴刻度 s div 控制示波屏上的横轴 即X轴刻度 时间 每格 X轴偏移 Xposition 控制信号在X轴的偏移位置 显示方式 Y T 幅度 时间 横坐标轴为时间轴 纵坐标轴为信号幅度Add A B通道幅值相加B A B电压 纵坐标 A电压 横坐标 A B A电压 B电压 A B 信号通道控制调节 Y轴刻度 设定Y轴每一格的电压刻度 Y轴偏移 控制示波器Y轴方向的原点 输入显示方式 AC方式 仅显示信号的交流成分 0方式 无信号输入 DC方式 显示交流和直流信号之和 触发控制 Trigger 触发方式Edge 上升沿触发和下降沿触发 触发电平大小Level 触发信号
12、选择 Sing 单脉冲触发 Nor 一般脉冲触发 Auto 触发信号不依赖于外信号 A B A或B通道的输入信号作为同步X轴的时基信号 Ext 用示波器图表上T端连接的信号作为同步X轴的时基信号 4电路图绘制 例 在Multisim中绘制如下电路图 并用示波器观察电容电压波形的变化 一 建立电路文件 二 从元器件库中调有所需的元器件 三 电路连接及导线调整 四 为电路增加文本 五 示波器的连接 六 电路仿真 基于Multisim的电路分析 1电阻电路分析 一 测量节点电压 基本操作 选用 直流工作点分析 DCOperatingPointAnalysis 1 Outputvariables 主要
13、作用是选择所要分析的节点电压 电源和电感支路电流 2 MiscellaneousOptions 用于设置与仿真相关的其它选项 3 Summary 对分析设置的汇总 例1 求下图所示电路的节点电压U1 U2 见example8 1 1 msm 二求戴维宁等效电路 基本操作 1 利用数字万用表测量电路端口的开路电压和短路电流2 求解出该二端网络的等效电阻3 绘制戴维宁等效模型 例2求下图所示电路的戴维宁等效电路 Req 16 6 333 3 见example8 1 2 msm 三验证叠加原理 例3测量下图所示电路中的电流I 并验证叠加原理 见example8 1 3 msm 2动态电路分析 主要目
14、的 观察动态电路响应的时域波形 主要方法 1 利用 瞬态分析 TransientAnalysis 2 利用示波器 瞬态分析 TransientAnalysis 设置初始条件 设置分析时间 设置计算步长 例1观察下图所示RC电路的零输入响应uc t 已知uc 0 10V 关键 1 设置电容元的初值2 设置分析时间 1 设置电容元的初值 1 所选用的电容为现实电容 2 所选用的电容为虚拟电容 2 设置分析时间 时间常数 工程上认为经过4 5 暂态过程结束 故仿真的时间取0 0 05s 3 结果显示 见example8 2 1 msm 例2已知R 1 L 1H 对比分析在电压源作用下RL串联电路的电
15、感电流的阶跃响应和冲激响应 关键 恰当地选择和设置激励源 1 观察阶跃响应 见example8 2 2 msm 输入激励波形 阶跃响应波形 2 观察冲激响应 阶跃响应波形 冲激响应波形 例3在RLC串联电路中 已知L 10mH R 51 C 2uF 信号源输出频率为100Hz 幅值为5V的方波信号 利用示波器观察同时观察输入信号和电容电压的波形 此时电路处于何种状态 当R为多少时 电路处于临界阻尼状态 关键 示波器与电路的连接设置示波器连线的颜色设置示波器面板的各刻度 见example8 2 3 msm 在响应波形中有振荡现象 电路处于欠阻尼状态 临界电阻 当R R0时 电路处于欠阻尼状态 当
16、R R0时 电路处于临界阻尼状态 当R R0时 电路处于过阻尼状态 若需要同时观察三种状态 可采用 参数扫描方式 ParameterSweep 参数扫描方式 ParameterSweep 选择扫描的元件和参数 选择扫描方式 选择分析类型 设置分析参数 3交流电路分析 一 测定交流电路的参数 测定交流电路的参数常用的有三表法 即交流电压表测U 交流电流表测I 瓦特表测P及功率因数 然后通过下列关系计算出电路参数 阻抗的模 等效电阻 等效电抗 例1设计实验测定电路模块Zx的参数 并判断其性质 见example8 3 1 msm 电压滞后电流 呈容性 基本操作 选用 交流分析 ACAnalysis 二 观察交流电路的幅频特性和相频特性 并测定谐振参数 信号源起 止频率 扫描方式 例2已知RLC串联电路中R 100 L 100uH C 100nF 观察RLC串联电路的幅频特性和相频特性 求谐振频率 不表示分析频率 见example8 3 2 msm f0 50 1187kHz 将正弦交流电压源的频率设置为谐振频率50 1187kHz 品质因数 三 交流电路功率因数提高 例3RL串联电路为一老式
