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1、海军航空工程学院毕业论文本科毕业设本科毕业设计计（ 论论文文）题 目 基于 Multisim 的 模拟电路仿真技术部 系 地方生部 专 业 电子信息工程 学 员 郑怿 指导教员 梁发麦 中中国国人人民民解解放放军军海海军军航航空空工工程程学学院院2007 年 7 月基于 Multisim 的模拟电路仿真技术基于基于 Multisim 的模拟电路仿真技术的模拟电路仿真技术摘要：介绍了 Multisim 软件的功能和特点，提出运用 Multisim 实现模拟电路的仿真方法。通过几个电 子原理性电路的仿真实例阐述了模拟电路建立、元器件的选用和仿真参数的设置方法等关健问题，同时 得到了正确的仿真结果。
2、 关键词：模拟电路；Multisim ；仿真技术；EDA 从 20 世纪 80 年代以来，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。同时深亚微 米半导体工艺、B 表面安装技术的发展又支持了产品集成化程度的进步，使电子产品进入了 片上系统（SOC ）时代。另外电子产品厂商不懈追求缩短产品设计周期，从而获取高收益。 在这些因素的影响下，EDA 技术应运而生。EDA ( Electronic Design Automation ，电子 设计自动化）技术是一门综合了现代电子与计算机技术，以计算机为平台对电子电路、系统 或芯片进行设计、仿真和开发的计算机辅助设计技术。利用 EDA 技术对电力电子电路进行
3、 仿真一直是研究电力电子技术的工程技术人员所期望实现的目标。Multisim 就为此提供了 一个良好的平台。在这个平台上可以容易地实现了基本的电力电子电路的仿真，包括不控整 流电路、可控整流电路、逆变电路等电路的仿真分析。仿真得到的结果与理论分析的结果基 本一致，这对电子电路的设计具有重大的意义。本文主要介绍利用 Multisim 10 平台对基本 电子电路进行仿真的方法，得出与理论相符合的结果，有利于实际的工程设计。1 Multisim 的功能和特点加拿大 Interactive Image Technologie 公司在 1958 年推出了一个专门用于电子电路仿真和设计的 EDA 工具软件
4、 EWB ( Electronics Workbench ） 。由于 EWB 具有许多突出的优点，引起了电子电路设计工作者的关注，迅速得到了推广使用。但是随着电子技术的飞速发展，EWB 5 . x 版本的仿真设计功能已远远不能满足复杂的电子电路的仿真设计要求。因此 IIT 公司将用于电路级仿真设计的模块升级为 Multisim ，并于 2001 年推出了 Multisim 的最新版本 Multisim 2001 。Multisim 2001 继承了 EWB 界面形象直观、操作方便、仿真分析功能强大、分析仪器齐全、易学易用等诸多优点，并在功能和操作上进行了较大改进。主要表现为：增加了射频电路的仿
5、真功能；极大扩充了元器件库；新增了元件编辑器；扩充了电路的测试功能；增加了瓦特表、失真仪、网络分析仪等虚拟仪器，并允许仪器仪表多台同时使用；改进了元件之间的连接方式，允许任意走向；支持 VHDL 和 Verilog 语言的电路仿真与设计；允许把子电路作为一个元器件使用，允许用户自定义元器件的属性等。工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和 分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim 和虚拟仪器技术， PCB 设计工程师
6、和 电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计 流程。 （一）模拟电路举例：1.1 晶体管基本放大电路晶体管基本放大电路共射极，共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础，通过 EWB 对其进行仿 真分析，进一步熟悉三种电路在静态工作点，电压放大倍数，频率特性以及输入，输出电阻等方面各自的 不同特点。海军航空工程学院毕业论文1.1.1 共射极基本放大电路共射极基本放大电路按图 1 搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option ）中的显示/ 隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示
7、元件的标号与数值等。（1） . 静态工作点分析静态工作点分析 选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point） （当然，也可以使用仪器库中 的数字多用表直接测量）分析结果表明晶体管工作在放大状态。 . 动态分析动态分析 用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号 Vi(幅值为 5mV,频率为 10kH)，用示波器观察到输入， 输出波形。由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的 简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。 . 参数扫描分析参数扫描分析 在图 1 所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻的阻值大小直接决
8、定了静态电流的大小， 保持输入信号不变，改变的阻值，可以观察到输出电压波形的失真情况。选择分析菜单中的参数扫 描选项（Analysis/Parameter Sweep Analysis） ，在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为，参数为电 阻，扫描起始值为，终值为，扫描方式为线性，步长增量为，输出节点， 扫描用于暂态分析。 . 频率响应分析频率响应分析 选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流频率分析参数设置对话 框中设定：扫描起始频率为Hz，终止频率为GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点做 输出节点。 由图分析可得：当共射极
9、基本放大电路输入信号电压为幅值mV 的变频电压时，电路输出中频 电压幅值约为.，中频电压放大倍数约为倍，下限频率（）为.Hz，上限频率 （）为.MHz，放大器的通频带约为.MHz。 由理论分析可得，上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻 rbe 限定，输出电阻由集 电极电阻限定。1. 共集电极基本放大电路（射极输出器）共集电极基本放大电路（射极输出器）图 2 为一共集电极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号（幅值为，基于 Multisim 的模拟电路仿真技术频率为 10 kHz）采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。用示波器 测得电
10、路的输出，输入电压波形，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。（2）由图所示共集电极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频率（）为 .GHz，下限频率（）为.Hz，通频带约为.GHz。1. 共基极基本放大电路共基极基本放大电路图 3 为一共基极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号 Vi(幅值为 5mV, 频率为 10kHz)，采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。用示波器 测得电路的输出，输入电压波形，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。（3）由图所示共基极基本放大电路的频率响应曲线可求得：电路的上限频
11、率（）为 .Hz，下限频率（）为.Hz，通频带约为.Hz。海军航空工程学院毕业论文1.2 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路1.2.1 共源极放大电路共源极放大电路（4）共源极放大电路如图 7.2-1 所示，Q1 选用三端式增强型 N 沟道绝缘栅场效应管。按图 7.2-1 在 EWB 主界面内搭建电路后，双击 Q1，出现三端式增强型 N-MOSFET 参数设置对话框，选模型 (Model) 项，将 库元件设置为默认 (default) ，理想 (ideal) 模式，然后点击对话框右侧编辑 (Edit) 按钮，在 Sheet 1 中将 跨导系数 (Transconductance coef
12、ficient (KP) 设置为 0.001A/V。 分析共源极放大电路可参照共射极放大电路的分析过程进行，可根据图 4 电路参数和共源极放大器 的电压放大倍数表达式求得 AV 的理论计算值，然后与仿真实测值进行比较。1.2.2 共漏极放大电路共漏极放大电路（5）基于 Multisim 的模拟电路仿真技术共漏极放大电路如图 5 所示，按图在 EWB 主界面内搭建电路后，选 Q1 为理想三端式增强型 N 沟道 绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为 0.001A/V。电路仿真分析过程可参见 7.1 节中共集电极放大电路的 分析过程进行。 可根据图 5 电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得 A
13、 的理论计算值，然后与仿真实测 值进行比较。1.2.3 共栅极放大电路共栅极放大电路（6）共栅极放大电路如图 6 所示，按图在 EWB 主界面内搭建电路后，选 Q1 为理想三端式增强型 N 沟道 绝缘栅场效应管，并将跨导值设置为 0.001A/V。电路仿真分析过程可参见共基极放大电路的分析过程进 行。 可根据图 5 电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得 A 的理论计算值，然后与仿真实测 值进行比较。1.3 场效应管与晶体管组合放大电路场效应管与晶体管组合放大电路场效应管具有输入阻抗高，噪声小等显著特点，但放大能力较弱（小） ，而半导体三极管具有较强的 放大能力（高）和负载能力。若将场
14、效应管与半导体三极管组合使用，就可大大提高和改善放大电路的 某些性能指标，扩展场效应管的应用范围。海军航空工程学院毕业论文（7）图 7 是由场效应管共源极放大电路和晶体管共射极放大电路组成的两极组合放大电路，图中三端式 增强型绝缘栅场效应管 Q1 选用理想模型，将跨导 gm 设置为 0.001A/V，晶体管 Q2 选用 N2222A，其电 流放大系数为 255.9。先队该电路进行静态分析，再进行动态分析，频率特性分析以及关键元件的参数扫 描分析等。 1. 静态分析。 选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果。 2. 动态分析。 （1）理论分析。 （2）仿真测试分析。用仪器库的函数
15、发生器为电路提供正弦输入信 号(Vi 的幅值为 5mV,频率为 10kHz)，用示波器测得电路的输出，输入电压。再计算出电路的放大倍 数。 3.频率特性分析。 4.元件参数扫描分析。1.4 差动放大电路差动放大电路差动放大电路是模拟集成电路中使用最广泛的单元电路，它几乎是所有集成运放，数据放大器，模 拟乘法器，电压比较器等电路的输入级，又几乎完全决定着这些电路的差模输入特性。共模输入特性， 输入失调特性和噪声特性。以下仅对晶体管构成的射极耦合差放和恒流源差放进行仿真分析，对用场效 应管构成的差放电路可采用相同方法进行分析。 在图 8 所示差放电路中,晶体管 Q1 和 Q2 的发射极通过开关 S1 与射极电阻 R3 和 Q3 构成的恒流源有 选择的连接(通过敲击”K”键,选择连接点 9 或 11),完成射极耦合差放和恒流源差放两种电路的转换.（8）基于 Multisim 的模拟电路仿真技术1.4.1 射极耦合差放仿真分析射极耦合差放仿真分析按图 8 搭建电路，选择晶体管 Q1，Q2 和 Q3 均为 2N2222A，电流 放大系数为 200。将开关 S1 和 R3 相连，构成射极偶合差放电路。 1.静态分析。 选择分析菜单中的直流工作点分析项，获得电路静态分析结果。 2.动态分析。 （1）理论分析。 （2）差模输入仿真测试分析。A。用示波器测量差模电压放大倍数，观察波形相位关系。
