multisim電子電路仿真教程第二章

1、multisim電子電路仿真教程第二章2.1 2.1 原理圖的創(chuàng)建原理圖的創(chuàng)建 下面以一個(gè)單管放大電路為例介紹原理圖的創(chuàng)建過(guò)程(見圖2-1)。 圖2-1 單管放大電路 1 1設(shè)計(jì)電路界面設(shè)計(jì)電路界面可以按照第1章中介紹的定制Multisim界面設(shè)置自己的工作界面，當(dāng)然也可以直接在基本界面上開始創(chuàng)建電路。還可以為所設(shè)計(jì)的電路設(shè)置一個(gè)標(biāo)題欄。設(shè)置后的工作界面如圖2-2所示。 圖2-2 用戶設(shè)置的界面 2 2放置元件放置元件Multisim已將所有的元件模型分門別類地放置在了元件工具欄的元件庫(kù)中。設(shè)計(jì)者可以在相應(yīng)的元件庫(kù)中選擇所需要的元件。1) 放置電阻將鼠標(biāo)指向Basic元件庫(kù)按鈕 時(shí)，元件庫(kù)展開

2、。元件庫(kù)中有兩個(gè)電阻箱，左邊一個(gè)存放著現(xiàn)實(shí)存在的電阻元件，稱為現(xiàn)實(shí)電阻箱；右邊一個(gè)帶有墨綠色襯底的電阻箱中存放著一個(gè)可任意設(shè)置阻值的虛擬電阻，稱為虛擬電阻箱。為了與實(shí)際電路接近，應(yīng)盡量選用現(xiàn)實(shí)電阻箱中的電阻元件。例如，要選取10 k的電阻，先點(diǎn)擊現(xiàn)實(shí)電阻箱，出現(xiàn)Component Browser對(duì)話框，如圖2-3所示。 圖2-3 Component Browser對(duì)話框 該對(duì)話框顯示出元器件的許多信息。在Component Name List欄中列出了若干現(xiàn)實(shí)電阻元件。拉動(dòng)滾動(dòng)條，找到10kOhm_5%，點(diǎn)擊選中，再點(diǎn)擊OK按鈕，則選出的電阻會(huì)緊隨著鼠標(biāo)在電路窗口內(nèi)移動(dòng)，移到合適的位置后，點(diǎn)擊

3、即可將這個(gè)10 k的電阻放置在適當(dāng)位置。同理，可將電路中所需的其他電阻一一選出放到電路窗口中適當(dāng)?shù)奈恢?。如果選擇虛擬電阻箱中的電阻，則點(diǎn)擊后可直接拖出一個(gè)虛擬電阻，雙擊后可打開屬性設(shè)置框，如圖2-4所示，可在Value頁(yè)中設(shè)置此虛擬電阻的值。 圖2-4 虛擬電阻屬性設(shè)置框 2) 放置電位器Basic元件庫(kù)中的電位器箱也有現(xiàn)實(shí)電位器箱和虛擬電位器箱兩種。點(diǎn)擊虛擬電位器后可直接帶出元件，雙擊后可以改變電位器的值。同樣，應(yīng)盡量選擇現(xiàn)實(shí)電位器箱的元件。點(diǎn)擊按鈕 ，出現(xiàn)如圖2-5所示的對(duì)話框。從列表欄中選擇100 K_LIN放置到電路窗口。電位器Rw旁標(biāo)注的文字“Key=a”表明按動(dòng)鍵盤上a鍵，電位器的

4、阻值將按每次減小5%的速度減??；若要增加阻值，則可按Shift+a鍵，阻值將以每次增加5%的速度增加。 圖2-5 選取電位器對(duì)話框 3) 放置電容在Basic元件庫(kù)中找到電解電容箱，利用與放置電阻同樣的方法可以將兩個(gè)10F和一個(gè)47 F的電解電容放置到電路窗口中。 4) 放置三極管將鼠標(biāo)指向晶體管庫(kù)按鈕，晶體管庫(kù)即可展開，出現(xiàn)晶體管元件箱。由于Multisim是國(guó)外公司開發(fā)的軟件，因此在現(xiàn)實(shí)元件箱中存放的是根據(jù)國(guó)外幾個(gè)大公司的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)模型，沒(méi)有我國(guó)的晶體管器件模型，設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇和我國(guó)產(chǎn)品相近的國(guó)外產(chǎn)品模型。還可以點(diǎn)擊虛擬NPN元件箱，選擇虛擬晶體三極管。與選取虛擬電阻的方法一樣，從

5、虛擬晶體管庫(kù)取出BJT_NPN_VIRTUAL放到電路窗口適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。雙擊元件，打開元件屬性對(duì)話框，如圖2-6所示。選擇Value頁(yè)，點(diǎn)擊Edit Model，即出現(xiàn)Edit Model對(duì)話框，如圖2-7所示。其中BF即是(電流放大倍數(shù))，其值可修改。然后點(diǎn)擊Change Part Model按鈕，回到BJT_NPN_VIRTUAL對(duì)話框，點(diǎn)擊“確定”按鈕，三極管即放置完畢。 圖2-6 BJT_NPN_VIRTUAL元件屬性對(duì)話框 圖2-7 Edit Model對(duì)話框 5) 放置直流電源將鼠標(biāo)指向Source元件庫(kù)按鈕，電源元件庫(kù)展開。電源庫(kù)中的元件全部是虛擬的，選擇直流電壓源 或簡(jiǎn)化的直流

6、電壓源。點(diǎn)擊直接拖出所選電源至合適位置時(shí)，再次點(diǎn)擊將電源放置在電路窗口中，雙擊打開其屬性對(duì)話框，在Value頁(yè)可改變電壓值，如圖2-8所示。 圖2-8 電壓源屬性對(duì)話框 6) 放置交流信號(hào)源交流信號(hào)源可以采用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，也可以直接調(diào)用交流電壓源。直接調(diào)用元件箱中的交流電壓源，點(diǎn)擊按鈕，帶出一個(gè)參數(shù)是0.7 V、1 kHz、0 Deg的交流電壓信號(hào)源。雙擊元件，出現(xiàn)屬性對(duì)話框(如圖2-9所示)，在此可以對(duì)這個(gè)信號(hào)源的大小、頻率、初相進(jìn)行修改。 圖2-9 AC Voltage屬性對(duì)話框 7) 放置接地端如果電路沒(méi)有接地端，通常不能進(jìn)行有效的分析。點(diǎn)擊Source元件庫(kù)中的接地按鈕，再將其拖出至

7、合適位置，點(diǎn)擊釋放即可。通常放置元件的方法是在相應(yīng)的元件箱中提取元件，如上所述。另外，還可以執(zhí)行菜單命令Place/Place Component.，在彈出的Component Browser元件瀏覽對(duì)話框中選擇元件所在的Database Name數(shù)據(jù)庫(kù)(默認(rèn)情況下為Multisim Master，這是最常用的數(shù)據(jù)庫(kù))，然后在Component中選擇元件箱名。左邊Component Name List元件列表中就會(huì)出現(xiàn)選中元件箱中的所有元件。接下來(lái)的操作和從元件箱中取元件的操作是一樣的。 2調(diào)整元件 根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整元器件的位置和方向，可以使工作區(qū)內(nèi)的電路圖更為整齊。點(diǎn)擊并拖動(dòng)元件，可以調(diào)整元

8、件的位置。如果元件要垂直放置或上下、左右翻轉(zhuǎn)，可在選中元件后打開Edit菜單，選取相應(yīng)的翻轉(zhuǎn)命令。也可彈出快捷菜單，在其中選取相應(yīng)的命令來(lái)進(jìn)行調(diào)整。若已經(jīng)連接了線，翻轉(zhuǎn)時(shí)連線不會(huì)斷開；若要同時(shí)調(diào)整多個(gè)元件，可先將要調(diào)整的元件全部選中，然后再拖動(dòng)或執(zhí)行相應(yīng)的命令。 圖2-10 設(shè)置元件的參考序號(hào) 3 3連接線路連接線路放置完所有的元器件后接下來(lái)對(duì)其進(jìn)行線路連接。1) 自動(dòng)連線將光標(biāo)指向所要連接的元件的引腳上，鼠標(biāo)指針就會(huì)變成圓圈狀，單擊左鍵并移動(dòng)光標(biāo)，即可拉出一條虛線；如要從某點(diǎn)轉(zhuǎn)彎，則應(yīng)先點(diǎn)擊，以固定該點(diǎn)，然后移動(dòng)光標(biāo)，到達(dá)終點(diǎn)后點(diǎn)擊，即可完成自動(dòng)連線。自動(dòng)連線只能在點(diǎn)與點(diǎn)之間(包括引腳之間)

9、和點(diǎn)與線之間進(jìn)行，不能在線與線之間進(jìn)行。如果連線沒(méi)有成功，可能是連接點(diǎn)與其他元件太靠近所致，移開一段距離即可。 2) 改變連線軌跡選中相應(yīng)連線后，線上會(huì)出現(xiàn)調(diào)整點(diǎn)。將光標(biāo)移到調(diào)整點(diǎn)上，光標(biāo)會(huì)顯示為三角形，拖曳光標(biāo)可改變連線的形狀；光標(biāo)移到線上會(huì)顯示為雙箭頭形，拖曳光標(biāo)可平移連線。3) 手動(dòng)添加連接點(diǎn)在丁字形交叉點(diǎn)，程序會(huì)自動(dòng)放置節(jié)點(diǎn)表示相連接；而在十字形交叉點(diǎn)，程序不放置節(jié)點(diǎn)，表示不相連。如果希望十字形交叉處互連，則需使用Place/Place Junction命令先在交叉處放置一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后其他點(diǎn)都和這個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。若先連接成十字形交叉線，再在交叉處放置節(jié)點(diǎn)，往往是虛焊點(diǎn)，不可靠，沒(méi)有真正地連

10、接。還有一種方法是先連一根線，再將另一根線分成兩段，變成兩段點(diǎn)與線的連接，這個(gè)連接也是可靠的。 4) 設(shè)置連接線的顏色缺省的連接線的顏色是由Option/Preferences命令所設(shè)定的。若需要改變某一根連接線的顏色，可將光標(biāo)指向這根連接線，點(diǎn)擊右鍵，彈出快捷菜單，選擇Color.命令進(jìn)行設(shè)置。5) 刪除連接線或節(jié)點(diǎn)若要?jiǎng)h除連接線或節(jié)點(diǎn)，可選中連接線或節(jié)點(diǎn)，按Delete鍵；或?qū)⒐鈽?biāo)指向要?jiǎng)h除的連接線或節(jié)點(diǎn)，單擊右鍵，彈出快捷菜單，選擇Delete命令。 4放置文字注釋如果文字注釋比較多，可通過(guò)Place/Place Text Description啟動(dòng)電路文本描述框，在該文本框中輸入對(duì)電路

11、的詳細(xì)描述。若文字比較少或要就近對(duì)電路注釋，則可使用Place/Text命令直接在電路圖中放置文字。如圖2-1中單管放大電路的注釋就采用后一種方法設(shè)置。 5顯示電路圖中的節(jié)點(diǎn)編號(hào)啟動(dòng)Options/Preferences.對(duì)話框，選中Circuit頁(yè)，將Show區(qū)中Show node names 選項(xiàng)選中，電路圖中的節(jié)點(diǎn)編號(hào)即在圖中顯示。編輯調(diào)整好的電路如圖2-11所示。 圖2-11 創(chuàng)建完成的電路圖 2.2 電路的仿真分析電路的仿真分析1 1調(diào)用和連接測(cè)試儀表進(jìn)行仿真分析調(diào)用和連接測(cè)試儀表進(jìn)行仿真分析(1) 從窗口右邊的儀表欄中調(diào)出一臺(tái)示波器，方法與從元件欄中選取虛擬元件一樣。將示波器的A通

12、道接輸入信號(hào)源，通道接輸出端，如圖2-12所示。 圖2-12 示波器的連接 (2) 雙擊電路中的示波器圖標(biāo)，即可開啟示波器的面板，如圖2-13所示。為了觀察到清晰的波形，需適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器界面上的時(shí)基(Timebase)和A、B通道(ChannelA和Channel B)的Scale值。 圖2-13 示波器的面板 (3) 啟動(dòng)仿真開關(guān)，反復(fù)按鍵盤上的a鍵，減小基極電阻RW的大小，觀察示波器波形的變化。當(dāng)Key=5%時(shí)，波形出現(xiàn)了飽和失真，如圖2-14所示。 圖2-14 由示波器觀察到的飽和失真波形 (4) 反復(fù)按Shift+a鍵，增大基極電阻RW的大小，觀察示波器的波形。隨著電位器阻值的增加，輸

13、出波形的飽和失真將減小。當(dāng)Key=30%時(shí)，電路處于正常放大狀態(tài)，電路輸出及輸入波形如圖2-15所示。 圖2-15 由示波器觀察到的正處于放大狀態(tài)的波形 (5) 繼續(xù)增大阻值到Key=80%時(shí)，電路出現(xiàn)明顯的截止失真。由示波器觀察到的波形如圖2-16所示。 圖2-16 由示波器觀察到的截止失真波形 2 2電路分析方法電路分析方法在以上由示波器觀察電路輸出的過(guò)程中，可以確定Key=30%的電路是處于放大狀態(tài)的?？梢酝ㄟ^(guò)儀器儀表測(cè)得電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，也還可以采用軟件提供的分析方法進(jìn)行仿真分析得到電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。啟動(dòng)Simulate/Analyses/DC Operating point.命令，打

14、開DC Operating Point Analysis對(duì)話框，如圖2-17所示。 圖2-17 DC Operating Point Analysis對(duì)話框 在Output variables頁(yè)中，選擇需要用來(lái)仿真的變量。可供選擇的變量一般包括所有節(jié)點(diǎn)的電壓和流經(jīng)電壓源的電流，這些變量全部列在Variables in circuit欄中。先選擇需要仿真的變量，點(diǎn)擊Plot during simulation按鈕，則可將這些變量移到右邊欄中。如果要?jiǎng)h除已移入右邊的變量，也只需先選中變量，再點(diǎn)擊Remove按鈕即可。這里選擇8、9、13、17，然后點(diǎn)擊Simulate按鈕，系統(tǒng)便顯示出運(yùn)算的結(jié)果，

15、如圖2-18所示。 圖2-18 仿真結(jié)果顯示 從仿真結(jié)果可以看到，節(jié)點(diǎn)8、17、9、13的電壓分別是3.058 75 V、2.306 56 V、12.000 00 V、7.029 64 V。結(jié)合電路圖中節(jié)點(diǎn)的位置可知：VB=3.058 75 V，VE=2.306 56 V，VC=7.029 64 V，Vcc=12 V，與手工估算的結(jié)果基本一致。從仿真計(jì)算出的三極管的基極、發(fā)射極、集電極的電壓可以判斷出電路處于放大電路，和前面用示波器觀察的結(jié)果是一致的。 2.3 子電路的創(chuàng)建與調(diào)用子電路的創(chuàng)建與調(diào)用 1 1創(chuàng)建要成為子電路部分的電路圖創(chuàng)建要成為子電路部分的電路圖要使子電路部分的電路圖與其余電路部

16、分相連，其端子上必須連接輸入/輸出端符號(hào)。如將剛編輯的單管放大電路用一個(gè)子電路代替，在輸入端將信號(hào)源去掉，連接兩個(gè)輸入端符號(hào)(X1和X2)，在輸出端將負(fù)載電阻去掉，連接兩個(gè)輸出端符號(hào)(Y1和Y2)。輸入/輸出端符號(hào)的放置，可通過(guò)Place菜單下的Place Input/Output命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，放置后雙擊可以打開一個(gè)對(duì)話框，在其中可修改端口名字。注意：輸入/輸出端符號(hào)放置的方向，將決定是輸入端還是輸出端。放置在左邊表示輸入端，放置在右邊表示輸出端。放置輸入/輸出端符號(hào)的放大電路如圖2-19所示。 圖2-19 單管放大電路 圖2-20 Subcircuit Name對(duì)話框 2 2將電路圖創(chuàng)建成一個(gè)

17、子電路將電路圖創(chuàng)建成一個(gè)子電路(1) 按住鼠標(biāo)左鍵，拉出一個(gè)長(zhǎng)方形，把用來(lái)組成子電路的電路部分全部選定。(2) 啟動(dòng)Place菜單中的Replace by Subcircuit，打開如圖2-20所示的Subcircuit Name對(duì)話框。(3) 在對(duì)話框中輸入子電路的名稱，如DF，點(diǎn)擊OK按鈕即可得到如圖2-21所示的子電路。不帶引腳的X1是子電路的序號(hào)，雙擊它可打開子電路對(duì)話框，如圖2-22所示，可以在Reference ID中更改子電路的序號(hào)。如果點(diǎn)擊Edit Subcircuit按鈕，則可進(jìn)入該子電路重新編輯。 圖2-21 子電路 圖2-22 Subcircuit對(duì)話框 3 3調(diào)用子電路調(diào)用子電路(1) 啟動(dòng)Place菜單中的Place as Subcircuit，出現(xiàn)與圖2-20相同的對(duì)話框，輸入子電路的名稱，如DF，即可在當(dāng)前編輯的電路中放置該子電路方框圖。這個(gè)子電路方框圖就像是一個(gè)一般的電路組件，在電路圖中可與其他元器件一樣處理，但不能旋轉(zhuǎn)和更改屬性。在同一個(gè)電路中可使用多個(gè)相同或不同的子電路。(2) 圖2-23所示是調(diào)用兩個(gè)剛才建立的子電路組成的多級(jí)放大電路，圖2-24是其仿真結(jié)果。根據(jù)模擬電路知識(shí)可知，仿真結(jié)果是正確的，說(shuō)明電路工作正常。 圖2-23 由子電路構(gòu)成的兩級(jí)放大電路 圖2-24 示波器顯示的