模塊十 EDA仿真分析模擬電路

【相關(guān)理論知識(shí)】【能力培養(yǎng)】

模塊十

EDA仿真分析模擬電路知識(shí)點(diǎn)一：EDA仿真軟件

Multisim簡(jiǎn)介（一）Multisim10的基本界面單擊“開(kāi)始”→“程序”→“NationalInstruments”→“CircuitDesignSuite10.0”→“multisim”，啟動(dòng)Multisim10，可以看到如圖10.1所示的Multisim的主窗口。【相關(guān)理論知識(shí)】1．Multisim10的主窗口圖10.1Multisim的主窗口2．Multisim10主菜單圖10.2主菜單3．Multisim10的常用工具欄圖10.3Multisim10的常用工具欄

4.Multisim10的元器件庫(kù)

圖10.4Multisim10元器件庫(kù)圖10.5電源/信號(hào)源庫(kù)（1）電源/信號(hào)源庫(kù)圖10.6基本器件庫(kù)

（2）基本器件庫(kù)圖10.7二極管庫(kù)

（3）二極管庫(kù)圖10.8晶體管庫(kù)

（4）晶體管庫(kù)圖10.9模擬集成電路庫(kù)

（5）模擬集成電路庫(kù)圖10.10TTL數(shù)字集成電路庫(kù)

（6）TTL數(shù)字集成電路庫(kù)圖10.11CMOS數(shù)字集成電路庫(kù)

（7）CMOS數(shù)字集成電路庫(kù)圖10.12數(shù)字元器件庫(kù)

（8）數(shù)字元器件庫(kù)圖10.13數(shù)?；旌霞呻娐穾?kù)

（9）數(shù)?；旌霞呻娐穾?kù)圖10.14指示元器件庫(kù)

（10）指示元器件庫(kù)圖10.15電源元器件庫(kù)

（11）電源元器件庫(kù)圖10.16其他元器件庫(kù)

（12）其他元器件庫(kù)圖10.17鍵盤(pán)顯示元器庫(kù)

（13）鍵盤(pán)顯示元器庫(kù)圖10.18機(jī)電類(lèi)元器件庫(kù)

（14）機(jī)電類(lèi)元器件庫(kù)圖10.19微控制元器庫(kù)

（15）微控制元器庫(kù)圖10.20射頻元器件庫(kù)

（16）射頻元器件庫(kù)圖10.21儀器儀表庫(kù)5．Multisim10的儀器儀表庫(kù)（二）Multisim10的基本操作1.文件（File）的基本操作（1）新建（File→New）—Ctrl＋N（2）打開(kāi)（File→Open）—Ctrl＋O（3）關(guān)閉（File→Close）（4）保存（File→Save）—Ctrl＋S（5）文件換名保存（File→SaveAs）（6）打印（File→Print）—Ctrl＋P（7）打印設(shè)置（File→Print

Options→PrintCircuitSetup）（8）退出（File→Exit）2．編輯（Edit）的基本操作（1）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（Edit→Orientation→90Clockwise）—Ctrl＋R（2）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（Edit→Orientation→90CounterCW）—Shift＋Ctrl＋R（3）水平反轉(zhuǎn)（Edit→Orientation→FlipHorizontal）（4）垂直反轉(zhuǎn)（Edit→Orientation→FlipVertical）（5）元器件屬性（Edit→Properties）—Ctrl＋M3．創(chuàng)建子電路（1）首先在電路工作區(qū)連接好一個(gè)電路。（2）用拖框操作（按住鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)）將電路選中，這時(shí)框內(nèi)元器件全部選中。用鼠標(biāo)器單擊Place→NewSubcircuit選項(xiàng)，即出現(xiàn)子電路對(duì)話(huà)框。

圖10.22子電路對(duì)話(huà)框圖10.23子電路圖標(biāo)4．在電路工作區(qū)內(nèi)輸入文字（Place→Text）（1）啟動(dòng)Text命令（Place→Text）。啟動(dòng)Place菜單中的Text命令（Place→Text），然后用鼠標(biāo)單擊需要放置文字的位置，可以在該處放置一個(gè)文字塊（注意：如果電路窗口背景為白色，則文字輸入框的黑邊框是不可見(jiàn)的）。（2）輸入文字。在文字輸入框中輸入所需要的文字，文字輸入框隨文字的多少會(huì)自動(dòng)縮放。文字輸入完畢后，用鼠標(biāo)單擊文字輸入框以外的地方，文字輸入框會(huì)自動(dòng)消失。（3）改變文字的顏色。如果需要改變文字的顏色，可以用鼠標(biāo)指向該文字塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單。選取PenColor命令，在“顏色”對(duì)話(huà)框中選擇文字顏色。（4）移動(dòng)文字。如果需要移動(dòng)文字，用鼠標(biāo)指針指向文字，按住鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)到目的地后放開(kāi)左鍵即可完成文字移動(dòng)。（5）刪除文字。如果需要?jiǎng)h除文字，則先選取該文字塊，單擊右鍵打開(kāi)快捷菜單，選取Delete命令即可刪除文字。5．輸入注釋?zhuān)≒lace→Comment）圖10.24注釋描述對(duì)話(huà)框6．編輯圖紙標(biāo)題欄（Place→TitleBlock）圖10.25標(biāo)題欄文件選擇對(duì)話(huà)框知識(shí)點(diǎn)二：電路的創(chuàng)建

（一）元器件的基本操作1.元器件的選用2.選中元器件3.元器件的移動(dòng)4.元器件的旋轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)5.元器件的復(fù)制、刪除6.元器件標(biāo)簽、編號(hào)、數(shù)值、模型參數(shù)的設(shè)置

(二)導(dǎo)線(xiàn)的操作1.導(dǎo)線(xiàn)的連接2.連線(xiàn)的刪除與改動(dòng)3.改變導(dǎo)線(xiàn)的顏色4.在導(dǎo)線(xiàn)中插入元器件5.從電路刪除元器件6.“連接點(diǎn)”的使用“7.節(jié)點(diǎn)編號(hào)知識(shí)點(diǎn)三：儀器儀表的使用

（一）儀器的選用與連接

1.儀器選用

2.儀器連接

(二)儀器參數(shù)的設(shè)置

1.設(shè)置儀器儀表參數(shù)

2.改變儀器儀表參數(shù)

(三)數(shù)字多用表（Multimeter）

圖10.27數(shù)字多用表面板圖圖10.28數(shù)字多用表參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框

(四)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（FunctionGenerator）

圖10.29函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

(五)瓦特表（Wattmeter）

圖10.30瓦特表

(六)示波器（Oscilloscope）

圖10.31示波器話(huà)框

(七)波特圖儀（BodePlotter）

圖10.32波特圖儀

(八)字信號(hào)發(fā)生器（WordGenerator）

圖10.33字信號(hào)發(fā)生器

(九)邏輯分析儀（LogicAnalyzer）

圖10.34邏輯分析儀

(十)邏輯轉(zhuǎn)換儀（LogicConverter）

圖10.35邏輯轉(zhuǎn)換儀

(十一)失真分析儀（DistortionAnalyzer）

圖10.36失真分析儀

(十二)頻譜分析儀（SpectrumAnalyzer）

圖10.37頻譜分析儀

(十三)網(wǎng)絡(luò)分析儀（NetworkAnalyzer）

圖10.38網(wǎng)絡(luò)分析儀

(十四)IV（電流/電壓）分析儀

圖10.39IV（電流/電壓）分析儀一、單管及多級(jí)放大電路的仿真設(shè)計(jì)(一)基本知識(shí)1．靜態(tài)工作點(diǎn)2．動(dòng)態(tài)參數(shù)【能力培養(yǎng)】(二)搭建電路1．單管低頻共射極放大電路的仿真設(shè)計(jì)與分析（1）仿真電路及電路參數(shù)設(shè)置。按照?qǐng)D10.40搭建單管共射極放大電路仿真原理圖。圖10.40單管共射極放大電路仿真原理圖調(diào)出雙蹤示波器與函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。示波器參數(shù)設(shè)置：TimeBase：500s/divChannelA：5mV/div輸入信號(hào)ChannelB：200mV/div輸出信號(hào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器參數(shù)設(shè)置：Frequency：1kHz；Amplitude：5mv（2）直流靜態(tài)工作點(diǎn)仿真。（3）電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)仿真分析。圖10.41靜態(tài)分析結(jié)果圖10.42輸入、輸出波形（4）參數(shù)掃描分析。（5）仿真數(shù)據(jù)分析。①由靜態(tài)工作點(diǎn)相應(yīng)計(jì)算公式求出理論計(jì)算值并與測(cè)量值進(jìn)行比較。②利用放大器電壓放大倍數(shù)理論計(jì)算公式求得電壓放大倍數(shù)，再與上兩種測(cè)試方法測(cè)得結(jié)果加以比較。2．RC耦合兩級(jí)放大電路的仿真設(shè)計(jì)與分析（1）按圖10.43搭建RC耦合兩級(jí)放大電路仿真原理圖。（2）單擊仿真開(kāi)關(guān)運(yùn)行仿真，用虛擬數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量此電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，記錄在表10.1中。Ub1Uc1Ue1Ub2Uc2Ue2Ib1Ic1Ie1Ib2Ic2Ie2表10.1 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量圖10.43RC耦合兩級(jí)放大電路仿真原理圖（3）記錄峰值輸入電壓Uip和峰值輸出電壓Uop于表10.2中。UipUop表10.2 輸出和輸入電壓峰值（4）記錄集電極峰值電壓Uc1p，計(jì)算第一級(jí)和第二級(jí)放大器的電壓增益，計(jì)算兩級(jí)放大器的總電壓增益Au，如表10.3所示。Uc1pAu1Uc2pAu2Au表10.3 兩級(jí)放大器的總電壓增益Au（5）將RL改為100k，運(yùn)行動(dòng)態(tài)分析，記錄峰值輸入電壓Uip和峰值集電極電壓Uc1p。將示波器探頭移到電路輸出端，運(yùn)行仿真分析，記錄輸出峰值電壓Uo，計(jì)算兩級(jí)放大器的總電壓增益Au。計(jì)算第一級(jí)放大器的增益Au1和第二級(jí)放大器的增益Au2及總增益Au，如表10.4所示。Uc1pAu1Uc2pAu2Au表10.4 RL

增加電路增益計(jì)算（6）仿真數(shù)據(jù)分析。①計(jì)算兩級(jí)放大器電壓增益并與測(cè)量值比較。②兩級(jí)阻容耦合放大器輸出電壓波形與輸入電壓波形之間的相位差怎樣？③負(fù)載電阻RL的值增大后對(duì)兩級(jí)放大器的總電壓增益有何影響？對(duì)第一級(jí)放大器的電壓增益有何影響？對(duì)第二級(jí)放大器的電壓增益有何影響？二、負(fù)反饋放大電路的仿真設(shè)計(jì)與分析（一）仿真電路及電路參數(shù)設(shè)置按照?qǐng)D10.44所示搭建仿真電路。圖10.44負(fù)反饋放大電路仿真原理圖（二）測(cè)量相關(guān)參數(shù)

1．測(cè)量開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)圖10.45放大器開(kāi)環(huán)時(shí)輸入、輸出電壓波形根據(jù)輸出、輸入波形峰值可求得開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)：2．測(cè)量閉環(huán)電壓放大倍數(shù)圖10.46負(fù)反饋放大器閉環(huán)時(shí)輸入、輸出電壓波形根據(jù)輸出、輸入波形峰值可求得閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：3．測(cè)量反饋放大器開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出電阻在放大器開(kāi)環(huán)工作時(shí)通過(guò)敲擊B鍵，控制開(kāi)關(guān)S1的斷開(kāi)與閉合。打開(kāi)數(shù)字多用表，置于正弦電壓有效值測(cè)試擋，分別測(cè)得負(fù)載開(kāi)路時(shí)輸出電壓：=1.79V，負(fù)載接入時(shí)輸出電壓uo=996.4mV。開(kāi)環(huán)輸出電阻：4．測(cè)量反饋放大器閉環(huán)時(shí)的輸出電阻在放大器閉環(huán)工作時(shí)通過(guò)敲擊B鍵，控制開(kāi)關(guān)S1的斷開(kāi)與閉合。打開(kāi)數(shù)字多用表，置于正弦電壓有效值測(cè)試擋，分別測(cè)得負(fù)載開(kāi)路時(shí)輸出電壓：=1.62V，負(fù)載接入時(shí)輸出電壓uof=1.52V。閉環(huán)輸出電阻：（三）仿真數(shù)據(jù)分析1．放大倍數(shù)的比較根據(jù)電路的反饋系數(shù)電路的反饋深度，由理論計(jì)算

，計(jì)算與測(cè)量值進(jìn)行比較。2．輸出電阻的比較開(kāi)環(huán)時(shí)，理論值與測(cè)量值比較。閉環(huán)時(shí)，理論計(jì)算比較，看是否滿(mǎn)足仿真要求。，與測(cè)量值（一）反相比例放大器圖10.47反相比例放大器仿真電路三、集成運(yùn)放應(yīng)用電路的仿真設(shè)計(jì)與分析執(zhí)行仿真運(yùn)行開(kāi)關(guān)“RUN”，按住鍵盤(pán)的shift鍵，連續(xù)按“A”鍵，使電位器RP的百分比為5%，記下電壓表U2和U3的數(shù)值，填入表10.5中，完成仿真實(shí)驗(yàn)記錄，并與理論值比較。電位器百分比5%25%40%65%80%95%輸入電壓Ul/V輸出電壓理論估算值/V試驗(yàn)測(cè)量值/V表10.5 電壓測(cè)量（二）反相求和放大電路搭建如圖10.48所示的反相求和放大電路仿真圖。圖10.48反相求和放大電路運(yùn)行仿真，連續(xù)按A鍵和B鍵，使兩個(gè)電位器的百分比如表10.6所示，將電壓數(shù)據(jù)填入表中，并計(jì)算電壓放大倍數(shù)。電壓器RP1百分比90%30%電壓器RP1百分比55%10%輸入電壓Ui1(V)即U2輸入電壓Ui2(V)即U4輸入電壓Uo(V)即U3理論計(jì)算Uo表10.6電壓放大倍數(shù)測(cè)量計(jì)算（三）過(guò)零比較電路在元件工具條中單擊“PlaceDiode”按鈕，在“Family”欄中選取“ZENER”，再選擇“Component”欄下的“1Z6.2”穩(wěn)壓管，調(diào)出兩只放置在電路圖上。調(diào)出函數(shù)發(fā)生器與雙蹤