《Multisim電子電路仿真教程》課件第4章

第4章

Multisim基本分析方法

4.1直流工作點分析

4.2交流分析

4.3瞬態(tài)分析

4.4傅里葉分析

4.5噪聲分析

4.6失真分析

4.7直流掃描分析

4.8靈敏度分析

4.9參數(shù)掃描分析

4.10溫度掃描分析

4.11極點-零點分析

4.12傳遞函數(shù)分析

4.14蒙特卡羅分析

4.15批處理分析

4.16Multisim的后處理器

圖4-1仿真分析功能菜單

4.1直流工作點分析

直流工作點分析(DCOperatingPointAnalysis)就是在電路中的電感短路，電容開路的情況下計算電路的靜態(tài)工作點。選擇分析菜單中DCOperatingPoint...菜單命令，進入圖4-2所示的DCOperatingPointAnalysis參數(shù)設(shè)置窗口。該對話框包括Outputvariables頁、MiscellaneousOptions頁及Summary頁。注意：這3頁在其他分析的對話框中也會出現(xiàn)。

圖4-2直流工作點分析Outputvariables頁

1．Outputvariables頁

這頁的主要作用是選定所要分析的節(jié)點。左邊窗口列出了電路中存在的變量，右邊窗口列出了電路要分析的變量。

圖4-3變量選擇下拉列表

(1)VariablesinCircuit區(qū)：列出電路中可用于分析的節(jié)點以及流過電壓源的電流等變量。

點擊下拉列表 右邊的箭頭，出現(xiàn)圖4-3所示的變量類型選擇列表。

>Voltageandcurrent：只顯示電壓和電流的變量。

>Voltage：僅顯示電壓變量。

>Current：僅顯示電流變量。

>Device/ModelParameters：顯示的是元件/模型參數(shù)變量。

>Allvariables：顯示軟件自動給出的全部變量。

圖4-4Filternodes對話框

如果還要顯示其他參數(shù)變量，可點擊FilterUnselectedVariables按鈕，出現(xiàn)圖4-4所示的對話框，在此可對軟件沒有選擇的變量進行增減。

>Displayinternalnode：顯示內(nèi)部節(jié)點。

>Displaysubmodules：顯示子模型的節(jié)點。

>Displayopenpins：顯示開路的引腳。

(2)Selectedvariablesfor區(qū)：確定需要分析的變量。

該區(qū)默認狀態(tài)為空，需要用戶從VariablesinCircuit中選取，方法是：首先選擇左邊窗口中需要分析的一個或多個變量，再點擊Plotduringsimulation按鈕，則選中的變量就移到右邊窗口中。如果不想分析某個已選中的變量，則在右邊窗口中先選擇該變量，再點擊Remove按鈕，又可以將其移回左邊的窗口。

(3)More區(qū)：點擊按鈕，則在該頁下面增加一個MoreOptions區(qū)，如圖4-5所示。

>Adddevice/modelparameter：在左邊可用于分析的變量窗口中增加某個元件/模型的參數(shù)。

>Deleteselectedvariables：刪除左邊窗口某個變量。先選擇變量，再按該按鈕刪除。

>FilterSelectedVariables：挑選由FilterUnselectedVariables選擇的變量。圖4-5MoreOptions區(qū)

2．MiscellaneousOptions頁

MiscellaneousOptions頁如圖4-6所示，其主要功能是設(shè)定分析參數(shù)，一般采取默認值。如果要自行設(shè)定，則先選中某個分析選項，再選中Usethiscustomanalysisoptions選項，在其右邊出現(xiàn)一個欄位，可在該欄內(nèi)指定新的參數(shù)。如果要恢復程序預設(shè)置值，按Resetoptiontodefault按鈕即可。圖4-6直流工作點分析MiscellaneousOptions頁

這一頁左下角也有一個按鈕，點擊該按鈕，出現(xiàn)MoreOptions對話框，如圖4-7所示。

>PerformConsistencycheckbeforestartinganalysis：選擇前面的復選框，則表示在進行分析之前要先進行一致性檢查。

>Maximumnumberof：設(shè)置最多的取樣點數(shù)。

>Titlefor：輸入所要進行分析的名稱。

圖4-7MoreOptions對話框

3．Summary頁

在Summary頁，程序可將所有設(shè)置和參數(shù)都顯示出來，用戶可以檢查所有的設(shè)置是否正確。如果不再修改則點擊Simulate按鈕立即進行分析；如果不想立即分析，則按Accept按鈕存儲設(shè)置，稍后分析；如果要放棄設(shè)定則按Cancel按鈕。注意：這3個按鈕也出現(xiàn)在其他頁中，功能是一致的。點擊Help按鈕可進入幫助文件。

4．直流工作點分析舉例

【例4-1】

分析圖4-8單管放大電路的直流工作點。

首先在電路窗口中構(gòu)建電路圖4-8，然后在Options/Prefrences/Circuit/Show區(qū)域中將Shownodename項選中，在電路圖中就會顯示各節(jié)點的編號。

選取分析菜單中的DCOperatingPoint...選項，在Outputvariables頁將所有變量移到左邊窗口。在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“直流工作點分析”，點擊Simulate按鈕開始仿真分析。完成分析后，出現(xiàn)AnalysisGraphs窗口，顯示各變量的值，如圖4-9所示。由圖4-8可知：三極管的基極是節(jié)點4，集電極是節(jié)點6，發(fā)射極是節(jié)點0，根據(jù)分析結(jié)果知道Vb=0.61670348V，Vc=5.00594V，Ve=0V，三極管工作在放大狀態(tài)。

圖4-8單管放大電路

圖4-9直流工作點分析結(jié)果

4.2交

流

分

析

交流分析(ACAnalysis)是在正弦小信號工作條件下的一種頻域分析，是一種線性分析方法。通過分析可以得到電路的幅頻特性和相頻特性。Multisim在進行交流分析時，首先分析電路的直流工作點，并在直流工作點處對各個非線性元件做線性化處理，得到線性化的交流小信號等效電路，然后使電路中的交流信號源的頻率在一定范圍內(nèi)變化，并用交流小信號的等效電路計算電路輸出交流信號的變化。

選擇分析菜單中的ACAnalysis...菜單命令，進入圖4-10所示的ACAnalysis參數(shù)設(shè)置對話框，該對話框包括FrequencyParameters頁、Outputvariables頁、MiscellaneousOptions頁及Summary頁。后三頁在直流工作點分析中已詳細講過，圖4-10所示的是ACAnalysis參數(shù)設(shè)置對話框中的FrequencyParameters頁。

圖4-10交流分析FrequencyParameters頁

1．FrequencyParameters頁

FrequencyParameters頁各部分功能介紹如下：

>Startfrequency：設(shè)置分析起始頻率。

>Stopfrequency(FSTOP)：設(shè)置分析終止頻率。

>Sweeptype：設(shè)置分析頻率軸(水平軸)的變化類型，可選項有Decade(十倍頻)、Octave(八倍頻)、Linear(線性)。

>Numberofpointsperdecade：設(shè)置每十倍頻的分析采樣點數(shù)。

>Verticalscale：設(shè)置垂直軸的刻度，可選項有Linear(線性)、Logarithmic(對數(shù))、Decibel(分貝)、Octave(八倍頻)。

>Resettodefault按鈕：將數(shù)據(jù)恢復為程序預置值。

2．交流分析舉例

【例4-2】

對圖4-11所示電路進行交流分析。

圖4-11串聯(lián)諧振電路

首先按圖4-11在電路窗口中構(gòu)建電路，元件參數(shù)如圖中所示。選取分析菜單中的ACAnalysis...選項，在出現(xiàn)的對話框中的FrequencyParameters頁設(shè)置StartFrequency為1Hz，StopFrequency為10GHz，SweepType選擇Decade，Numberofpointsperdecade設(shè)置為10，Verticalscale選擇Linear；在Outputvariables頁選定分析節(jié)點3；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)Titlefor欄輸入“交流分析”。點擊Simulate按鈕開始仿真分析。完成分析后，出現(xiàn)AnalysisGraphs窗口，顯示電路的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，如圖4-12所示。

圖4-12交流分析結(jié)果

點擊幅頻特性曲線，紅色的小三角形對準幅頻特性曲線，再點擊按鈕，出現(xiàn)數(shù)軸以及數(shù)軸對應(yīng)的值，x1是數(shù)軸1橫坐標的值，y1是數(shù)軸1縱坐標的值；x2是數(shù)軸2橫坐標的值，y2是數(shù)軸2縱坐標的值；dx是數(shù)軸2和數(shù)軸1橫坐標之間的值，dy是數(shù)軸2和數(shù)軸1縱坐標的值；將數(shù)軸1移到幅頻曲線的峰值處，數(shù)軸1橫坐標的值就是諧振電路的諧振頻率，由圖4-12可知，圖4-11串聯(lián)諧振電路的諧振頻率為5.0119kHz。

4.3瞬

態(tài)

分

析

圖4-13瞬態(tài)分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

該頁有4個參數(shù)設(shè)置區(qū)。

(1)InitialConditions區(qū)：設(shè)定初始條件。

>Automaticallydetermineinitialconditions：程序自動設(shè)定初始值。

>Settozero：設(shè)定初始值為0。

>Userdefined：由用戶自定義初始值。

>CalculateDCoperatingpoint：根據(jù)直流工作點計算初始值。

(2)Parameters區(qū)：參數(shù)設(shè)置。

>Starttime：設(shè)置開始分析的時間。

>Endtime：設(shè)置終止分析的時間。

>Maximumtimestepsettings：設(shè)置分析的最大時間步長，其中包括Minimumnumberoftimepoints(單位時間內(nèi)的取樣點數(shù))、Maximumtimestep(最大的取樣時間間距)和Generatetimestepsautomatically(程序自動設(shè)定分析取樣時間間距)3種方式。

(3)Resettodefault：將數(shù)據(jù)恢復為默認值。

(4)Moreoptions區(qū)：點擊More按鈕，出現(xiàn)該區(qū)域，點擊Less按鈕可關(guān)閉該區(qū)域。

>Setinitialtimestep：選擇用戶是否自定義初始時間步長。

>Estimatemaximumtimestepbasedonnetlist：選擇是否根據(jù)網(wǎng)表估算最大時間步長。

2．瞬態(tài)分析舉例

【例4-3】

對圖4-14所示單管放大電路進行瞬態(tài)分析。

圖4-14單管放大電路

按圖連接電路，元件參數(shù)如圖中所示，信號發(fā)生器選擇正弦信號，頻率為1kHz，幅度為10mV。選取分析菜單中的TransientAnalysis...選項，在AnalysisParameters頁設(shè)置起始時間為0，終止時間為0.01s，最大時間步長選擇程序自動設(shè)定分析取樣時間間距；在Outputvariables頁選擇節(jié)點4和6進行分析；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“瞬態(tài)分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果出現(xiàn)在AnalysisGraphs窗口中，如圖4-15所示。

圖4-15瞬態(tài)分析結(jié)果

節(jié)點6的曲線是輸入信號波形，節(jié)點4的曲線是輸出信號的波形，為了在同一窗口中同時清晰地顯示輸入、輸出波形，下面采用雙縱軸的方式顯示波形。點擊按鈕，出現(xiàn)圖4-16所示屬性對話框。選擇RightAxis頁，按圖中所示設(shè)定各參數(shù)。選擇Traces頁，按圖4-17所示設(shè)置參數(shù)。點擊確定按鈕，瞬態(tài)分析的結(jié)果顯示為圖4-18所示波形。

圖4-16GraphProperties對話框

圖4-17Traces頁參數(shù)設(shè)置

圖4-18瞬態(tài)分析結(jié)果

4.4傅

里

葉

分

析

傅里葉分析(FourierAnalysis)方法是一種常用的分析周期性信號的方法。傅里葉分析

是在瞬態(tài)分析結(jié)束后，對時域分析結(jié)果進行傅里葉變換，得到信號的頻譜函數(shù)。Multisim在進行傅里葉分析時，先自動進行瞬態(tài)分析，再進行傅里葉分析，最終得到傅里葉分析

結(jié)果。

當需要進行傅里葉分析時，選擇分析菜單中FourierAnalysis...菜單命令，進入圖4-19所示的FourierAnalysis對話框，該對話框也有4頁，除AnalysisParameters頁外，其余頁與直流工作點分析的設(shè)置相同。圖4-19所示為FourierAnalysis參數(shù)設(shè)置對話框中的AnalysisParameters頁。

圖4-19傅里葉分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

該頁包括3個區(qū)，具體參數(shù)設(shè)置如下。

(1)Samplingoptions：設(shè)置傅里葉分析基本參數(shù)區(qū)。

>Frequencyresolution(Fundamentalfrequency)：設(shè)置基頻，如果在電路中有多個信號源，則取各信號源頻率的最小公倍數(shù)。按右邊的Estimate按鈕程序會自動設(shè)置。

>Numberofharmonics：設(shè)置需要分析的諧波次數(shù)。

>Stoppingtimeforsampling：設(shè)置停止取樣的時間，按右邊的Estimate按鈕程序會自動設(shè)置。

>Edittransientanalysis按鈕：按此按鈕可彈出與瞬態(tài)分析中AnalysisParameters頁一樣的對話框，有關(guān)參數(shù)的設(shè)置與瞬態(tài)分析相同。

(2)Results區(qū)：設(shè)置結(jié)果顯示。

>Displayphase：選擇顯示相位圖。

>Displayasbargraph：選擇繪制棒狀頻譜圖，如不選擇本選項，將繪制連續(xù)圖。

>Normalizegraphs：選擇繪制歸一化頻譜圖。

>Display：設(shè)置顯示方式，包括Chart(表格方式)、Graph(圖形方式)、ChartandGraph(同時顯示表格和圖形)。

>Verticalscale：設(shè)置垂直軸的刻度，包括Linear(線性刻度)、Logarithmic(對數(shù)刻度)、Decibel(分貝刻度)、Octave(八倍刻度)。

(3)More區(qū)：進行其他參數(shù)設(shè)置。

>Degreeofpolynomialforinterpolation：設(shè)置內(nèi)插多項式維數(shù)。

>Samplingfrequency：設(shè)置采樣頻率。

2．傅里葉分析舉例

【例4-4】

用傅里葉分析方法分析圖4-20所示的555諧振電路輸出信號的頻譜圖。

圖4-20555諧振電路

按圖4-20連接電路，元件參數(shù)如圖所示。選取分析菜單中的FourierAnalysis...選項，在AnalysisParameters頁設(shè)置基頻為500Hz，需要分析的諧波次數(shù)設(shè)為9次，停止取樣的時間設(shè)為0.1s，Results區(qū)的3個顯示復選框全選上，即采用歸一化方式棒狀圖形顯示分析信號的頻譜圖，Display選項選擇ChartandGraph即可以圖表方式同時顯示結(jié)果。垂直刻度選擇Linear線性刻度。More區(qū)保持默認值；在Outputvariables頁選擇節(jié)點4進行分析；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“傅里葉分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果出現(xiàn)在AnalysisGraphs窗口中，如圖4-21所示。

圖4-21傅里葉分析結(jié)果

4.5噪

聲

分

析

當要進行噪聲分析時，應(yīng)啟動分析菜單中的NoiseAnalysis命令，出現(xiàn)NoiseAnalysis對話框，如圖4-22所示。該對話框中包括5頁，除AnalysisParameters和FrequencyParameters頁外，另外3頁與直流工作點分析的設(shè)置相同。

圖4-22噪聲分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

該頁用來設(shè)置噪聲分析的有關(guān)參數(shù)。

>Inputnoisereferencesource：設(shè)置噪聲從哪個信號源加入(必須是交流信號源)。

>Outputnode：選擇噪聲輸出節(jié)點，并在此節(jié)點將所有噪聲求和。

>Referencenode：設(shè)置參考節(jié)點，通常是以接地端為參考點，即0節(jié)點。

>Setpointpersummary：選擇是否輸出噪聲分布的頻譜圖，本欄右邊須輸入頻譜圖頻率步進數(shù)。

2．FrequencyParameters頁

該頁如圖4-23所示，主要用于對掃描頻率進行設(shè)置。該頁與交流分析中的FrequencyParameters頁基本相同，僅僅多了一個ResettomainACvalues按鈕，相同的項與交流分析中的設(shè)置參數(shù)意義是一樣的。

圖4-23噪聲分析FrequencyParameters頁

>ResettomainACvalues：用來將所有設(shè)置恢復為與交流分析相同的設(shè)置值。

3．噪聲分析舉例

【例4-5】

分析圖4-24所示簡單BJT放大電路在輸出端的噪聲。

圖4-24簡單BJT放大電路

按圖4-24連接電路，元件參數(shù)如圖所示。選取分析菜單中的NoiseAnalysis...選項，在AnalysisParameters頁的Inputnoisereferencesource欄內(nèi)選擇vv1，在Outputnode欄內(nèi)選擇節(jié)點1，Setpointpersummary欄仍設(shè)為0，選中Setpointpersummary；FrequencyParameters頁采用默認值；

在Outputvariables頁選擇innoise_spectrum和onoise_spectrum為分析變量；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“噪聲分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果出現(xiàn)在AnalysisGraphs窗口中，如圖4-25所示。

圖4-25噪聲分析結(jié)果

4.6失

真

分

析

當需要進行失真分析時，應(yīng)選擇分析菜單中的DistortionAnalysis...菜單命令，進入圖4-26所示的DistortionAnalysis對話框，該對話框有四頁，除AnalysisParameters頁外，其余頁的設(shè)置與直流工作點分析的設(shè)置相同。

圖4-26失真分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

該頁用來設(shè)置失真分析的有關(guān)參數(shù)。

>Startfrequency：設(shè)置分析起始頻率。

>Stopfrequency(FSTOP)：設(shè)置分析終止頻率。

>Sweeptype：設(shè)置分析頻率軸(水平軸)的變化類型，可選項有Decade(十倍頻)、Octave(八倍頻)和Linear(線性)。

>Numberofpointsperdecade：設(shè)置每十倍頻的分析采樣點數(shù)。

>Verticalscale：設(shè)置垂直軸的刻度，可選項有Linear(線性)和Logarithmic(對數(shù))、Decibel(分貝)、Octave(八倍頻)。

>F2/F1ratio：在進行電路內(nèi)部互調(diào)失真分析時，設(shè)置F2與F1的比值。當不選該項時，分析結(jié)果為F1作用時產(chǎn)生的二次諧波、三次諧波失真。當選擇該項時，分析結(jié)果為

(F1+F2)、(F1-F2)、(2F1-F2)相對于頻率F1的互調(diào)失真。

>ResettomainACvalues：用來將所有設(shè)置恢復為與交流分析相同的設(shè)置值。

>Resettodefault：將本頁所有設(shè)置恢復為默認值。

2．失真分析舉例

【例4-6】

對圖4-27所示單管放大電路進行失真分析。

圖4-27單管放大電路

按圖4-27連接電路，元件參數(shù)如圖所示。選取分析菜單中的DistortionAnalysis...選項，AnalysisParameters頁采用默認值；在Outputvariables頁選擇節(jié)點5為分析變量；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“失真分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果出現(xiàn)在AnalysisGraphs窗口中，如圖4-28所示。

圖4-28失真分析結(jié)果

4.7直流掃描分析

直流掃描分析(DCSweepAnalysis)是計算電路中某一節(jié)點上的直流工作點隨電路中一個或兩個直流電源的數(shù)值變化的情況。直流電源的數(shù)值每變動一次，則對電路做幾次不同的仿真。

當要進行直流掃描分析時，啟動分析菜單中的DCSweepAnalysis命令，出現(xiàn)DCSweepAnalysis對話框，如圖4-29所示。該對話框中包括4頁，除AnalysisParameters外，另外3頁與直流工作點分析的設(shè)置相同。

圖4-29直流掃描分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

該頁包括Source1區(qū)和Source2區(qū)，每個區(qū)各有下列各項：

>Source：選擇要掃描的直流電源。

>Startvalue：設(shè)置開始掃描的值。

>Stopvalue：設(shè)置結(jié)束掃描的值。

>Increment：設(shè)置掃描的增量值。

>ChangeFilter：選擇Source表中過濾的內(nèi)容。

2．直流掃描分析舉例

【例4-7】采用直流掃描分析的方法測量三極管的特性曲線。

按圖4-30連接電路。選取分析菜單中的DCSweep選項，AnalysisParameters頁中Source1選擇vv1，變動范圍設(shè)為0～3V，增量設(shè)為0.01V；選擇使用第二個電源Source2為ii1，變動范圍設(shè)為0～0.5A，增量設(shè)為0.1A；在Outputvariables頁選擇分析變量vv1#branch(注意：這個電流的參考方向是從電源的正極流向負極，與極電極的參考方向相反，所以ic=-vv1#branch)，在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“直流掃描分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果出現(xiàn)在AnalysisGraphs窗口中，如圖4-31示。

圖4-30測量三極管特性曲線電路

在圖4-31所示的掃描結(jié)果中，整簇曲線是向負的方向變化的，而不是向正方向變化，這個原因在于分析變量選擇的是vv1#branch，而ic=-vv1#branch，這個問題可通過軟件提供的后處理功能進行解決。具體解決方法將在4.16節(jié)詳細講解，處理以后的曲線圖如圖4-32所示。

圖4-31直流掃描結(jié)果

圖4-32經(jīng)后處理功能處理后的曲線

4.8靈

敏

度

分

析

圖4-33靈敏度仿真分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

圖4-33所示是靈敏度仿真分析參數(shù)設(shè)置對話框中的AnalysisParameters頁，該頁各項說明如下。

(1)Outputnodes/currents區(qū)：輸出分析節(jié)點電壓或電流設(shè)置。

>Voltage：選中進行電壓靈敏度分析，在Outputnode欄指定所要分析的輸出節(jié)點；在Outputreference欄設(shè)定參考節(jié)點，通常以0節(jié)點為參考點，即以接地端為參考點。

>Current：選中則進行電流靈敏度分析。電流靈敏度分析只能對信號源的電流進行分析，在Outputsource欄內(nèi)選擇要分析的信號源。

>ChangeFilter按鈕：可以選擇被過濾的內(nèi)部節(jié)點、外部引腳及子電路中的輸出變量。

>Outputscaling：選擇靈敏度輸出格式，包括Absolute(絕對靈敏度)和Relative(相對靈敏度)兩個選項。

(2)AnalysisType區(qū)：設(shè)置分析類型。

>DCSensitivity：選擇進行直流靈敏度分析，分析結(jié)果將產(chǎn)生一個表格。

>ACSensitivity：選擇進行交流靈敏度分析，分析結(jié)果將產(chǎn)生一個分析圖。

圖4-34靈敏度仿真電路

2．靈敏度分析舉例

【例4-8】對圖4-34所示電路進行靈敏度分析。

按圖4-34連接電路，元件參數(shù)如圖所示。選取分析菜單中的Sensitivity...選項，在靈敏度分析AnalysisParameters頁選擇進行電壓靈敏度分析，選擇要分析的節(jié)點4，參考節(jié)點設(shè)為節(jié)點0，選擇直流靈敏度分析；在Outputvariables頁選擇全部變量；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“直流靈敏度分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果如圖4-35所示。

圖4-35直流靈敏度分析結(jié)果

若選擇交流靈敏度分析，則應(yīng)在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“交流靈敏度分析”，其余設(shè)置和直流靈敏度分析一樣，分析結(jié)果如圖4-36所示。

圖4-36交流靈敏度分析結(jié)果

4.9參數(shù)掃描分析

參數(shù)掃描分析(ParameterSweepAnalysis)是指在電路中某些元件的參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時，對電路直流工作點、瞬態(tài)特性以及交流頻率特性的影響進行分析，以便對電路的某些性能指標進行優(yōu)化。

當要進行參數(shù)掃描分析時，啟動分析菜單中的ParameterSweep...命令，出現(xiàn)圖4-37所示ParameterSweep對話框。該對話框中包括4頁，除了AnalysisParameters頁外，其余3頁均與直流工作點分析的設(shè)置相同。

圖4-37參數(shù)掃描分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

圖4-37是參數(shù)掃描分析參數(shù)設(shè)置對話框中AnalysisParameters頁，該頁各項說明如下：

(1)SweepParameters區(qū)：選擇掃描的元件及參數(shù)。

>SweepParameter：選擇掃描參數(shù)類型，可選項有DeviceParameter(元件參數(shù))和ModeParameter(模型參數(shù))。

>DeviceType：元件/模型類別，包括BJT(三極管類)、Capacitor(電容類)、Diode(二極管類)、Resistor(電阻類)、Vsource(電壓源類)等。

>Name：選擇元件/模型序號。

>Parameter：指定參數(shù)類型。

>PresentValue：顯示該參數(shù)當前設(shè)定值。

>Description：顯示該參數(shù)說明。

(2)Pointstosweep區(qū)：設(shè)置掃描的點數(shù)。

>SweepVariationType：設(shè)置掃描的方式，包括Decade(十倍刻度掃描)、Octave(八倍刻度掃描)、Linear(線性刻度掃描)、List(按列表掃描)。如果選擇按列表掃描，需在右邊欄內(nèi)輸入要掃描的各參數(shù)值。若選擇其他掃描方式，則在右邊出現(xiàn)Start(掃描起始值)、Stop(掃描終止值)、#ofpoints(設(shè)置掃描點數(shù))和Increment(設(shè)置掃描間距)，掃描點數(shù)和掃描間距兩者設(shè)其一即可。

(3)More區(qū)：若沒有打開，可按More按鈕打開。

>Analysisto：選擇分析類型，包括DCOperatingPointAnalysis(直流工作點分析)、ACAnalysis(交流分析)和TransientAnalysis(瞬態(tài)分析)。點擊EditAnalysis按鈕可以進一步編輯設(shè)置。

>Groupalltracesononeplot：選中則將所有分析的曲線放置在同一個分析圖中顯示。

2．參數(shù)掃描分析舉例

【例4-9】分析圖4-38所示電路中電阻R1對輸出信號的影響。

按圖4-38連接電路，元件參數(shù)如圖所示。選取分析菜單中的ParameterSweep...命令，在ParameterSweep對話框中的AnalysisParameters頁中各選項設(shè)置如下：

>SweepParameter：Deviceparameter；

>Device：Resistor；

>Name：rr1；

>Parameter：Resistance；

>SweepVariationType：Linear；

>Start：4000(單位：Ω)；

>Stop：12000；

>＃of：5；

>Analysisto：TransientAnalysis，并點擊EditAnalysis按鈕，將Endtime修改為0.02；

>選中GroupalltracesononePlot選項。

圖4-38單管放大電路

在Outputvariables頁選擇節(jié)點3為分析變量；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“參數(shù)掃描分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果如圖4-39所示。從圖4-39所示的分析結(jié)果可以看出：當R1電阻為12000Ω時，輸出信號波形沒有放大，電路工作于接近截止狀態(tài)；當R1電阻為4000Ω時，輸出信號波形開始出現(xiàn)飽和失真，電路工作于飽和狀態(tài)。R1在6000～10000?之間取值，電路處于放大狀態(tài)。

圖4-39參數(shù)掃描分析結(jié)果

4.10溫度掃描分析

溫度掃描分析(TemperatureSweepAnalysis)用于研究溫度變化對電路性能的影響。通常電路的仿真都是假設(shè)在27℃下進行的，由于許多電子器件與溫度有關(guān)，當溫度變動時，電路的特性也會產(chǎn)生一些改變。該分析相當于在不同的工作溫度下多次對電路進行仿真。注意：Multisim中的溫度掃描分析只對元件模型中具有溫度特性的元件有效。

當要進行溫度掃描分析時，啟動分析菜單中的TemperatureSweep...命令，出現(xiàn)圖4-40所示的TemperatureSweepAnalysis對話框。該對話框中包括4頁，除了AnalysisParameters頁外，其余3頁均與直流工作點分析的設(shè)置相同。

圖4-40溫度掃描分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

圖4-40所示為溫度掃描分析對話框中的AnalysisParameters頁。在SweepParameters區(qū)只有一個選項Temperature。Pointstosweep區(qū)和MoreOptions區(qū)與參數(shù)掃描設(shè)置一樣。具體設(shè)置方法參考參數(shù)掃描分析中AnalysisParameters頁的設(shè)置。

2．溫度掃描分析舉例

【例4-10】分析溫度對圖4-41所示電路靜態(tài)工作點的影響。

圖4-41單管放大電路

按圖4-41所示連接電路，元件參數(shù)如圖所示。選取分析菜單中的TemperatureSweep...命令，在TemperatureSweepAnalysis對話框AnalysisParameters頁中各選項設(shè)置如下：SweepVariationType欄選擇List選項，然后在右邊Value欄內(nèi)輸入要掃描的溫列表0，27，100，溫度后面不用帶單位；在More區(qū)選擇分析類型為直流工作點分析；在Outputvariables頁選擇節(jié)點4和6為分析變量；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)Titlefor欄輸入“溫度掃描分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果如圖4-42所示。

圖4-42溫度掃描分析結(jié)果

從分析結(jié)果可以看到：4號節(jié)點電壓(即三極管B、E之間的電壓VBE)隨著溫度的增加而減小。6號節(jié)點的電壓隨著溫度的增加也減小，因為V6=Vcc-IcRc，說明靜態(tài)電流Ic隨著溫度的增加而增加。

4.11極點-零點分析

極點-零點分析(Pole-ZeroAnalysis)用來確定電路的小信號交流傳輸函數(shù)的零點和極點。在進行極點-零點分析時，首先計算電路的直流工作點，進而確定非線性元件在交流小信號條件下的線性化模型，再由模型化電路求傳輸函數(shù)的極點和零點。

當要進行極點零點分析時，選擇Simulat/Analysis/PoleZero...命令，出現(xiàn)圖4-43所示的Pole-ZeroAnalysis對話框。該對話框中有3頁，除了AnalysisParameters頁外，其余2頁與直流工作點分析中對應(yīng)頁的設(shè)置相同。

圖4-43極點-零點分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

圖4-43所示為極點-零點分析對話框中AnalysisParameters頁。

(1)AnalysisType區(qū)：選擇分析傳遞函數(shù)類型，有4個可選項。

>GainAnalysis(outputvoltage/inputVoltage)：選中進行電路的增益分析(即輸出電壓與輸入電壓之比)。

>ImpedanceAnalysis(outputvoltage/inputcurrent)：選中進行電路的互阻抗分析(即輸出電壓與輸入電流之比)。

>InputImpedance：選中分析電路的輸入阻抗。

>OutputImpedance：選中分析電路的輸出阻抗。

(2)Nodes區(qū)：設(shè)定網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出端。

>Input(+)：設(shè)定輸入信號正端點的節(jié)點編號。

>Input(-)：設(shè)定輸入信號負端點的節(jié)點編號，通常選擇0號節(jié)點。

>Output(+)：設(shè)定輸出信號正端點的節(jié)點編號。

>Output(-)：設(shè)定輸出信號負端點的節(jié)點編號，通常選擇0號節(jié)點。

(3)Analysisperformed：選擇所要執(zhí)行的分析項目，可選項有PoleAndZeroAnalysis(極點與零點分析)、PoleAnalysis(極點分析)和ZeroAnalysis(零點分析)。

2．極點-零點分析舉例

【例4-11】

分析圖4-44所示二階動態(tài)電路的極點-零點。

圖4-44二階動態(tài)電路

按圖4-44連接電路，元件參數(shù)如圖所示。選擇Simulat/Analysis/PoleZero...命令，在Pole-ZeroAnalysis對話框

AnalysisParameters頁中選擇進行電路的增益分析，輸入信號正端點的節(jié)點編號設(shè)為3，輸出信號正端點的節(jié)點編號設(shè)為4，負端點的節(jié)點都選0號節(jié)點，選擇分析極點和零點；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“極點-零點分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果如圖4-45所示。

圖4-45極點-零點分析結(jié)果

4.12傳遞函數(shù)分析

傳遞函數(shù)分析(TransferFunctionAnalysis)是分析計算在交流小信號條件下，電路的輸出變量與作為輸入變量的獨立電源之間的比值，同時計算出相應(yīng)的輸入阻抗和輸出阻抗。

當要進行傳遞函數(shù)分析時，選擇Simulate/Analysis/TransferFunction...命令，出現(xiàn)圖4-46所示的TransferFunctionAnalysis對話框。該對話框中有3頁，除了AnalysisParameters頁外，其余2頁與直流工作點分析中對應(yīng)頁的設(shè)置相同。

圖4-46傳遞函數(shù)分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

AnalysisParameters頁各項說明如下：

>Inputsource：選擇所要分析的輸入電源。

>Outputnodes/source：輸出節(jié)點/信號設(shè)置。

>Voltage：選擇作為輸出電壓的變量。在Outputnode欄中指定分析的節(jié)點，在Outputreference欄中指定參考節(jié)點。

>Current：選擇電流為輸出變量。

>ChangeFilter：選擇被過濾的內(nèi)部節(jié)點、外部引腳及子電路中的輸出變量。

2．傳遞函數(shù)分析舉例

【例4-12】

分析圖4-47所示單級BJT放大電路的微變等效電路的傳輸函數(shù)。

圖4-47單級BJT放大電路的微變等效電路

按圖4-47所示連接電路。選擇分析菜單中的TransferFunction...命令，在TransferFunctionAnalysis對話框AnalysisParameters頁中的Inputsource項選擇vv1；選中Voltage，在Outputnode欄選擇節(jié)點3為輸出節(jié)點，在Outputreference欄選擇節(jié)點0為參考節(jié)點；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)Titlefor欄輸入“傳遞函數(shù)分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果如圖4-48所示。

圖4-48傳遞函數(shù)分析結(jié)果

4.13最壞情況分析

最壞情況分析(WorstCaseAnalysis)是一種統(tǒng)計分析，所謂最壞情況是指電路中的元件參數(shù)在其容差域邊界點上取某種組合時所引起的電路性能的最大偏差。最壞情況分析是在給定電路元件參數(shù)容差的情況下，估算出電路性能相對于標稱值時的最大偏差。

當要進行最壞情況分析時，選擇分析菜單中的WorstCase...命令選項，出現(xiàn)圖4-49所示的WorstCaseAnalysis參數(shù)設(shè)置對話框。該對話框中有4頁，除Modeltolerancelist頁和AnalysisParameters頁外，其余2頁與直流工作點分析中對應(yīng)頁的設(shè)置相同。

圖4-49最壞情況分析Modeltolerancelist頁

1．Modeltolerancelist頁

>Currentlistoftolerances：目前設(shè)置的元件模型容差列表。點擊下方的Addanewtolerance按鈕，進入圖4-50所示的Tolerance對話框，在此添加容差設(shè)置項目。

圖4-50Tolerance對話框

>ParameterType：選擇所要設(shè)置的參數(shù)類型，可選項有DeviceParameter(元件參數(shù))和ModeParameter(模型參數(shù))。

>Parameter區(qū)：參數(shù)設(shè)置區(qū)

>DeviceType：元件/模型類別，包括有BJT(三極管類)、Capacitor(電容器類)、Diode(二極管類)、Resistor(電阻類)、Vsource(電壓源類)等。

>Name：選擇元件/模型序號。

>Parameter：選擇所要設(shè)定的參數(shù)，不同的元件有不同的參數(shù)。

>PresentValue：當前該參數(shù)的設(shè)定值(不可更改)。

>Description：Parameter欄中所選參數(shù)的說明(不可更改)。

(2)Tolerance區(qū)：設(shè)定容差區(qū)

>Distribution：選擇元件參數(shù)容差的分布，可選項有Guassian(高斯分布)和Uniform(均勻分布)。

>Lotnumber：選擇容差隨機數(shù)出現(xiàn)方式，可選項有Lot和Unique。選擇Lot表示各種元件參數(shù)都有相同的隨機產(chǎn)生的容差率，較適用于集成電路；選擇Unique表示每一個元件參數(shù)隨機產(chǎn)生的容差率各不相同，較適用于離散元件電路。

>ToleranceType：選擇容差的形式，可選項有Absolute(絕對值)和Percent(百分比)。

>Tolerancevalue：根據(jù)所選的容差形式設(shè)置容差值。

設(shè)定完后，點擊Accept按鈕即可添加到圖4-49所示的容差列表中。若要在列表中選擇某個容差項目，點擊Editselectedtolerance按鈕，可再次開啟圖4-50所示的對話框，在此可編輯選擇的容差設(shè)置；若在列表中選擇某個容差項目，可點擊Deletetoleranceentry按鈕，刪除選取的容差項目。

2．AnalysisParameters頁

AnalysisParameters頁如圖4-51所示，各項說明如下：

>Analysis：選擇所要進行的分析，可選項有DCoperatingpoint和ACanalysis。

>Output：選擇所要分析的輸出節(jié)點。右邊的ChangeFilter可選擇被過濾的內(nèi)部節(jié)點、外部引腳及子電路中的輸出變量。

>Function：選擇函數(shù)，設(shè)定分析方式，包括MAX(最大值分析)、MIN(最小值分析)、RISEEDGE(上升沿分析)、FALLEDGE(下降沿分析)。當選定邊沿分析時，Threshold欄中設(shè)定邊沿分析的門限電壓。

>Direction：設(shè)定容差變化方向，可選項有Default、Low和High。

>Restricttorange：選擇X軸的顯示范圍，選取本選項后，在左X欄設(shè)定X軸的最低值，在右X欄設(shè)定X軸的最高值。

>Groupalltracesononeplot：選中此項，將所有仿真分析結(jié)果在一個圖形中顯示出來，否則，將分別輸出顯示。

圖4-51最壞情況分析AnalysisParameters頁

3．最壞情況分析舉例

【例4-13】

對圖4-52所示差動放大電路進行最壞情況分析。

圖4-52差動放大電路

按圖4-52所示連接電路，選擇分析菜單中的WorstCase...命令，在WorstCaseAnalysis參數(shù)設(shè)置對話框Modeltolerancelist頁中點擊下方的Addanewtolerance按鈕，進入圖4-50所示的Tolerance對話框添加容差設(shè)置項目。

對于本例，假設(shè)BJT三極管的bf值容差為20％，電阻R5的容差為15％，直流電源VCC和VEE的容差為10％，該頁的設(shè)置如下。

(1)BJT容差的設(shè)置。

>ParameterType：ModelParameter；

>DeviceType：BJT；

>Name：2n2222a_bjt_npn_471；

>Parameter：bf；

>Distribution：Guassian；

>Lotnumber：Unique；

>ToleranceType：Percent；

>Tolerancevalue：20。

(2)R5容差設(shè)置。

>ParameterType：DeviceParameter；

>DeviceType：Resistor；

>Name：rr5；

>Parameter：Resistance；

>Distribution：Guassian；

>Lotnumber：Unique；

>ToleranceType：Percent；

>Tolerancevalue：15。

(3)VCC電源的容差設(shè)置。

>ParameterType：DeviceParameter；

>DeviceType：Vsource；

>Name：vccvcc；

>Parameter：dc；

>Distribution：Guassian；

>Lotnumber：Unique；

>ToleranceType：Percent；

>Tolerancevalue：10。

(4)VEE電源的容差設(shè)置。

與VCC相同，只要在Name欄中選vccvee即可。在AnalysisParameter頁中的設(shè)置

如下：

>Analysis：DCoperatingpoint；

>Output：4；

>Function：MAX；

>Direction：Default；

>選中Groupalltracesononeplot。

在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)Titlefor欄輸入“最壞情況分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果如圖4-53所示。

圖4-53最壞情況分析結(jié)果

4.14蒙特卡羅分析

蒙特卡羅分析(MonteCarloAnalysis)用于電路統(tǒng)計分析，對于電路中一批元器件的誤差或者一個元件的誤差對電路性能的影響，通過隨機抽查，誤差方向的疊加是隨機的(最壞情況分析的誤差疊加方向是一致的)。若幾次抽查的結(jié)果(分析曲線)是吻合的，說明誤差對電路的影響不大，若是分離的，則說明電路性能受影響。圖4-54是MonteCarloAnalysis參數(shù)設(shè)置對話框。

圖4-54蒙特卡羅分析AnalysisParameters頁

1．AnalysisParameters頁

蒙特卡羅分析的參數(shù)設(shè)置與最壞情況分析的參數(shù)設(shè)置基本相同，其差別是在AnalysisParameters頁增加了運行次數(shù)參數(shù)設(shè)置，分析項目增加了瞬態(tài)分析，減少了一個變化方向設(shè)置欄。

>Rumberofruns：設(shè)置運行次數(shù)。

2．蒙特卡羅分析舉例

【例4-14】對圖4-52所示差動放大電路進行蒙特卡羅分析。

選擇分析菜單中的MonteCarlo...命令，在MonteCarloAnalysis參數(shù)設(shè)置對話框Modeltolerancelist頁中的設(shè)置與例4-12中的設(shè)置完全相同；在AnalysisParameters頁中Numberofruns欄設(shè)置5，其余同例4-12；在MiscellaneousOptions頁MoreOptions區(qū)的Titlefor欄輸入“蒙特卡羅分析”。點擊Simulate按鈕進行分析，分析結(jié)果如圖4-55所示。

圖4-55蒙特卡羅分析結(jié)果

4.15批處理分析

批處理分析(BatchedAnalysis)是將一些指定的分析功能依次執(zhí)行，批處理分析是各種分析功能的組合。

當要執(zhí)行批處理分析時，選取分析功能菜單中的BatchedAnalysis...選項，電路窗口中出現(xiàn)圖4-56所示的對話框。

1．批處理分析簡介

首先在左側(cè)Available區(qū)域中選取所要執(zhí)行的分析功能，再按按鈕，即可打開選定的分析功能參數(shù)設(shè)置對話框。該對話框與原分析功能參數(shù)設(shè)置對話框基本相同，其操作也一樣，所不同的是Simulate按鈕換成了Addtolist按鈕。在該對話框中設(shè)置各種參數(shù)后，點擊Addtolist按鈕，即回到BatchedAnalysis對話框，選定的分析功能出現(xiàn)在對話框右邊的AnalysisTo區(qū)中。

圖4-56批處理分析對話框

繼續(xù)選定所希望的分析，設(shè)定參數(shù)后加到右邊的區(qū)域中。全部選定后，點擊RunAllAnalysis按鈕即可執(zhí)行全部選定在AnalysisTo區(qū)中的分析功能，仿真結(jié)果全部出現(xiàn)在AnalysisGraphs中。圖4-56中各按鈕的功能介紹如下：

>EditAnalysis按鈕：選取AnalysisTo區(qū)中某個分析功能，對其參數(shù)進行修改。

>RunSelectedAnalysis按鈕：能進行仿真分析。

>DeleteAnalysis按鈕：選取AnalysisTo區(qū)中某個分析，將其刪除。

>RemoveallAnalysis按鈕：將AnalysisTo區(qū)中所有分析功能刪除。

>Accept：保留BatchedAnalysis對話框中的所有選擇設(shè)置，待以后使用。

2．批處理分析舉例

【例4-15】

對圖4-57所示單管放大電路同時進行直流工作點分析、交流分析和瞬態(tài)分析。

圖4-57單管放大電路

按圖